雍和宫站降水方案

一.前言1.1.工程概况北京地铁五号线南起丰台区宋家庄站，北至昌平太平庄北，全长27.6KM，其中地下线16.9KM，地面和高架线10.7KM。全线共设车站22座，其中地下站16座，地面高架站6座。全线设车辆基地二处，其中宋家庄停车场位于丰台区，太平庄停车场位于昌平区。位于地面以下的车站和区间段为宋家庄站至干杨树站与大屯站区间的出口，根据总体降水设计方案，本次降水所涉及的范围为刘家窑站至干扬树站的15个地下车站、及设计暗挖的8个完整区间段和2区间段。1.2.任务来源北京地铁建设管理有限责任公司于2002年7月31日签发关于地铁五号线施工降水初步设计的委托函（地建办字[2002]39号），由北京市地质工程勘察院进行北京地铁五号线全线地下车站及矿山法施工区间的施工降水初步设计。在此之前我院已进行了沿线的降水施工围档拆迁调查工作，进行了地铁五号线地下车站、区间的总体降水方案设计工作，并提交了方案报告。1.3.编制依据1.3.1北京地铁建设管理有限责任公司关于地铁五号线施工降水初步设计的委托函（地建办字[2002]39号）及初步设计技术要求；1.3.2由总体组提供的地铁五号线沿线地形图、地下管线分布图；1.3.3由北京城建勘测设计研究院提供的《地铁五号线沿线雍和宫站岩土工程勘察报告》（2002祥堪033-7）；1.3.4由总体组提供的地铁五号线全线站体、区间平面图，纵剖面图；1.3.5由各工点设计院提供的地铁车站、区间设计图；1.3.6建筑与市政降水工程技术规范(JGJ/T111-98)；1.3.7地下铁道工程施工及验收规范(GB50299-1999)；1.3.8供水水文地质手册(第二册水文地质计算)。二.降水工程设计2.1.基本情况北京地铁五号线雍和宫站位于北京市东城区安定门大街和雍和宫大街交汇处西南角，站体处于现状居住区下方。站中里程K12+254.200，车站为三层岛式站，长121m，宽30m，轨顶标高24.89m，设2个通风道，4个出入口。北端设通道与环线地铁雍和宫站连接，五号线自环线下方通过，设计为明挖车站。场区地面现状为居民区，地形基本平坦，地面标高43.79～44.38m，站体基底开挖标高21.30m，埋深22.80m。站区北部约50m距离为护城河。2.2.地层条件本次勘察揭露地层最大深度45m.。根据钻孔揭露情况，本次勘察深度范围内地层自上而下依次为：人工填土层（Q4ml）：粉土填土①层：黄褐～褐黄色，松散～稍密，湿，含砖渣、灰渣，石块和混凝土块。层厚一般为3.1～7.5m。环线地铁附近最厚约13.85m。杂填土①1层：杂色，松散～稍密，湿，表面为沥青、水泥路面，其下为砖块、石子、混凝土块和炉灰。层厚0.5～3.7m，厚薄不均。本层总厚度一般为3.6～7.5m，层底标高为30.12～43.09m。第四纪全新世冲洪积层（Q41al+pl）：粉土③层：褐黄色，湿～很湿，密实，层厚1.3～3.6m。粉质粘土③1层：褐黄色，软塑，一般厚度1.4～3.2m，最大厚度5.1m。粘土③2层：棕黄色，软塑，局部以透镜体分布。粉细砂③3层：褐黄色，饱和，中密，仅在局部以透镜体出现，层厚1.3～4.4.m。本层总厚度为4.0～11.2m，层底标高为33.80～37.17m。粉质粘土④层：褐黄色，硬塑为主，局部软塑，层厚0.7～2.8m。粘土④1层：棕黄色，硬塑为主，局部软塑，层厚0.4～0.9m。粉土④2层：褐黄色，很湿，中密，层厚1.1～3.1m。粉细砂④3层：褐黄色，饱和，中密～密实，层厚约0.5～4.8m。中粗砂④4层：褐黄色，饱和，中密～密实，层厚1.1～3.0m。本层总厚度一般为3.8～14.6m，层底标高为24.74～29.72m。第四纪晚更新世冲洪积层（Q3al+pl）：圆砾卵石⑤层：杂色，饱和，密实，最大粒径80mm,一般粒径10-30mm，层厚2.0m。中粗砂⑤1层：褐黄色，饱和，密实，层厚1.1～1.8m。