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摘要：由于地铁线路较长，所穿越的地质条件繁多且复杂，由地下水给地铁建设带来的负面影响不容小觑。本文选择涉及地下水类型相对较多的某地轨道交通某车站主体结构基坑降水工程的设计，简要阐明了基本的降水设计计算步骤和方法。
关键词：降水设计，地下轨道，交通建设
中图分类号：TU753.66文献标识码： A 文章编号：
1．工程概况
本次进行降水设计的车站为地下二层岛式车站，车站主体结构尺寸长237.4m，宽17.2m，底板底面设计标高约104.3m，底板埋置深度约为现地面以下15.83m。拟采用明挖法施工，车站基坑围护方案采用水下钻孔灌注桩+旋喷桩止水+内支撑的基坑围护结构设计方案。
2．场区水文地质条件
根据勘探资料，勘探深度内地下水可分为潜水﹑微承壓水及承压水：
（1）潜水：含水层由①1层杂填土、1层粉质粘土、1T2层淤泥质粉质粘土构成。①1层杂填土密实度差，孔隙大，有利于地下水的储存和渗透，雨季时含水丰富，出水量较大。1层粉质粘土、1T2层淤泥质粉质粘土饱含地下水，但透水性较弱，属弱～微透水地层。
（2）微承压水：含水层由2粉砂﹑1T2层淤泥质粉质粘土﹑3中砂、3T1层粉质粘土构成。相对隔水顶板为1层粉质粘土，相对隔水底板为⑨粉质粘土。水头埋深在地面下5.12m，大连高程为114.98m，水头高度4.58m。
（3）承压水：含水层主要由⑩1中砂构成。相对隔水顶板为⑨层粉质粘土，相对隔水底板为⑩2层粉质粘土。根据本次勘察成果，该层水头埋深在地面下7.86m，大连高程为112.64m，水头高度22.64m。
车站主体结构与各含水层关系见下图。
3．地下水影响分析及降水设计计算
3.1 地下水影响分析
本站主体主要采取在结构周边设置隔水帷幕的方式对影响结构施工较大的潜水、微承压水进行控制，由于阻水结构底已进入弱透水层⑨层，因此基坑阻水结构是完整阻水结构，正常情况下已将基坑周边的地下水侧向补给完全阻断，但围护结构内含水层赋存水亦会影响到结构施工。
根据抗突涌验算分析，在基坑开挖时其下部承压水由于压力水头过高，将产生突涌，故需布设减压井将承压水头降至满足基坑抗突涌高度以下。
3.2 降水方案的设计计算
主站体结构施工过程中基坑内需处理的地下水：
(1)潜水：该层水需做疏干处理。
(2)微承压水：该层水需要将其弹性释水量和含水顶板至结构底板以下1.0m±的储水量疏干。
(3)越流补给：需要控制承压含水层对上层水的赿流补给。
(4)抗突涌减压：需在基坑加深段部位针对下覆承压含水层进行减压处理。
针对以上四部分地下水，分别采取布置疏干管井和减压管井的方式对其进行控制。具体计算过程如下：
3.2.1降水设计基本参数
车站外包尺寸面积A（m2）、地面标高（m）、结构底标高hd（m）、潜水含水层水位h1（m）、潜水含水层底板标高平均值hw1（m）、微承压水水头标高平均值h2（m）、微承压含水层顶板标高平均值hw2（m）、微承压含水层底板标高平均值h’w2（m）、相对隔水层粉质粘土⑨层渗透系数K1（m/d）、承压含水层渗透系数K2(m/d)、承压水水头标高平均值h3（m）、承压含水层顶板标高平均值hw3（m）、承压含水层底板标高平均值h’w3（m）、水力坡度i、降水井半径rw（m）、沉砂管长度HS（m）。
3.2.2降水计算
依地下水影响分析对各层水分别计算如下：
3.2.2.1潜水
围护结构范围内潜水储水量计算公式。
