地鐵深基坑基底涌水涌砂控制施工技術(shù)

馮亞輝

中鐵十一局集團城市軌道工程有限公司 湖北武漢 430074

地鐵工程是城市建設(shè)中的一個重要方面，一般都位于城市的中心。深基坑工程一般位于建筑物和各種管道相對密集的地區(qū)，深基坑工程的施工環(huán)境相對復(fù)雜，深基坑施工時如果不能采取有效的措施降低對周邊環(huán)境的影響，尤其基底發(fā)生涌水涌砂險情時如不及時采取有效控制措施，很容易引起深基坑周邊管線斷裂，周邊建筑物開裂，地面坍塌等事故，給整個地鐵工程建設(shè)帶來很大的負面影響，社會影響惡劣。為了保證地鐵結(jié)構(gòu)工程的安全實施，在施工過程中一旦發(fā)生基底涌水涌砂，采取科學(xué)有效的方法及時進行控制尤為重要。

1 工程概況

1.1 工程基本情況

太原市軌道交通2號線一期工程長風(fēng)街站，位于長治路與長風(fēng)街交叉口，沿長治路地下布置，該車站為地下兩層島式站臺車站。車站總長222.6m，車站寬度17.1m，采用雙層雙跨箱型框架結(jié)構(gòu)，基底埋深約17.5m，車站圍護結(jié)構(gòu)采用800mm厚地下連續(xù)墻，插入比為 1：0.5。

1.2 工程地地質(zhì)和水文地質(zhì)

根據(jù)工程詳勘報告，基坑開挖范圍內(nèi)地層從上往下依次為雜填土（1-1）及素填土（1-2）、沖積、洪積粉質(zhì)黏土（2-2、3-3）沖積、洪積黏質(zhì)粉土（2-3-1、3-4-1）、局部為沖積、洪積中砂（2-5、3-6），底板下為沖積、洪積黏質(zhì)粉土（2-3-1、3-4-1）、沖積、洪積粉細砂（2-4、3-5）、沖積、洪積黏質(zhì)粉土（3-4-1）、沖積、洪積中砂（3-6），其中車站北端底板下黏質(zhì)粉土層為0-4m，粉細砂層為4.0-7.5m，黏質(zhì)粉土層為7.5-10.0m，中砂層為10.0-15.0m。基坑開挖影響范圍內(nèi)各土層巖土物理力學(xué)指標(biāo)如表1所示。

表1 巖土物理力學(xué)指標(biāo)

車站場地在勘探深度內(nèi)的地下水主要類型為淺層孔隙潛水，局部存在上層滯水，以 2-4、3-5粉細砂及 2-5、3-6中砂為主要含水層，含水層滲透系數(shù)為5～20m/d，該站點富水性中等。場地內(nèi)地下水主要受大氣降水及汾河側(cè)向徑流和城市供水、排水滲漏補給。地下水排泄方式以蒸發(fā)、人工抽取地下水及側(cè)向徑流補給汾河為主。本場地位于汾河?xùn)|岸約1.5km處，地下水受汾河水側(cè)向徑流補給影響。

2 工程特點

基坑開挖深度較大，最深達18.7m。車站地處市中心繁華地段十字路口，基坑兩側(cè)管網(wǎng)密集、交通量大，臨近建筑物多，環(huán)境條件復(fù)雜。底板下不透水層較為薄弱，連續(xù)墻墻趾位于5m厚的中砂層中，未有效隔斷基坑外水源。總之，場區(qū)地下水位高，為場地以下6m，同時連續(xù)墻未有效隔斷基坑外水源，底板下不透水層薄軟，對基底涌水涌砂極為敏感。