本层总厚度为：1.1～3.8m，层底标高25.4～26.12m。粉质粘土⑥层：褐黄色，以硬塑为主，局部软塑，层厚2.4～6.3m。粉土⑥2层：褐黄色，很湿，密实，一般厚度为0.6～1.0m。本层总厚度一般为3.0～7.3m，层底标高20.21～23.08m。中粗砂⑦1层：褐黄色，饱和，密实，层厚0.4～2.5m。粉细砂⑦2层：褐黄色，饱和，密实，局部以透镜体分布。粉土⑦3层：褐黄色，很湿，密实。本层总厚度0.7～3.9m，层底标高一般为19.85～21.48m，地层以砂层为主，部分地段缺失地层。粉质粘土⑧层：褐黄色，硬塑，层厚1.9～4.7m。粉土⑧2层：褐黄色，很湿，密实，层厚0.8～3.0m，部分地段缺失地层。细中砂⑧3层：褐黄色，饱和，密实，层厚0.8～2.1m。本层总厚度为3.5～9.8m，层底标高为10.85～14.09m。卵石圆砾⑨层：杂色，饱和，密实，最大粒径110mm，一般粒径15～30mm，层厚5.6～6.8m。中粗砂⑨1层：褐黄色，饱和，密实，层厚0.5m。粉细砂⑨2层：褐黄色，饱和，密实，层厚0.9～8.4m。本层总厚度一般为7.0～15.2m，以卵石砂土为主。粉质粘土⑩层：褐黄色，硬塑。粉土⑩2层：褐黄色，很湿，密实。细中砂⑩2层：褐黄色，密实，饱和。中粗砂(11)1层：褐黄色，饱和，密实。粉细砂(11)2层：褐黄色，饱和，密实，局部夹粉质粘土薄层。2.3.水文地质条件(1)第一层地下水（上层滞水）：含水层为粉土③层、粘细砂③3层，2000年实测水位标高为40.64～40.91m,水位埋深为3.20～3.65m，观测时间为2000年10月9～11日，本次实测水位标高为37.78～39.08m，水位埋深为4.95～6.20m，观测时间为2002年8月28日～9月11日，主要接受大气降水、绿地灌溉和自来水、雨水、污水等地下管线的垂直渗漏补给。(2)第二层地下水（潜水）：含水层主要为粉细砂④3层、中粗砂④4层、圆砾卵石⑤层、中粗砂⑤1层，2000年实测水位标高为35.81～36.99m，水位埋深为7.30～8.30m，观测时间为2000年10月9日～11日，实测水位标高为35.21～36.84m，水位埋深为7.00～8.90m，观测时间为2002年8月28日～9月11日。1999年8月实测北护城河水位标高为38.92m，稍高出河边潜水水位标高，显示出河水对潜水存在补给趋势。(3)第三层地下水（潜水）：含水层为粉土④2层，实测水位标高为31.11～33.13m,水位埋深为10.85～13.00m,观测时间为2002年8月28日～9月1日，补给来源为大气降水补给和侧向径流，以侧向径流和向下越流补给承压水的方式排泄。(4)第四层地下水（承压水）：含水层为中粗砂⑦1层，粉细砂⑦2层，粉土⑦3层，2000年实测水头标高为21.61～21.73m，水位埋深为22.50～22.56m，观测时间为2000年9月9日～9月11日，主要接受侧向径流补给及越流补给，以侧向径流方式排泄，排泄方式主要为人工开采，受地下水开采的控制，承压水的径流方向指向区域性地下水位降落漏斗中心方向。2.4.降水方案及设计参数2.4.1.地下水影响分析根据以上地层条件、水文地质条件和车站基本情况分析，该地区地下水对车站基坑开挖和地下结构施工影响有以下特点：①上层滞水的影响：场区上层滞水埋深较浅，由于长期受老城区地下管道渗漏补给，并且浅部地层有人工填土和粉土、粉细砂夹层，因此上层滞水较丰富，但分布不均，水位高低变化很大。车站在明挖或暗挖施工时将受到上层滞水的影响，工程降水设计时需考虑疏干施工范围内的上层滞水；②潜水的影响：根据岩土工程详勘报告提供的数据，场区有两层潜水含水层，第一层埋深较浅(7.0-8.9m)，并且含水层岩性以中粗砂为主，渗透性很好，与北护河河水有一定水力联系，因此这层潜水对车站施工影响最大；第二层潜水赋存于粉土层中，水位埋深10.85-13m，对车站地下结构施工也有影响，因此需将基坑外围的潜水补给截流，将基坑范围内的两层潜水含水层疏干；③承压水的影响：虽然车站大部分结构底标高在承压水压力水位以上，但局部最深部分结构底标高为21.446m，已在承压含水层(第⑦层)顶板以下，因此需考虑该层承压水对车站施工的影响。