富水砂土巖溶復合地層基坑開挖施工風險控制

李新明

（廣州軌道交通建設監理有限公司，廣州 510010）

1 車站概況

聚龍站沿石槎路與西槎路南北敷設，全長575.1m，標準段寬為23.1m，基坑開挖深度為17.3～20.8m（局部深27.3m）。主體圍護結構采用800mm、1000mm 厚地下連續墻+內支撐，基坑安全等級為一級。地下連續墻采用C35 水下混凝土，接頭采用工字鋼圍護結構豎向設置3 道支撐。

車站周邊建筑物多，有荔灣聚龍工業區、荔灣新苑住宅區、溪雨裝飾商貿城、耀億國際茶葉城等。周邊管線眾多，有污水管、雨水管、供水管、煤氣管、電信管線等，沿車站周邊橫跨附屬結構布置。

2 工程地質

車站基坑開挖平均深度為18.3～20.3m，換乘節點處開挖深度為27.0m，開挖深度范圍內主要地層為人工填土層＜1＞、中粗砂＜3-2＞、礫砂＜3-3＞、可塑狀粉質黏土＜4N-2＞、中風化炭質灰巖＜8C-1＞、微風化炭質灰巖＜9C-1＞、微風化灰巖＜9C-2＞。車站底板以下地層主要為中風化炭質灰巖＜8C-1＞、微風化炭質灰巖＜9C-2＞，基底以下存在多處溶洞（見圖1）。

主要不良地質問題為巖溶（土）洞、富水砂土層分布，據初勘報告資料聚龍站位于軟土地基沉降及巖溶塌陷風險區，揭露基巖主要為石炭系灰巖、溶洞發育、石炭系灰巖＜8C-2＞＜9C-2＞中巖溶見洞率74.3%，主要位于車站北段。炭質灰巖＜8C-1＞＜9C-1＞中見洞率為8.11%，主要位于車站南段。上覆富水砂土層連續分布，占基坑土方20%。勘察范圍內所有鉆孔均遇見地下水。勘察時測得鉆孔中初見水位埋深為2.10～4.70m，砂土層覆于灰巖上。

圖1 車站地層地質剖面圖

3 基坑開挖風險分析

結合基坑設計施工內容，工程水文地質和周邊環境等特點，基坑開挖主要風險有：

1）聚龍站基坑自身結構開挖深達27.3m，施工中可能出現圍護結構變形、開裂，墻縫或地基涌水、涌砂、地面沉降、坑底隆起等情況可能造成圍護和支撐結構失穩。

2）車站周邊環境復雜，地下管線密布。管線遷改完成后，DN1600mm 供水、110kV 高壓電纜及φ300mm 煤氣管為橫跨車站結構需懸吊保護，另有多條市政管道位于車站結構兩側。車站東側建筑物距離較近，建筑物基礎薄弱，車站西側現有建筑物破損嚴重。開挖過程失水沉降、土體位移、會造成建筑物和管線破壞。

3）在富水砂土巖溶發育地層中。下伏灰巖溶洞和裂隙發育，上覆富水砂土層連續，這種復合地層在基坑圍護結構施工和基坑開挖過程中更易發生地面坍塌、圍護結構滲漏水、基坑涌水、涌泥，甚至在勘察過程中就發生地質災害。