式中μ1：给水度；S1：原始地下水位与开采后最大静水位降之间的差值（m）。
3.2.2.2微承压水
围护结构范围内微承压水储水量包括两部分：
（1）弹性释水量3
式中S2：原始地下水位与开采后最大静水位降之间的差值（m）；μe：弹性释水系数，μe=mμe1（m：含水层厚度（m）；μe1：比弹性释水系数）。
（2）含水层顶板至结构底板以下1.0m±含水层内的储水量
式中μ2：给水度；S3：原始地下水位与开采后最大静水位降之间的差值（m）。
3.2.2.3承压水
承压水对于结构施工的影响包括对于上部含水层的越流补给及由于水头过高而造成的突涌效应两部分，计算如下：
（1）越流补给量Q4=
式中：越层补给系数（=，：承压水与潜水位的水位差（m）；k：相对隔水层渗透系数（m/d）；m：相对隔水层厚度（m））。
（2）降低承压水头的出水量
抗突涌验算公式w<
式中H：承压水头（m）；h：承压含水层顶板至开挖槽底的土层厚度（m）；Ks：安全系数；w：水的重度（kN/m3）；：土的重度（kN/m3）。
取临界值可计算出不产生突涌所需要的水位降深。
选取正确的井结构模型进行出水量计算，计算公式如下：
式中K：承压含水层渗透系数（m/d）；R：降水影响半径（m），R=10S；S：水位降深（m）；r0：基坑等效半径（m），；M：承压含水层厚度（m）。
3.2.3疏干井配泵及井深
主站体结构一般深度部位疏干井内控制的水量：Q =Q1+ Q2+ Q3，依公式 q*n*a*k≥Q，用试算法得出井数及配泵q1、越流量所需泵量 及站体加深段增加泵量q′后既可得实际配泵量q。
式中n：疏干井数量；a：超前抽水天数；k：折减系数。
井深：
3.2.4减压井配泵及井深
依泵量公式 ，试算法既可得出为减小水头压力所需配备的泵量q3。
井深：
3.2.5承压水降深验算：
式中M：含水层厚度（m）；S：基坑水位降深（m）；Q：基坑涌水量（m3/d）；：某点到各井点中心距离（m）；R：影响半径（m）。
将数值带入公式计算后，与实际所需降低水位进行比较，既可判别水位降深是否满足要求。
4．结束语
管井井点降水是现在深基坑降水工程中较为常用的一类降水方式，其有着施工工艺成熟、降水效果显著等优点，但在成井及抽水维护过程中亦存在着许多需要注意的问题：
降水井的平面布置：降水井平面布设宜采用围绕结构封闭式布置，当某处无法封闭时须在该处延长布设；
成井方法的选择：选用不同机械施工的降水井，其洗井难易程度存在有较大差异；
成孔要求：降水井成孔务必保证孔径和垂直度满足设计及相关规范要求，才能保证降水井达到设计出水量；
洗井要求：洗井工作应在规定时间内完成，且洗井程度应达到水清砂净，保证降水井的出水效果；
抽水要求：基槽开挖前务必保证一定的超前抽水时间，才能保证能够达到理想的降水效果，尤其本次设计结构内布设的疏干井更应实现超前抽水。抽水维护期间应定期对抽出水的含沙量定期检测，保证其满足相关规范要求，以免由流砂导致地面沉降等不良现象。
由此可见，降水设计应全面的考虑问题，照顾到整个降水过程的每个环节，并给出相关技术要求或参数建议值，保证每个施工环节均能够有据可依，才能够保证工程项目的顺利开展。
参考文献：
1．《建筑与市政降水工程技术规范》JGJ/T111-98
2. 《城市轨道交通岩土工程勘察规范》 GB/50307-2012
3. 《建筑基坑支护技术规程》 JGJ120-2012
4. 《岩土工程勘察规范》 GB50021-2001(2009年版)