3 涌水涌砂發(fā)生原因與情況分析

2017年4月26日長風(fēng)街站北端基坑見底，已進行基底平整，在等待墊層混凝土的過程中，發(fā)現(xiàn)基底有一處位置出現(xiàn)濕漬，后快速擴大，基底出現(xiàn)涌水涌砂，隨時間增加涌水量增大，經(jīng)現(xiàn)場驗證，出水口為直徑100mm的孔洞，孔洞深度不詳，同時含有大量粉細砂，水壓較大。通過查詢地質(zhì)勘察圖及現(xiàn)場比對，發(fā)現(xiàn)該出水點土質(zhì)為黏質(zhì)粉土，滲透系數(shù)為0.3，厚度約為4m的隔水層。在出水點處有1處47m深地質(zhì)勘測孔，經(jīng)測量放點及現(xiàn)場比對，確認(rèn)出水口為12cm左右的地質(zhì)勘測孔。通過后期水頭驗證，此處涌水涌砂處水頭高度為基底以上11m左右。經(jīng)過事實分析，已確定為地下水層擊穿勘察封堵孔發(fā)生涌水涌砂，發(fā)生涌水險情與連續(xù)墻質(zhì)量無關(guān)。基坑地處繁華鬧市區(qū)，基坑周邊建筑物繁多，基坑兩側(cè)為新遷改的大量管線，緊鄰基坑兩側(cè)的市政道路交通量大，一旦險情不能及時控制，將造惡劣社會影響。

4 處理思路及方案

4.1 處理思路

險情發(fā)生的第一時間，監(jiān)測單位及時對基坑涌水位置周邊的建筑物、地下管線、路面沉降以及基坑墻體測斜、支撐軸力等監(jiān)測項目進行不間斷的加密監(jiān)測。現(xiàn)場應(yīng)急的2臺WSS注漿機進行調(diào)試，一旦基坑周邊發(fā)生明顯沉降，及時在基坑外進行深孔注漿。

基坑基底發(fā)生涌水涌砂處理原則為排水濾砂、堵水、堵排結(jié)合三種。長風(fēng)街站基底發(fā)生涌水涌砂險情后制定了處理方案，第一種方案意見為防止險情持續(xù)擴大，如果基底涌水涌砂難以控制，應(yīng)立即進行基坑回填，回填后再對基底進行加固處理；第二種方案是根據(jù)周邊監(jiān)測數(shù)據(jù)，采取措施控制涌水范圍和涌砂量，輔以基坑外WSS深孔注漿，防止路面沉降，借鑒坑內(nèi)井管封堵措施對涌水涌砂處進行封堵。

4.2 方案比選

結(jié)合現(xiàn)場具體情況分析，涌水主要位于基底以下粉細砂層及中砂層中，與基坑外的水層有效連通；上涌的粉細砂主要來源于基底下4.0-7.5m的粉細砂層，由于地下連續(xù)墻的有效隔斷，基坑外層的粉細砂層無關(guān)系。第一種方案雖能及時控制險情，但會造成整體工期延續(xù)2個月以上，同時費用大幅增加。第二種方案對整體工期影響不大，且費用相對較小，但必須在基坑周邊沉降不大的情況下，快速有效的組織施工。綜合各種因素，項目決定采用第二種方案。

4.3 方案設(shè)計

方案設(shè)計思路：①采用直徑800-1000mm厚度10mm、長度3.5m鋼套筒，以涌水處為圓心插入基底以下1.5m。②在鋼套筒周邊3m范圍內(nèi)澆筑50cm厚的高標(biāo)號早強混凝土蓋板。③待混凝土終凝后在鋼套筒周邊1m深度范圍進行雙液漿加固。④施工墊層、防水、保護層。⑤鋼套筒井口采用法蘭鋼板封堵。⑥施工結(jié)構(gòu)底板、側(cè)墻。⑦采用鋼套筒井口鋼蓋板中心預(yù)留的注漿管，用雙液漿對涌水位置進行加固。鋼套筒井口法蘭鋼蓋板安裝時機應(yīng)該據(jù)施工監(jiān)測數(shù)據(jù)進行確定。