4 基坑開挖風險控制

4.1 圍護結構“一槽兩鉆”查清基巖面和溶洞發育情況

“一槽兩鉆”施工采用鉆探和取芯鑒定方法，查明基巖面起伏和溶土洞分布狀況，如果鑒別為有溶土洞，則查明溶土洞發育深度、高度和填充物等。

溶洞處理以“地連墻以下3m 范圍需進行注漿加固”為原則，超前鉆孔深為地連墻（或臨時立柱）底以下3m。

4.2 對勘察發現溶洞作預先處理，確保圍護結構施工質量安全

溶（土）洞處理方法遵循“探、處、檢”原則，補充勘察及探摸邊界，對發現溶洞作注漿充填，注漿效果檢測合格后方可施工連續墻。

1）補充勘察：主要針對連續墻做“一槽兩鉆”，查清基巖面起伏，確認有無溶洞發育。

2）注漿充填：“一槽兩鉆”若有溶洞發育，則做探邊及注漿處理。

3）對注漿效果進行檢測，合格后方可施工地下連續墻。

4）鉆孔作業過程風險控制，如鉆孔穿過溶（土）洞或巖溶裂隙，發生水力聯系形成走水走砂通道可造成地面坍塌。應提前做好地面監測點布設，做好監測。對場地進行硬化，加大設備地面接觸面積，防止坍塌，加強巡查，做好應對工作。

4.3 對周邊建筑物作監測和加固保護

1）對建筑物跟蹤注漿。根據房屋鑒定報告車站周邊建筑物已有破損，車站施工造成地面沉降可能導致周邊建筑物結構開裂，基坑開挖前對開挖影響范圍內建筑物跟蹤注漿，周邊建筑物注漿保護施工剖面圖（見圖2）。

圖2 建筑物保護剖面圖

2）對車站兩側淤泥層及富水砂土層位置作攪拌樁加固。聚龍站北端頭＜4-2A＞淤泥層較厚，東側耀億國際茶葉批發城252.3m 范圍淤泥層平均厚度8.2m；西側石井水泥廠232.2m 范圍淤泥層平均厚度7m。車站南頭＜3-3＞砂層較厚。地質條件差，連續墻施工過程中可能引起地面塌陷，研究對其進行攪拌樁加固處理。采用φ800mm@800mm 大直徑攪拌樁位于圍護結構外側，水泥摻量為加固土體重量20%，水泥采用42.5R 級硅酸鹽早強水泥，水灰比為0.45～0.5。加固深度為＜4-2A＞淤泥層頂至底層以下1m，若淤泥層下方為灰巖則加固至灰巖面；若為砂層，加固深度自砂層頂至灰巖。

4.4 地下連續墻成槽施工風險控制

1）未處理好溶洞會造成槽段坍塌。要求對已處理溶洞進行檢測，合格后方可開槽。由于巖溶溶洞客觀存在探不明，處理不徹底的情況，在成槽作業過程中振動或沖穿溶洞造成上部富水砂土漏入溶洞時，會造成地面沉降甚至坍塌情況。要求做好地面監測，加大設備與地面接觸面積，加強施工現場巡查做好應急。

2）溶洞發育、巖面不規則、斜孔、卡錘造成連續墻體不閉合。這種情況會給后續基坑開挖帶來風險，包括墻體接縫不閉合、墻腳邁步、斜孔造成結構傾斜、鼓包等。這些情況在基坑開挖時會造成滲漏水，墻腳涌水涌泥等。要求成槽施工過程中做好垂直度控制，泥漿質量控制，選擇適合的成槽設備，保證成槽質量。

3）基巖沖鉆時間長、效率低，造成塌孔。當沖鉆基巖時，由于效率低、震動大、容易在沖鉆基巖過程中，發生上部砂土層坍塌，或是沖穿基巖溶洞造成漏漿漏砂情況，進而造成塌孔或地面坍塌。要求施工工序連續不停頓，做好泥漿質量控制，選擇高效的基巖成槽設備，包括篩分機、旋挖鉆和雙輪銑成槽機等。

4）基巖面判斷不正確，地下連續墻嵌巖深度不夠，后續基坑開挖造成變形過大或地下連續墻踢腳失穩。在作 “一槽兩鉆” 時做好基巖面確認，編制正式補勘報告。基坑開挖前做好上墻圖表，明確各槽深及入巖深度。成槽過程中做好成槽記錄，到基巖面時施工監理進行雙確認，對巖樣進行標記并留存。

4.5 基坑降水，做好試抽水

1）降水井設計。聚龍站圍護結構已進入基巖，理論上隔斷坑內外地下水水力聯系，疏干降水設計根據單井有效抽水面積200m2進行計算，基坑共布置疏干井68 口疏干井。井管采用直徑273mm、壁厚3mm 鋼管，濾管為同規格橋式濾水管，底部設1m 沉淀管，上部設 4～6m 實管，濾管長度根據地層及井深變化，濾管外包80 目錦綸濾網，濾料中粗砂。