5．《地下水非稳定流计算和地下水资源评价》 张蔚榛主编科学出版社 1983.6
6．《简明深基坑工程设计施工手册》 赵志缙、应惠清主编中国建筑工业出版社2000.4
关键词：降水设计，地下轨道，交通建设
中图分类号：TU753.66文献标识码： A 文章编号：
1．工程概况
本次进行降水设计的车站为地下二层岛式车站，车站主体结构尺寸长237.4m，宽17.2m，底板底面设计标高约104.3m，底板埋置深度约为现地面以下15.83m。拟采用明挖法施工，车站基坑围护方案采用水下钻孔灌注桩+旋喷桩止水+内支撑的基坑围护结构设计方案。
2．场区水文地质条件
根据勘探资料，勘探深度内地下水可分为潜水﹑微承壓水及承压水：
（1）潜水：含水层由①1层杂填土、1层粉质粘土、1T2层淤泥质粉质粘土构成。①1层杂填土密实度差，孔隙大，有利于地下水的储存和渗透，雨季时含水丰富，出水量较大。1层粉质粘土、1T2层淤泥质粉质粘土饱含地下水，但透水性较弱，属弱～微透水地层。
（2）微承压水：含水层由2粉砂﹑1T2层淤泥质粉质粘土﹑3中砂、3T1层粉质粘土构成。相对隔水顶板为1层粉质粘土，相对隔水底板为⑨粉质粘土。水头埋深在地面下5.12m，大连高程为114.98m，水头高度4.58m。
（3）承压水：含水层主要由⑩1中砂构成。相对隔水顶板为⑨层粉质粘土，相对隔水底板为⑩2层粉质粘土。根据本次勘察成果，该层水头埋深在地面下7.86m，大连高程为112.64m，水头高度22.64m。
车站主体结构与各含水层关系见下图。
3．地下水影响分析及降水设计计算
3.1 地下水影响分析
本站主体主要采取在结构周边设置隔水帷幕的方式对影响结构施工较大的潜水、微承压水进行控制，由于阻水结构底已进入弱透水层⑨层，因此基坑阻水结构是完整阻水结构，正常情况下已将基坑周边的地下水侧向补给完全阻断，但围护结构内含水层赋存水亦会影响到结构施工。
根据抗突涌验算分析，在基坑开挖时其下部承压水由于压力水头过高，将产生突涌，故需布设减压井将承压水头降至满足基坑抗突涌高度以下。
3.2 降水方案的设计计算
主站体结构施工过程中基坑内需处理的地下水：
(1)潜水：该层水需做疏干处理。
(2)微承压水：该层水需要将其弹性释水量和含水顶板至结构底板以下1.0m±的储水量疏干。
(3)越流补给：需要控制承压含水层对上层水的赿流补给。
(4)抗突涌减压：需在基坑加深段部位针对下覆承压含水层进行减压处理。
针对以上四部分地下水，分别采取布置疏干管井和减压管井的方式对其进行控制。具体计算过程如下：
3.2.1降水设计基本参数
车站外包尺寸面积A（m2）、地面标高（m）、结构底标高hd（m）、潜水含水层水位h1（m）、潜水含水层底板标高平均值hw1（m）、微承压水水头标高平均值h2（m）、微承压含水层顶板标高平均值hw2（m）、微承压含水层底板标高平均值h’w2（m）、相对隔水层粉质粘土⑨层渗透系数K1（m/d）、承压含水层渗透系数K2(m/d)、承压水水头标高平均值h3（m）、承压含水层顶板标高平均值hw3（m）、承压含水层底板标高平均值h’w3（m）、水力坡度i、降水井半径rw（m）、沉砂管长度HS（m）。
3.2.2降水计算
依地下水影响分析对各层水分别计算如下：
3.2.2.1潜水
围护结构范围内潜水储水量计算公式。
式中μ1：给水度；S1：原始地下水位与开采后最大静水位降之间的差值（m）。
3.2.2.2微承压水
围护结构范围内微承压水储水量包括两部分：
（1）弹性释水量3
