北京市政路桥股份有限公司工程总承包二部 北京 100071
摘要：伴随着城市交通日渐立体化，地铁工程建设在我国各大城市高速兴起。但是地铁线路埋深较深，很多位于地下水位线以上，需要进行降水施工，而降水施工抽出的巨量的珍贵地下水资源排向何处成为难题。北京位于世界上缺水最严重地区之一的华北平原上，目前全市超采区形成1000多平方米的下降漏斗，漏斗区平均水位下降4m多，据预测北京市缺水量将逐年增加，水资源形势十分严峻，有效的保护和利用地下水资源早已是北京市发展的永恒话题。“绿水青山就是金山银山”，党的十八大将生态文明建设与经济建设、政治建设、文化建设和社会建设一起，尊重自然、顺应自然、保护自然成为我们每一个人自觉践行绿色生活、共建美丽中国的责任，绿色海绵城市该如何建设，如此珍贵的水，该流向何处？
关键词：降水；回灌；水资源；绿色
1．北京轨道交通房山线北延03标工程概况及降水设计
房山线北延工程全长约5.22km，全为地下线，预留向北延伸条件。共设置樊羊路站、四环路站、首经贸站及丰益桥南站4座车站，其中首经贸站、丰益桥南站为换乘站，平均站间距约1.53km。
本标段为房山线北延03合同段，包括1站2区间：丰益桥南站（明挖站）、首经贸站~丰益桥南站盾构区间、丰益桥南站~终点暗挖区间。丰益桥南站位于京沪铁路和西三环交叉位置的东北象限内，与在建的16号线车站呈"T"形换乘。为地下双柱三跨岛式站台车站，明挖法施工，车站全长269.038m、总面积21780㎡；首经贸站~丰益桥南站区间采用盾构法施工、全长877.115m；丰益桥南站~终点区间采用暗挖法施工、正线250.678m、折返线334.354m。
丰益桥南站地下水位埋深19.6～24.8m，相应水位标高19.45～21.10m；丰益桥南站～终点地下水位埋深23.2～25.5m，相应水位标高19.56～20.45m。车站结构、区间结构水位降深2-6m，且位于潜水含水层中，该层地质主要为卵石⑥层，其渗透系数高达420m/d，根据降水设计方案，单井出水量为50-80m3/h，车站涌水量6.9万m³/d，区间涌水量8.8万m³/d，在标段施工的高峰期，每天要排放16万m³的地下水，再结合工期计算，整个工程涌水量高达6000万m³，这相当于25个颐和园昆明湖的蓄水量≈2个月南水北调工程入京水量（105万m³/d），若采取传统外排方式，无疑是对水资源的极大浪费；而且降水在使坑内水位降低的同时, 也使得坑外一定区域内由于地下水位下降土体固结(沉降漏斗), 引起地面沉降, 这对于基坑紧邻建筑物和地下管线等的安全都会造成威胁。
2．降水回灌背景及设计方案
为保证施工顺利进展，北京市政路桥多次邀请专家召开研讨会，最终共同决定——深基坑降水井和回灌井联合降水法，就是在在降水区外一定距离施做回灌区。根据排水量计算，结合单口回灌井试验数据参数，编制回灌区设计方案，受限于场地选择，回灌区位于降水区东北部，在建丰草河南岸，距离区间风井、车站直线距离约1.2km，排水及回灌同时进行，回灌期为一年。
针对丰益桥南站地铁施工降水进行回灌工程实施试验，并根据试验结果按最大排水量16万m3/d编制了实施方案。具体为：
（1）排水流程为：降水区排水—沉淀池进行沉淀—经由输水管道—流入回灌池（倒虹吸）。排水及回灌同时进行，回灌期为一年。在降水区东侧修建降水沉淀池，池规格为：30m（长）×15m（宽）×3m（深）。中间在10m、20m处分别加2m和2.5m挡水隔板。排水管道采用带筋水泥管1600×160×3000-Ⅱ。
(2）本次共施工85眼井，其中84眼井为钢管管井，1眼大口井。其中钢管管井分两排，每排42眼井。每眼井间距南北向10m、东西向8m。大口井位于回灌池东部，距离东边坡坡底4.5m。
(3）钢管管井设计井深为40m，井径为 800mm，管径为DN529mm，滤水管位置为5-35m，单井回灌量为1920m3/d。大口井井深15m（自回灌池池底计算），井径2m，井管采用预制水泥管，要求孔隙率为18%。
(4）回灌池规格为上口350m×14m，下口为350m×11m，深度5m。四周及底部为钢筋混凝土构造。
(5）回灌水质要求水清沙净，含砂量小于1/10万。
(6）回灌期间，对回灌井进行定期洗井，个别回灌井的回灌能力骤减可增加洗井次数，以保证回灌井的回灌能力。
(7）应急措施为利用老丰草河河道，在上游修建拦水坝，做为应急调蓄。降水区排水管道南侧预留放水阀门节门，应急时打开阀门通过应急排水管道排至老丰草河。排水至河道时，做好河道的保护措施。
回灌区现状
3．降水回灌的深远影响
降水工作一旦开始就不能停止，不降水又无法实施车站建设，工期非常紧张。降水入排河道的手续迟迟办不了，无法进行降水作业，随之而来的就是地铁施工受阻，将直接影响整体工期，影响到未来公共交通布局，影响到千千万万人的出行。回灌？全市地铁降水回灌没先例。如何确保工程效果？该施工区段是否适合回灌？如果回灌，在寸土寸金的丽泽金融商务区上哪里找一次性可以开凿84眼井的地方？为了解决一系列的问题，区水务局首先邀请市地勘院、市水文地质大队、市水文总站、市水保总站等多名专家，先后两次召开论证会进行论证，最终，所有专家达成统一意见，形成回灌实施方案。
