對承壓水層泵房施工的風險及變形規律分析

陳永彬

摘要：本文以北京地區某位于承壓水層的盾構區間廢水泵房施工為例，計算了承壓水出現突涌的可能性，分析了承壓水突涌的主要原因，對承壓水突涌后泵房所在聯絡通道拱頂沉降規律、側墻收斂規律及泵房上方地表沉降規律進行了簡要分析，并根據本次施工經驗總結了位于承壓水層泵房施工過程中控制承壓水突涌的關鍵工序。

Abstract： This paper takes the construction of a wastewater pumping station located in confined water layer of shield zone in Beijing for example， calculates the possibility of the confined water inrushing and analyzes the principal reasons of the confined water inrushing and the rules of crown settlement of contact channel， sidewall convergence and surface subsidence after the confined water inrushing. According to the experience of this construction， this paper summarizes the key processes of controlling the confined water inrushing in the course of constructing the wastewater pumping stations.

關鍵詞：承壓水;泵房;風險;變形

Key words： confined water;pumping stations;risk;distortion

中圖分類號：TU991.35 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）01-0151-03

0 ?引言

深基坑施工中承壓水損害是各種地下工程中，最直接、最廣泛的危害之一[1]，現在城市地鐵工程建設項目較多，如何控制承壓水是地鐵建設工程中的一個難點[2]。基坑開挖時，承壓水隔水層對基坑變形有著重要影響[3]，只有穩定的控制了承壓水，才能保證基坑安全，假如在對承壓水的控制方面出現問題，可能將會出現基坑底部隆起、側墻流砂等危險狀況[4]。在北京地鐵工程的施工建設中，探索出一套相對成熟的地下水處理經驗，并形成了基于降水和堵塞的協調處理方法[5]。

開挖基坑必將引起周邊地下水位和應力場的變化，從而引起土體變形[6]，變形監測成果是信息化施工的重要依據[7]，確保基坑的正常施工和周圍建筑物的安全具有重要意義[8]。

本文以北京某線承壓水地層中泵房施工為例，計算了承壓水突涌可能，描述了施工過程風險及應對措施，總結了變形規律。

1 ?工程概況

本項目廢水泵房開挖尺寸：長6.1m、寬3.3m、高3.45m，見平剖面圖1及縱剖面圖2。廢水泵房埋深約21.5m，地層由粉質粘土層、細中砂層、粉質粘土層自上而下組成。開挖范圍內存在承壓水（三），開挖泵房底部下方存在承壓水（四），見地質剖面圖3。廢水泵房結構采用直邊墻復合式襯砌，初期支護采用超前小導管，鋼筋網，再結合C20錨噴混凝土進行聯合支護，二次襯砌則是采用了C40鋼筋混凝土，外部防水層安裝在初期支護與二襯之間。

2 ?施工方案

2.1 土體加固方案

為防止泵房施工期間對周圍地層擾動或者造成地層損失[10]，引起土壤不穩定，施工前對結構初支和隧道周圍7m范圍內的地層采用深孔注漿方式進行加固，漿液為水泥-水玻璃雙液漿，注漿孔孔底間距80cm，梅花型排布，注漿初壓0.2～0.5MPa，穩壓1.0～1.5MPa，以滲透注漿方式為主，劈裂式注漿為輔。加固范圍見圖4。

2.2 土方開挖方案

采用倒掛井壁法施工，泵房自上而下邊開挖邊支護。渣土由人工裝袋，倒運至隧道內運出;泵房開挖采取順向分層分區開挖的方式（見圖5），首先開挖①區，掛網噴射混凝土注漿后進行②區開挖，依此類推，最后開挖中間④區。封底施工時先按照上述順序完成井壁格柵安裝后，再按照封底格柵的布置，縱向開挖，每次開挖間距按封底格柵進行。在施工過程中，應根據格柵節點的布置和橫撐布設的位置，做好擴挖部位的分塊開挖，嚴禁從一側向通長方向的開挖[9]。