式中S2：原始地下水位与开采后最大静水位降之间的差值（m）；μe：弹性释水系数，μe=mμe1（m：含水层厚度（m）；μe1：比弹性释水系数）。
（2）含水层顶板至结构底板以下1.0m±含水层内的储水量
式中μ2：给水度；S3：原始地下水位与开采后最大静水位降之间的差值（m）。
3.2.2.3承压水
承压水对于结构施工的影响包括对于上部含水层的越流补给及由于水头过高而造成的突涌效应两部分，计算如下：
（1）越流补给量Q4=
式中：越层补给系数（=，：承压水与潜水位的水位差（m）；k：相对隔水层渗透系数（m/d）；m：相对隔水层厚度（m））。
（2）降低承压水头的出水量
抗突涌验算公式w<
式中H：承压水头（m）；h：承压含水层顶板至开挖槽底的土层厚度（m）；Ks：安全系数；w：水的重度（kN/m3）；：土的重度（kN/m3）。
取临界值可计算出不产生突涌所需要的水位降深。
选取正确的井结构模型进行出水量计算，计算公式如下：
式中K：承压含水层渗透系数（m/d）；R：降水影响半径（m），R=10S；S：水位降深（m）；r0：基坑等效半径（m），；M：承压含水层厚度（m）。
3.2.3疏干井配泵及井深
主站体结构一般深度部位疏干井内控制的水量：Q =Q1+ Q2+ Q3，依公式 q*n*a*k≥Q，用试算法得出井数及配泵q1、越流量所需泵量 及站体加深段增加泵量q′后既可得实际配泵量q。
式中n：疏干井数量；a：超前抽水天数；k：折减系数。
井深：
3.2.4减压井配泵及井深
依泵量公式 ，试算法既可得出为减小水头压力所需配备的泵量q3。
井深：
3.2.5承压水降深验算：
式中M：含水层厚度（m）；S：基坑水位降深（m）；Q：基坑涌水量（m3/d）；：某点到各井点中心距离（m）；R：影响半径（m）。
将数值带入公式计算后，与实际所需降低水位进行比较，既可判别水位降深是否满足要求。
4．结束语
管井井点降水是现在深基坑降水工程中较为常用的一类降水方式，其有着施工工艺成熟、降水效果显著等优点，但在成井及抽水维护过程中亦存在着许多需要注意的问题：
降水井的平面布置：降水井平面布设宜采用围绕结构封闭式布置，当某处无法封闭时须在该处延长布设；
成井方法的选择：选用不同机械施工的降水井，其洗井难易程度存在有较大差异；
成孔要求：降水井成孔务必保证孔径和垂直度满足设计及相关规范要求，才能保证降水井达到设计出水量；
洗井要求：洗井工作应在规定时间内完成，且洗井程度应达到水清砂净，保证降水井的出水效果；
抽水要求：基槽开挖前务必保证一定的超前抽水时间，才能保证能够达到理想的降水效果，尤其本次设计结构内布设的疏干井更应实现超前抽水。抽水维护期间应定期对抽出水的含沙量定期检测，保证其满足相关规范要求，以免由流砂导致地面沉降等不良现象。
由此可见，降水设计应全面的考虑问题，照顾到整个降水过程的每个环节，并给出相关技术要求或参数建议值，保证每个施工环节均能够有据可依，才能够保证工程项目的顺利开展。
参考文献：
1．《建筑与市政降水工程技术规范》JGJ/T111-98
2. 《城市轨道交通岩土工程勘察规范》 GB/50307-2012
3. 《建筑基坑支护技术规程》 JGJ120-2012
4. 《岩土工程勘察规范》 GB50021-2001(2009年版)
5．《地下水非稳定流计算和地下水资源评价》 张蔚榛主编科学出版社 1983.6
6．《简明深基坑工程设计施工手册》 赵志缙、应惠清主编中国建筑工业出版社2000.4