南通富水砂層對地鐵基坑開挖的影響分析

呂志林，曾昭波

1.南京坤拓土木工程科技有限公司，江蘇 南京 210041

2.江蘇省地質隧道與地下工程科技有限公司，江蘇 南京 210041

南通市地處長江入海口，第四系覆蓋層厚度大于200m，淺部以粉土、粉砂及粉質黏土夾粉土、粉砂（淤泥質粉質黏土夾粉土、粉砂）為主，地下水豐富。眾所周知，地下水是地下工程建設的最大安全風險，特別是在沿海沿江地區。文章從地質、水文及工藝等方面對影響南通地鐵基坑施工的因素進行了分析，提出處置措施，為類似地層中地鐵基坑開挖施工提供參考。

1 工程概況

南通地鐵1號線一期全長約40km，呈西北-東南走向，設站28座（其中換乘站有5座），除2座三層站外，其余均為地下二層車站（換乘站為地下三層）。車站基坑開挖深度約17～27.5m，采用地下連續墻+鋼（砼）支撐作為基坑圍護結構體系，基坑內采用管井井點疏干降水、降壓井降水，局部坑外設置回灌井等進行地下水的控制。

2 工程地質及水文特點

2.1 地層分布特點

南通地區以砂性地層為主，地質資料顯示，地面下50m以淺地層分布為主，具體如表1所示。

表1 南通地區地面下50m淺地層分布匯總表

2.2 地下水埋藏特點

南通地區地下水可分為潛水及承壓水兩類。潛水主要賦存于淺部粉土、粉砂及填土層中，含水量較豐富，主要接受大氣降水垂直補給及地表水體的側滲補給。承壓水主要賦存于黏性土地層以下的粉砂、粉砂夾粉土等砂性地層中，水量豐富，主要為徑流及越流補給。局部黏性土地層較薄或者缺失，潛水與承壓水之間存在一定的水力聯系。

2.3 水文地質參數

沿線現場抽水試驗得出的各地層水文地質參數如表2所示。由表2可知，場地內的③層土均為中等透水～弱透水地層，有利于地層降水；④層土為弱～微透水層，可視為相對隔水層。

表2 各土層抽水試驗水文地質參數表

3 基坑開挖情況

根據基坑降水專項施工方案將坑內水位降至開挖面以下1～2m時，開挖面整體干燥，易于開挖。但在施工過程中時有圍護結構滲漏，以及基底標高附近開挖面的滲水和積水情況，嚴重影響基坑開挖進展，特別是20m以上的深基坑，情況更明顯。

統計表明，基坑開挖期間，基坑深度≤21m，基底處于層③2粉砂及以淺地層時，基坑圍護結構發生滲漏的情況占比為15%，坑底附近開挖面滲水的情況占比為70%，其中積水明顯的占比為15%；基坑深度＞21m，基底處于③2層及以下地層時，基坑圍護結構發生滲漏的情況占比為71.4%，坑底附近開挖面滲水的情況占比為100%，其中積水嚴重的占比為57.1%。具體統計情況如表3所示。

表3 影響深基坑土體開挖的因素統計表

4 原因分析及處置措施

4.1 圍護結構滲漏

南通地鐵基坑圍護結構采用長度為6m、厚度為0.8m及1m的地連墻，深度為30～50m，墻體之間采用工字鋼接頭連接。經統計，圍護結構滲漏主要發生于墻體接縫部位，且多集中于基坑中部和下部開挖面附近，偶有發生于基坑開挖面以上的情況。其原因主要為以下幾方面：（1）地下連續墻接縫因素。地下連續墻存在施工質量缺陷，接縫位置夾泥夾砂或墻縫部位混凝土局部不密實，產生貫通縫隙，這是圍護結構發生滲漏的最主要原因。（2）地下連續墻垂直度因素。地下連續墻施工期間相鄰墻體垂直度出現誤差，造成開叉現象，接縫抗滲漏能力削弱。（3）地下連續墻受力變化因素。地下連續墻接縫存在薄弱結構面，外力的變化引起結構薄弱面損壞，造成滲漏，如在鋼支撐拆除后基坑開挖面上部發生的滲漏。

為了降低或消除基坑滲漏對基坑土體開挖的影響，施工現場采取基坑開挖前的地下連續墻接縫止水加固、開挖過程中的掏槽檢縫、基坑中下部接縫部位加焊鋼板回灌水泥漿、及時架設支撐等措施，有效地減小了圍護結構滲漏的頻次。

4.2 開挖面滲水

南通地鐵基坑降水均采用管井梳干降水結合降水井降水，坑外設置回灌井。開挖面滲水情況多發生于20m以下，其主要原因如下：（1）地層自身差異因素。地層20m及以下分布的黏性土地層孔隙比大，含水量大，滲透性與粉砂層差異較大。降水期間黏性土地層中的孔隙潛水不能與砂性地層中的潛水一樣被快速抽排，在開挖過程中受擾動后就會析出，匯集成積水。（2）“鼓包狀滯水”作用。黏性土地層滲透性較差，加之降水井漏斗及井損作用，以及降水井濾管設置不完全等，在黏性土與砂性土接觸面上方會形成滯水帶，即“鼓包狀滯水”，較難疏干。尤其是當坑底埋深接近黏性土地層時，這種情況更明顯。（3）施工技術限制。根據現階段工程降水的適用條件，除管井降水外，現有的井點降水不能經濟地適用于淺部分布的黏性土地層，基坑開挖期間無法同步對深部黏性土地層中的孔隙潛水進行抽排。

在實際基坑開挖期間，施工現場采取逐層輕型井點輔助降水、水泥或石灰攪拌干燥處理等方法進行處置，但同時也浪費了大量工期。

5 結論

南通地鐵深基坑開挖期間易出現基坑圍護結構滲漏及坑底開挖面積水等問題，對基坑開挖的影響比較明顯，需要從以下方面采取措施加以控制：（1）基坑圍護結構施工期間，需加強地下連續墻的施工質量，包括槽壁加固、泥漿控制、接頭刷壁、混凝土澆筑等，確保圍護結構不出現質量缺陷。（2）對于開挖深度大于20m的基坑，需采用地連墻接縫止水加固、掏槽檢縫、加焊鋼板回灌水泥漿等措施降低圍護結構滲漏對土體開挖的影響。（3）基坑開挖期間需加強對20m以下黏性地層中的地下水的處置，可根據開挖進度逐層增加輕型井點輔助降水，或選擇無污染的干燥劑輔助開挖。