3 ?承壓水突涌風險分析

泵房施工需穿過承壓水（三），泵房底部位于承壓水（四）上方2.08m，泵房施工依次穿越粉質粘土層、細中砂層、粉質粘土層，如圖3所示。

最初開挖第1層粉質粘土時，承壓水（三）作用在第1層粉質粘土層底部的向上壓力F1為1300N（見公式1），第1層粉質粘土自身重力G1為348N（見公式2）。

F1=ρ水×g×h1×S1≈1300 ? ? ? ? ? ? ?（1）

式中，h1為第1層粉質粘土層底部到承壓水（三）水頭的高度;S1為泵房底板面積。

G1=ρ粘土g×h2×S1≈348 ? ? ? ? ? ? ? （2）

式中，h2為第1層粉質粘土層厚度;S1為泵房底板面積。

當開挖第2層粉質粘土時，承壓水（四）對第2層粉質粘土層底部向上壓力F2為1677N（見公式3），粉質粘土自身重力G2為780N（見公式4）。

F2=ρ水×g×h3×S1≈1677 ? ? ? ? ? ? ?（3）

式中，h3為第2層粉質粘土層底部到承壓水（四）水頭的高度;S1為泵房底板面積。

G2=ρ粘土g×h4×S1≈780 ? ? ? ? ? ?（4）

式中h4為第2層粉質粘土層厚度;S1為泵房底板面積。

由于第1層粉質粘土重力遠小于承壓水（三）向上壓力，第2層粉質粘土重力遠小于承壓水（四）向上壓力，在這種情況下，可以確定基坑此處存在承壓水突涌的風險。承壓水引起的突然涌水會嚴重破壞地基的強度，導致基坑不穩定，給現場施工帶來很大大困難[11，12]，按照既定方案，該處采取深孔注漿加固地層以防止承壓水突涌。

4 ?施工過程風險描述

按照施工方案完成深孔注漿加固地層后開始土方開挖，前期土方開挖過程泵房側墻及底板存在局部滲水情況，采取補注漿、導流措施（見圖6）可控制滲水量及積水量，可以正常施工。

當施工至泵房底部最后一榀格柵時，泵房底部東北角出現涌水（見圖7）。涌水由基坑側墻外向基坑內涌出，泵房底板向上無涌水。

涌水后采取了架設工字鋼、回填粘土袋（2m高）、回填混凝土（1m高）、深孔注漿的搶險措施（見圖8），有效控制了險情。

5 ?原因分析

①涌水部位位于第2層粉質粘土，標高12.60m處（見圖3），涌水由基坑側墻外向基坑內涌出，泵房底板向上無涌水，可以基本確定是承壓水（三）涌出。

②涌水時已開挖過細中砂層，施工至第2層粉質粘土層，由于未及時進行背后補注漿，泵房初支與外側土體之間存在縫隙，粉質粘土層與細中砂層貫通，承壓水（三）進入粉質粘土層，隨著泵房向下施工，承壓水水壓增大，至泵房底板時水壓增大至89Pa（見公式5），且該處存在縫隙，從而加大了涌水的可能性。

P=ρ水×g×h5≈89 ? ? ? ? ? ? ? ?（5）

③注漿未達到預期效果。由于漿液的流動性，未能按照預期范圍擴散，導致存在部分注漿薄弱或無漿液部位，并且所使用水玻璃為化學漿液具有時效性，本次施工期較長，漿液止水效果有所減弱。

6 ?變形監測數據分析

泵房正上方地表沉降監測點在泵房施工過程累計沉降量為-0.87mm（不含區間施工影響），時程曲線見圖9。由于該泵房覆土較深（21.5m），且泵房外圍區間聯絡通道二襯已施工完成，所以泵房施工過程對地表影響較小。

泵房所在聯絡通道二襯最大收斂-31.10mm，時程曲線見圖10。泵房正常施工過程中聯絡通道二襯收斂8.12mm，涌水后二襯收斂速率明顯加大，累計收斂達到約30mm，封端后變得緩慢，并最終趨于穩定。

泵房所在處聯絡通道拱頂的最大沉降7.01mm，時程曲線如圖11所示。泵房正常施工過程中拱頂沉降1.3mm，涌拱頂沉降速率明顯加大，累計收斂達到約7mm，封端后變的緩慢，并最終趨于穩定。

7 ?總結

①位于承壓水層廢水泵房施工過程中，需在地層變化處加強初支格柵背后的補注漿，以阻斷承壓水隨開挖向下流動的通道，防止已穿越過的承壓水層突涌。②采取深孔注漿方式加固地層時應注意漿液的時效性，確保漿液擴散范圍，必要時加密注漿孔，并在注漿完成后多處打設探孔以檢驗注漿效果。③承壓水層廢水泵房施工應快開挖、快架格柵、快噴砼。根據本次施工經驗，注漿后土體可以在短時間內阻止承壓水突涌，架設格柵并噴砼后結構基本處于安全狀態，所以快速施工縮短土體暴露時間可有效降低承壓水突涌可能性。④本項目中由于泵房埋深較大且上方聯絡通道二襯已施做完成，其施工過程地表無明顯沉降。泵房所在聯絡通道拱頂沉降及側墻收斂在泵房施工過程中變形較小，突涌后明顯增大，封閉掌子面后逐步變緩。⑤確保孔洞封堵質量是防止基坑開挖過程中承壓水沿孔洞突涌的重要措施，與此同時，也要做好應急管理預案及其他準備工作。

參考文獻：

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