实践证明，回灌的实施创造了巨大的社会效益、经济效益、生态效益。
（1）社会效益：本项目的降水回灌工程在北京地铁施工中尚属首例，覆盖面广，涉及到降水、排水、回灌的各个方面，对于本工程的研究，为后续的回灌施工起到了指导和示范的作用，在保持水资源方面有巨大的社会效益。
（2）经济效益：降水井抽水量平均每天约16万方，抽水时间最少为1年，总抽水量约为5910万方，每方的水资源费按4元算，总费用达到了2.3亿元，如此高的费用相当于1个小的地铁标段总造价，而进行回灌后，可避免此项费用的产生，大大节省了地铁建设的投资。
（3）生态效益：目前国家正在大力提倡水土保持，而北京又是极度缺水的城市，降水回灌既避免了水资源的浪费，又给了地下水补给，保持了地下水位的平衡，控制了地层的沉降，体现了减量化、无害化、资源化的治理原则和可持续发展的战略思想，其产生的生态效益，使地下水回灌具有广阔发展前景，值得深入研究。
4.回灌课题立项研究
目前城市深基坑工程越来越多, 与深基坑工程相关的工程问题日益增多, 其中又以地下水的影响尤为突出降水在使坑内水位降低的同时, 也使得坑外一定区域内(沉降漏斗)由于地下水位下降土体固结, 引起地面沉降, 这对于基坑紧邻建筑物和地下管线等的安全会造成威胁。因此, 深基坑工程往往不但要考虑降水, 也要考虑把降水的影响控制在一定范围内。同时基坑工程降水抽出大量的地下水，势必对地下水资源带来不利影响，造成地下水资源的严重浪费。这就催生了深井和回灌井联合降水法, 该方法不但可以保证坑内水位降低, 也可以利用回灌井使得基坑外侧地下水位基本保持不变, 从而有效控制了基坑邻近建筑物或构筑物的安全。目前砂卵石地层回灌设计缺乏统一的规范标准，在技术规程中没有定性的分析和具体的操作流程及方法，而过多的依赖于地方经验，很容易导致回灌的失败。如何通过现场观测及试验，形成统一的回灌技术标准以指导回灌方案设计，具有重大的意义。
结合工程所处卵石地层渗透系数大，含水层厚，水位降深大，抽取地下水量较大的特点。为确保建设项目顺利实施并着力提高我公司在卵石地层施工降水回灌试验研究水平并研究、提升和掌握其关键技术，重点开展了以下研究工作：
（1）主要研究内容
1）单井及群井回灌能力研究；
2）地下水位监测试验方案；
3）既有基坑涌水量监测方案；
4）开展回灌对地层沉降监测研究；
5）开展回灌对地下水水质对比分析。
（2）研究思路和方法
1）单井及群井回灌能力研究；
试验目的：单井回灌能力验证，群井回灌能力评估
试验要点：a、单井回灌至稳定水面回灌量与设计单井回灌量对比
b、群井回灌能力与单井回灌能力对比并分析
试验方法：a、选取群井回灌区两侧回灌井进行单井回灌试验，记录水面稳定时回灌量和回灌高度
b、群井回灌监测各回灌井的回灌量及水面高度
2）地下水位监测试验方案；
试验要点：a、地下降水及回灌对地下水位等值线的影响及规律分析。
b、地下水位自动化监测设备的使用。
试验方法： a、在降水区与回灌区之间设置3条水位监测剖面：布置间隔为50m、100m、200m不等间隔
b、回灌区东侧及降水区西侧分别设置1条观测剖面：分别距离边缘为50m、100m、200m等
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观测井布置示意图
3）既有基坑涌水量监测方案
试验目的：监测卵石地层同层回灌对既有基坑涌水量的影响
试验要点：a、初始涌水量监测
b、回灌量监测
c、回灌开始后涌水量监测
试验方法：a、在降水区排水汇集经过沉砂池后，通过带有自动数据记录功能的明渠堰槽计量每天的抽水量。
b、在回灌入井支管道上安装水表及阀门，记录每眼回灌井的回灌量
4）既有基坑涌水量监测方案
监测目的：回灌对地层沉降影响研究
监测方案：在降水区和回灌区之间的布置沉降监测点。结合场地实际情况在降水区与回灌区之间布置1条地层沉降监测剖面线，面线上均匀布置8个观测点。
5）回灌对地下水水质的影响
监测目的：研究同层回灌后对地下水质的影响，确定回灌水质标准
监测方案：定期在降水井、沉淀池和回灌井内分别提取水样进行水质对比分析
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回灌课题研究实施思路
5．结束语
深基坑工程大量出现，且规模和深度不断加大。深基坑开挖过程中，如何控制好地下水是确保基坑安全施工的关键。在实际工程中，降水已成为一种必要的工程措施。但是基坑水位降低后会形成降落漏斗，水位下降会引起地面沉降而对基坑周边建筑造成影响。
今年是北京“十三五”地铁线网规划实施的开局之年，在该轮地铁建设中环保（节水）是永恒的主题，与之对应的地下水治理和保护就显得尤为重要。
降水回灌不但可以保证坑内水位降低, 也可以利用回灌井使得基坑外侧地下水位基本保持不变, 从而有效控制了基坑邻近建筑物或构筑物的安全。经了解：这么大规模的降水回灌工程在北京建设项目可是第一次，也是地铁工程的第一次,这为保护地下水资源探索出了一条新的绿色建造新方法，也为增加社会环境效益做出巨大贡献！
参考文献：
[1]城市再生水地下水回灌技术的应用 杨岸明 常江（北京城市排水集团有限责任公司）
[2]基坑降水中的地下水回灌技术研究 瞿成松 （北京师范大学研究生院）