4.4 涌水涌砂處理

涌水涌砂時基坑已挖至基底，基底涌水處水量及壓力較大，以漏水點為圓心，安裝鋼套筒，限制涌水影響范圍；漏水點位于盾構(gòu)始發(fā)端頭井，底板后期回填1050mm素混凝土，底板厚度1000mm、墊層250mm，套筒插入基底1.5m，上部外露2m。同時對基坑周邊地面、管線、建筑物沉降等情況加密監(jiān)測，鉆機在基坑外深孔鉆孔驗證，有無掉鉆情況，如出現(xiàn)基坑周邊路面下沉或鉆機掉鉆情況，立即在基坑外進行WSS深孔注漿。

鋼套筒安裝完成后，根據(jù)涌水量，鋼套筒內(nèi)2臺7.5KW、1臺5KW的水泵不間斷抽排水，減少涌水從鋼套筒周邊大量外滲，鋼套筒周邊3m范圍內(nèi)基底下澆筑50cm厚C50早強混凝土蓋板，待混凝土終凝后，立即對鋼套筒周邊底部100cm范圍內(nèi)進行WSS注漿，封堵鋼套筒周邊滲水。施工監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，從涌水涌砂開始，2天期間內(nèi)基坑西側(cè)道路累計發(fā)生沉降為12mm，基坑西側(cè)鋼結(jié)構(gòu)建筑物沉降3mm，期間在基坑西側(cè)不同深度進行雙液漿注漿；套筒周邊注漿完成后調(diào)整鋼套筒內(nèi)的水泵位置，使水泵位置盡量接近鋼套筒上沿。水泵位置抬高，在水泵水管排水口處觀察發(fā)現(xiàn)，抽排水含砂量明顯大幅減少。注漿完成后立即施工車站底板墊層，根據(jù)施工監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋，基坑周邊沉降變化不大，未對鋼套筒井口的法蘭鋼蓋板安裝，繼續(xù)施做底板。持續(xù)施工監(jiān)測，周邊沉降無明顯變化，繼續(xù)施做側(cè)墻和其它段底板。待第二段底板和第一段側(cè)墻施工完成后安裝鋼套管井口法蘭鋼蓋板。鋼套筒側(cè)壁安裝泄水閥門，側(cè)壁泄水閥門打開時，鋼套筒井口開始安裝法蘭鋼蓋板，鋼蓋板中心預(yù)裝3根不同長度的直徑25mm的注漿管深入基底涌水口，長管注漿時排水、短管注漿、中管備用。注漿管需與蓋板間隙焊接嚴(yán)密，注漿管長度根據(jù)孔深按不同深度布設(shè)，注漿時采用最短的注漿管，注漿前關(guān)閉管壁閥門，進行雙液漿注漿直到完全封堵漏水。注漿完成待漿液凝固后，確保3根管無水后從蓋板處部切斷3根注漿管，封堵完成。

4.5 效果評價

①從基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)反映，從基底涌水涌砂開始到徹底處理，周邊地面沉降累計沉降25mm，建筑物沉降7mm，從時間數(shù)據(jù)顯示，沉降主要出現(xiàn)在險情發(fā)生的前3天，后續(xù)逐步穩(wěn)定；圍護結(jié)構(gòu)水平位移、支撐軸力累計變化量很小，基本可以忽略不計，說明此次基底涌水涌砂對基坑安全和周邊環(huán)境安全影響不大。②從涌水涌砂開始24h內(nèi)，鋼套筒井口已具備封堵條件，48h內(nèi)時鋼套筒周邊已無明水，周邊沉降可控，該方案具備快速處理的時效性。③對整體工期影響2天，相比回填后再處理的時間大幅減少，費用不多。

5 結(jié)語

本次基坑基底涌水涌砂險情處理效果顯著，針對本次基底涌水涌砂險情所采取的措施，不僅有效防止事態(tài)擴大，同時對工期的影響較小，費用較低，很好的處了工程安全、進度、費用之間的關(guān)系。