有色金属材料与工程  2026, Vol. 47 Issue (2): 76-81    DOI: 10.13258/j.cnki.nmme.20260107001   PDF    
上海超深基坑地下水综合治理关键技术与工程实践
赵腾腾    
上海城投水务工程项目管理有限公司, 上海 201103
摘要:以上海苏州河段深层排水调蓄管道系统工程(试验段)SS1.2 标云岭西竖井基坑为研究载体,针对超深基坑开挖面临的承压水突涌风险及周边环境变形控制难题,通过开展系统性专项水文地质试验,精准表征影响基坑安全的各承压含水层水文地质参数,完成环境水文地质综合评价。结合现场承压水试抽水试验结果,优化设计分层减压降水方案,配套构建智能监测与动态管控体系,严格践行 "分层降水、按需降水、降水最小化" 治理原则。工程实践表明,该综合治理技术成功将地下水控制在安全范围,有效规避了基坑突涌及周边环境变形风险,实现了预期控制目标,为上海及类似地质条件下超深基坑地下水治理提供了可靠的技术范式与工程借鉴。
关键词超深基坑    承压水治理    水文地质试验    分层减压降水    动态管控    
Key technologies and engineering practices for comprehensive groundwater control in ultra-deep foundation pits in shanghai
ZHAO Tengteng    
Shanghai Chengtou Water Project Management Co., Ltd., Shanghai 201103, China
Abstract: Taking the foundation pit of Yunling West Shaft of Section SS1.2 of the Deep Drainage Storage Pipeline System Project (Pilot Section) in the Suzhou Creek Reach of Shanghai as the research carrier, aiming at the technical challenges of confined water inrush risk and surrounding environmental deformation control during ultra-deep foundation pit excavation, systematic special hydrogeological tests were carried out to accurately characterize the hydrogeological parameters of each confined aquifer affecting foundation pit safety, and a comprehensive evaluation of environmental hydrogeology was completed. Based on the results of on-site confined water trial pumping tests, a stratified decompression dewatering scheme was optimized and designed, and a supporting intelligent monitoring and dynamic management and control system was constructed, strictly implementing the governance principle of "stratified dewatering, demand-based dewatering and dewatering minimization". Engineering practice shows that this comprehensive control technology has successfully controlled groundwater within a safe range, effectively avoided the risks of foundation pit inrush and surrounding environmental deformation, and achieved the expected control goals. It provides a reliable technical paradigm and engineering reference for groundwater control of ultra-deep foundation pits in Shanghai and areas with similar geological conditions.
Key words: ultra-deep foundation pit    confined water control    hydrogeological test    stratified decompression dewatering    dynamic management and control    

在城市地下空间开发不断向深层推进的背景下,超深基坑工程数量逐年增多,地下水控制已成为制约工程安全施工、造价控制及周边环境稳定的核心技术瓶颈[1-3]。合理的降水方案不仅直接影响工程造价,其技术合理性更关乎地下室施工效率与周边建(构)筑物、轨道交通、防汛设施等的安全稳定[4-6]。上海地区水文地质条件复杂,浅层潜水与多层深层承压水交错分布[7],部分承压含水层埋深超过100 m且存在区域连通性[8-10],传统隔水帷幕难以实现完全隔断,给超深基坑地下水控制带来了极大挑战[11]

苏州河段深层排水调蓄管道系统工程(试验段)SS1.2标云岭西项目地处城市核心敏感区域,周边紧邻苏州河防汛墙(距离46 m)、在建真光路桥(距离126 m)及轨交2号线(距离900 m)、轨交13号线(距离1 300 m),基坑环境保护等级为一级。其中竖井基坑开挖深度达57.84 m,属于典型超深基坑,地下水控制难度极大。为解决该工程承压水引发的安全风险与环境问题,本文通过专项水文地质试验、试抽水试验、智能监测等技术手段,构建超深基坑地下水综合治理体系,为工程顺利实施提供技术支撑,也为同类工程提供参考。

1 工程概况 1.1 项目区位条件

云岭西项目位于上海市规划真光路以东、光复西路以南区域,地处苏州河沿岸,周边交通设施密集、防汛要求高,环境敏感性强,对基坑施工引发的变形控制提出严苛要求。

1.2 基坑结构设计参数

项目基坑划分为竖井基坑(I区)和综合设施基坑(II、III、IV区),具体设计参数如下:

竖井基坑(I区):平面形态为圆形,直径30 m,开挖深度57.84 m,坑底坐落于第⑧2层粉质黏土与粉砂互层;采用内外两道地下连续墙作为围护结构,墙深均为105 m,嵌入第⑩1层粉质黏土层,形成有效隔水屏障。

综合设施基坑(II、III、IV区):开挖深度分别为33.8、33.3、16.65、8.8 m;围护结构均采用地下连续墙,其中II区南侧与竖井基坑共用105 m深地下连续墙,其余三侧墙深80 m,III、IV 区基坑与竖井基坑共用地墙结构,实现结构协同与隔水一体化。

项目地理位置如图1所示,基坑止水帷幕及开挖深度如图2所示。

图 1 项目地理位置图 Fig. 1 Project Location Map

图 2 基坑止水帷幕及开挖深度图 Fig. 2 Dewatering curtain and excavation depth map of foundation pit
2 水文地质概况 2.1 地下水类型与分布

场地地下水按埋藏条件可分为潜水和承压水两大类:

潜水:主要赋存于40 m以上浅部地层,补给来源以大气降水和地表径流为主,水位随季节变化有一定波动。

承压水:主要分布于深部第⑦层、第⑧2层、第⑨层、第⑩夹层、第⑩A层及第⑾层,其中第⑦层、第⑧2层、第⑨层、第⑩夹层、第⑩A 层为直接影响基坑开挖安全的主要承压含水层。

各承压水层数标识详见图3工程地质剖面图。

图 3 工程地质剖面图 Fig. 3 Engineering Geological Profile
2.2 止水帷幕隔断效果

项目采用悬挂式隔水帷幕设计,已成功隔断潜水、第⑦层、第⑧2层及第⑨层含水层,有效阻断该部分地下水与基坑的水力联系;而第⑩夹层与第⑩A层承压含水层因埋深大、分布范围广,未能被完全隔断,需通过专项降压降水措施控制水位,属于悬挂式帷幕降水模式。

2.3 主要承压含水层水文参数

通过开展系统性专项水文地质试验,实测各主要承压含水层的渗透系数、贮水系数等关键水文地质参数,为降水方案设计提供精准数据支撑,具体参数如表1所示。

表 1 主要承压含水层水文参数取值表 Tab. 1 Values of hydrogeological parameters of main confined aquifers

工程地质剖面如图3所示,清晰呈现了各含水层分布与地墙嵌入关系。

3 竖井基坑地下水控制风险分析 3.1 不同含水层降水影响特性

落底式帷幕控制区:第⑦层、第⑧2层及第⑨层承压含水层被围护墙完全隔断,形成落底式帷幕降水条件,坑内降水主要为满足施工干燥需求,对坑外周边环境的水力影响较小,环境风险可控。

敞开式降水区:第⑩夹层与第⑩A层承压含水层未被帷幕有效隔断,降水井需布置于坑外进行降压,降水过程中易导致周边地下水位下降,可能引发地面沉降、建(构)筑物变形等环境风险,需严格控制降水幅度与影响范围。

3.2 核心治理原则与技术路径

结合基坑地质条件、结构特点及周边环境敏感性,确定地下水综合治理核心原则:严格遵循"分层降水、按需降水、降水最小化",充分发挥"墙井协同作用机制",构建"现场降水试验—沉降预测分析—实时动态监测—动态施工管理"四位一体技术路径,实现基坑本体安全与周边环境安全的双重保障。

4 承压水减压降水设计 4.1 基坑底板抗突涌验算

为确保基坑底板稳定性,需满足底板至承压含水层顶板间的有效土压力大于安全系数下的承压水顶托力,验算公式如下[4]

$ \qquad \Sigma h \cdot \gamma \mathrm{s} \geqslant F \mathrm{s} \cdot \gamma w \cdot H $

式中:h为基坑底至承压含水层顶板间的垂直距离;γs为该区间土体的天然重度;H为承压水头高度至含水层顶板的垂直距离;γw为水的重度,取值10 kN/m3Fs为抗突涌安全系数。