2）做好試抽水。（1）基坑內進行抽水試驗，觀測坑外水位變化情況，判斷圍護結構止水效果，對圍護結構缺陷提前處理。（2）開挖過程中密切監測圍護結構的滲漏水情況，一旦發現立即封堵，防止長時間漏水帶砂，導致坑外地層掏空。（3）基坑開挖過程中監測坑外水位及地面沉降變化，根據觀測結果及時開啟坑外回灌工作。

4.6 壓力回灌井施工，控制坑外水位下降

1）設置回灌井。增設回灌井平面布置，車站南端設置29 口，井直徑為150mm，平面間距約25m，車站北端設置30 口，井直徑為91mm，平面間距約15m（見圖3）。

圖3 回灌井平面布置

壓力回灌井作用是將基底內來水，通過抽水系統及回灌系統回灌到基坑外作補充，使涌水量與回灌量基本相等，以達到整個水系平衡。

回灌效果。在富水砂土巖溶復合地層地下連續墻實際上并不能完全隔斷坑內外水力聯系，為控制地下水流失，尤其是砂層水流失，保證周邊構筑物安全，基坑周邊回灌井均為加壓回灌，壓力值控制為0.3MPa。

回灌加壓系統加壓范圍為50～300kPa（0.5～3bar），根據現場工作狀況設置多級離心泵加壓值。多級離心泵持續抽水通過管道回灌至回灌井。通過回灌井及時補充基坑外地下水，有效防止外圍水位下降而導致周邊地表以及建構筑物沉降過大情況發生[1]。

4.7 基坑開挖監測，信息化指導施工

1）監測項目及頻率要求。在開挖過程中按照設計要求進行監控量測工作，并及時分析反饋數據做到信息化施工。監測項目及監測頻率見表1。當數據超標、場地條件變化較大、發現危險事故征兆時，適當加密監測頻率。

表1 監測項目及頻率表

2）采用自動化水位監測。基坑外側設置4 個自動化水位監測點，實時進行監測。水位計埋設于水位監測井管內，地下水位自動化監測裝置每小時采集1 次監測數據，每2h 上報1 次實時監測數據，使用者通過客戶端（電腦及手機）能及時查看每個監測點實時數據，數據精確度高指導回灌井作業，有效防止因地下水位變化造成周邊構建筑沉降。

3）車站基坑監測評估。在車站圍護結構施工前，對周邊地表、管線及建筑物按設計圖紙布設監測點。圍護結構施工期間施工對周邊地表及建筑物影響極小。在第一層土方開挖完畢之后各項監測數據變化速率均無異常；在第二層土方開挖期間各項監測數據變化速率整體無異常；在第三層土方開挖期間各項監測數據隨開挖深度增加而有所變化。其中，第二道支撐軸力及圍護結構測斜最為明顯；在整體監測過程中第二道支撐軸力受力最大，圍護結構測斜基本在第二道支撐處有明顯向基坑開挖方向變化趨勢。同時，在第三層土方開挖期間，臨近基坑地表及建筑物監測點由于基坑一側土體失壓存在不同程度沉降。此種變化在基坑第三層土方開挖過程較為明顯。一般開挖至基底后，各項監測數據保持穩定，基坑開挖過程未出現明顯報警情況，總體安全可控。圖4、圖5 是基坑開挖期間監測數據時間曲線圖。

圖4 周邊建筑物監測數據

圖5 圍護墻監測數據

5 結語

在富水砂土巖溶復合地層基坑開挖，巖溶地區工程地質條件十分復雜，施工風險控制關鍵在于對富水砂土層、溶洞和巖溶裂隙等影響因素進行控制。做好巖溶區溶洞處理是前提，針對性地采取地基加固和坑外水壓力回灌，監測信息化指導施工，及時發現問題，做好應急工作，能為基坑安全施工提供保障。