2.4.2.排水量计算由于雍和宫车站采用明挖施工，风亭、通道及站体部分一次开挖，与地铁环线站连接部分采用暗挖施工，因此可将明挖部分和暗挖部分降水方案统一考虑，主要降水部分范围见下图。车站施工围挡暗挖段降水范围BHGL(1)(2)(3)根据所圈定的降水范围计算排水量。为了计算方便，将车站分为三部分，即车站主体、(1)号通道、(2)号通道和(3)号通道，分别计算排水量。计算中将两层潜水含水层合算，潜水位36.99m，潜水含水层底板取第④2层粉土底，标高为31.27m。承压水水位21.91m，承压含水层顶板标高21.71m，底板标高19.85m，由于该承压含水层厚度不大(约1.6m左右)，并且大部分槽底接近承压水位，基槽加深部位已在承压含水层中，因此将降水井设计成承压水完整井。2.4.2.1车站站体降水排水量计算将站体部分概化为长157m，宽35m的矩形基坑。潜水排水量计算根据上述地下水影响分析，考虑将施工范围内的潜水含水层疏干，因此采用潜水完整井计算公式(附件一中公式1)。计算参数为：基坑引用半径：mr480；潜水含水层加权平均渗透系数：;/0.3dmk潜水含水层厚度：;7.5mH水位降深：;7.5mS降水影响半径：mKHSR472代入附件一公式1，计算得潜水排水量：dmQ/4493q。承压水排水量计算根据上述地下水影响分析，考虑将施工范围内的承压水位降至20.95m标高，即车站结构底最深部分以下0.5m，因此采用承压-潜水完整井计算公式(附件一中公式4)。计算参数为：承压含水层加权平均渗透系数：;/20dmk井壁处水位降深：mS06.2；降水影响半径：mR5.26；承压含水层厚度：;6.1mM静水位至含水层底板距离：;06.2mH井中动水位至含水层底板距离：;0mh代入附件一公式？？，计算得承压水排水量：dmQ/5803C。站体总排水量：dmQQQC/10293q。2.4.2.2风亭及通道排水量计算和车站站体计算方法相同，计算结果见下表：降水部位主要计算参数潜水排水量m3/d承压水排水量m3/d总排水量m3/d(1)号通道r0=16,其它参数和站体相同222262484(2)号通道r0=15,其它参数和站体相同215250465(3)号通道r0=13,其它参数和站体相同202230432单井出水量计算：设单位长度过滤器时单井出水量为0q，降水井井径为φ700mm，井管管径为φ400mm，根据附件一中公式17，计算得mdmq./5.11130,则车站站体部分所需过滤器总长度为：mqQL2.90,利用附件一中公式17对站体进行验算，求得群井干扰抽水情况下满足总出水量要求时降水井的数量n=47和过滤器有效工作长度y0=0.2m，按站体降水部分周长382m考虑时，则井间距为8m左右，过滤器总长度为n*y0=9.4m，满足所需过过滤器总长度的要求。风亭及通道部分和站体部分相同，井间距也按8m左右考虑。2.4.3.优化方案调整计算以上述理论计算初步确定的设计参数为基础，以车站站体地下结构施工范围内的任意点的承压水位降深S≥0.97m(降至结构底以下0.5m)为约束条件，利用附件一中公式??，做群井抽水的情况下，多种配井方法的总排水量、开泵数量、各点水位降深的优化方案比较，计算结果为：降水井47眼，满足施工范围内各点承压水位降深S=0.91～1.1m的情况下，实际开泵井数39眼，总排水量Q=1029m3/d。以上结果见“地铁五号线雍和宫站水位降深预测等值线图”。虽然通过预测计算实际开泵数小于理论计算所需泵数，但由于抽水期间更换水泵或处理井是经常要发生的情况，而且承压水位恢复较快，因此预留10%～20%的储备井是必要的。2.4.4.降水方案确定根据现场施工环境调查，车站施工围挡