考虑项目周边环境的高敏感性,采用1.05的安全系数进行降压控制,竖井基坑底板抗突涌验算结果如表2所示,明确了各含水层对应的安全水位埋深及临界开挖深度,为降水方案设计提供依据。

表 2 基坑安全承压水位关系 Tab. 2 Relationship of safe confined water level for foundation pit
4.2 降水井平剖面设计

根据各含水层分布特征、降水深度要求及基坑结构布局,竖井基坑共计布置22口降水井,井深设计为48~122 m,确保降水井有效贯穿各目标承压含水层,实现精准分层降水。降水井平面布置见图4

图 4 基坑降水井平面图 Fig. 4 Layout plan of dewatering wells for foundation pit
4.3 承压水试抽水试验

降水井施工完成后,开展专项承压水试抽水试验,验证降水方案可行性、优化运行参数并评估环境影响:

(1)初始水位实测:明确各主要含水层初始水位埋深。其中:第⑦层2.80~3.20 m(对应标高1.30~0.90 m);第⑧/第⑨层4.40~4.45 m(对应标高−0.30~−0.35m);第⑩夹层5.08 m(对应标高−0.98 m);第⑩ A层4.14~4.33 m(对应标高−0.04~−0.23 m),为施工期间水位动态控制提供基准数据。

(2)降水效果验证:试验结果表明,竖井内第⑨层及坑外第⑩A层、第⑩夹层降压井的降水能力可满足基坑底板抗突涌安全要求;两墙间降压井具备应急备用功能,可应对突发水位异常情况。

(3)环境影响评估:抽水期间同步开展周边地面沉降、建(构)筑物变形监测,数据显示坑外环境变形量均控制在允许范围内,验证了地墙止水效果良好,降水对周边环境影响可控。

(4)泵型优化配置:根据试验过程中各抽水井的实际运行工况、泵型适配性、动水位降深效果及后期基坑开挖全过程实际降压需求,确定各含水层专用泵型为:第⑨层及第⑩ A 层采用200QJ20-117-13 kW深水泵,第⑩夹层采用100QJ6-21-3.0 kW深水泵,竖井内疏干井及两墙间第⑦层采用100QJ3-65-1.5 kW深水泵。

5 地下水综合治理运行控制 5.1 智能监测控制系统配置

为实现降水过程精准化、智能化管控,项目配置ICDR 智能监测控制系统。系统集成四大核心功能:水位无线远程数字化监测、工程降水智能预警、备用电源智能应急、水位–减压井开启智能联动控制,可实时采集水位数据、动态预警异常工况、自动触发应急响应,为降水运行安全提供可靠技术保障[12]

5.2 分阶段降水运行计划

严格遵循"分层降水、按需降水、降水最小化"原则,结合基坑开挖施工进度,制定精细化分阶段降水井运行计划,明确各开挖阶段的抽水井启用范围、运行参数及安全水位控制标准,并严格按计划执行,确保降水效果与环境安全的动态平衡,具体运行计划如表3所示。

表 3 基坑开挖阶段降压运行计划表 Tab. 3 Pressure reduction operation schedule for foundation pit excavation stage
5.3 降水运行效果统计

基坑底板施工完成并达到设计强度后,为最大限度减少降水对周边环境的持续影响,及时对敞开式降压井进行停抽处理。本次工程各类型降水井实际运行数据统计如表4所示。

表 4 降水井运行效果统计表 Tab. 4 Statistics of dewatering well operation effect
6 结论与工程启示

以上海云岭西超深基坑工程为依托,针对复杂水文地质条件下的承压水控制难题,通过专项水文地质试验、试抽水试验、智能监测控制等系列技术措施,构建了 "试验—设计—施工—管控" 一体化的超深基坑承压水综合治理体系,成功实现地下水控制目标,保障了基坑及周边环境安全,得出以下结论与工程启示:

(1)基础数据精准化是超深基坑地下水治理的前提。除充分分析勘察报告外,需针对性开展专项水文地质试验,精准确定水文地质参数;降水井施工后应进行现场验证试验,根据试验结果优化深化设计与运行方案,提升治理措施的针对性与可靠性。

(2)降水系统精细化设计是治理成功的核心。超深基坑降水井施工需严格遵循规范要求,结合工程地质条件、降水需求及环境敏感点分布,深化井深、井位、泵型等关键参数设计,确保降水系统适配工程实际,满足长周期运行与复杂管理要求。

(3)治理原则与技术路径一体化是安全保障的关键。"分层降水、按需降水、降水最小化" 原则与 "墙井协同作用机理" 的有机结合,配合 "现场降水试验—沉降预测—实时监测—动态管理"四位一体技术路径,可有效实现基坑本体与周边环境的双重安全保障。

本工程形成的承压水综合治理技术与实践经验,可为上海及类似水文地质条件下的超深基坑工程提供重要参考,后续可进一步开展降水优化与环境变形控制的精细化数值模拟研究,提升技术应用的广度与深度。

参考文献
[1]
刘国彬, 王卫东. 基坑工程手册[M]. 3版. 北京: 中国建筑工业出版社, 2009.
刘国彬, 王卫东. 基坑工程手册[M]. 3版. 北京: 中国建筑工业出版社, 2009.
[2]
蒋红星, 李龙, 冯芳. 深基坑支护工程中的地下水防治问题研究[J]. 中国煤田地质, 2003, 15(1): 41-43. DOI:10.3969/j.issn.1674-1803.2003.01.017
[3]
吴林高. 工程降水设计施工与基坑渗流理论[M]. 北京: 人民交通出版社, 2003.
吴林高. 工程降水设计施工与基坑渗流理论[M]. 北京: 人民交通出版社, 2003.
[4]
聂子云, 谭小兵, 王正松, 等. 关于《建筑基坑支护技术规程》中锚杆刚度系数计算的探讨[J]. 岩土工程学报, 2014, 36(S2): 130-135. DOI:10.11779/CJGE2014S2022
[5]
路三平. 聚丙烯酰胺在超深地下连续墙施工中的研究与应用[J]. 建筑施工, 2020(8): 1489–1490.
路三平. 聚丙烯酰胺在超深地下连续墙施工中的研究与应用[J]. 建筑施工, 2020(8): 1489–1490.
[6]
李守雷, 梁为群, 陈晓斌, 等. 城市地下空间安全监测与预警指标研究[J]. 地质与勘探, 2024, 60(1): 95–104.
李守雷, 梁为群, 陈晓斌, 等. 城市地下空间安全监测与预警指标研究[J]. 地质与勘探, 2024, 60(1): 95–104.
[7]
李罡. 基坑降水回灌技术在济南地铁中的应用[J]. 施工技术, 2018, 47 (1): 79–83.
李罡. 基坑降水回灌技术在济南地铁中的应用[J]. 施工技术, 2018, 47 (1): 79–83.
[8]
严学新, 杨天亮, 林金鑫, 等. 超深基坑减压降水引发地面沉降的估算及其影响因素分析[J]. 南京大学学报 (自然科学版), 2019, 55(3): 401–408.
严学新, 杨天亮, 林金鑫, 等. 超深基坑减压降水引发地面沉降的估算及其影响因素分析[J]. 南京大学学报 (自然科学版), 2019, 55(3): 401–408.
[9]
张英英. 复杂工况条件下超大规模深基坑群地下水控制技术[J]. 建筑施工, 2018, 40(3): 337–340.
张英英. 复杂工况条件下超大规模深基坑群地下水控制技术[J]. 建筑施工, 2018, 40(3): 337–340.
[10]
马昕, 孙德安, 刘树佳. 软土地区某超深圆形基坑变形特性及流固耦合分析[J]. 水文地质工程地质, 2024, 51(6): 74–858.
马昕, 孙德安, 刘树佳. 软土地区某超深圆形基坑变形特性及流固耦合分析[J]. 水文地质工程地质, 2024, 51(6): 74–858.
[11]
詹胜文, 丁苏南, 任文明, 等. 长江漫滩高承压水地层悬挂式帷幕深基坑变形规律研究[J]. 工程地质学报, 2025, 33(2): 645–655.
詹胜文, 丁苏南, 任文明, 等. 长江漫滩高承压水地层悬挂式帷幕深基坑变形规律研究[J]. 工程地质学报, 2025, 33(2): 645–655.
[12]
陈成东. 基坑工程地下水勘察应注意的问题[J]. 石化技术, 2018, 25(7): 257–258.
陈成东. 基坑工程地下水勘察应注意的问题[J]. 石化技术, 2018, 25(7): 257–258.