豎井鎖口圈突變原因分析及處置措施探討

王智，張建坤，梁春，王金明

(北京市勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100038)

1 引 言

目前我國軌道交通處于大規(guī)模建設(shè)期，相應(yīng)的地鐵車站、施工豎井、區(qū)間等臨近河流等情況越來越多。根據(jù)相關(guān)研究，地鐵施工區(qū)域附近臨近河流，對地鐵施工影響較大，可能出現(xiàn)過水通道，形成水力聯(lián)系，坑內(nèi)涌水滲漏情況時(shí)有發(fā)生。

本文以某車站豎井開挖期間鎖口圈出現(xiàn)變形突變事件對其原因、應(yīng)急處置及風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析闡述，以期對后續(xù)類似工程提供借鑒。

2 工程概況

北京某地鐵某車站疏散口豎井內(nèi)凈空尺寸為 4.2 m×9.43 m，設(shè)計(jì)深度 21.306 m。為了滿足豎井使用時(shí)吊裝要求，加強(qiáng)豎井結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，在豎井井口設(shè)置了鋼筋混凝土鎖口圈梁。豎井東側(cè)臨近某河，距河道上開口線約 23 m。疏散口豎井平面位置如圖1所示。

圖1 疏散口豎井平面位置圖

3 工程地質(zhì)及水位情況

3.1 工程地質(zhì)情況

基坑地層自上而下主要為素填土、雜填土、圓礫、卵石等土層；地下水位位于豎井底板以下。

本工程地層情況分布情況如下：

人工堆積層(Q4ml)

①層素填土：褐色、潮濕，黏質(zhì)粉土為主。

①1層雜填土：由建筑材料垃圾等組成。主要為水泥塊、卵石及碎石等，偶見木屑，生活垃圾主要成分為塑料袋等，均以黏性土、細(xì)中砂等充填。

一般第四紀(jì)沉積層(Q4al+pl)

②層黏質(zhì)粉土-砂質(zhì)粉土：褐黃色，稍濕，稍有粗糙，搖震反應(yīng)中等，含云母片，氧化鐵斑點(diǎn)，碳渣等。

②1層粉質(zhì)黏土-黏土：切面光滑，無搖震反應(yīng)，含云母片、氧化鐵斑點(diǎn)，碳渣等。

③層細(xì)中砂：黃色，成分以長石、石英為主。

④層圓礫：中度密室，含量約占55%，一般粒徑 5 mm～20 mm，最大粒徑約 60 mm，級配較好，以含約30%的粗中砂及少量的黏性土充填。

④2層砂質(zhì)粉土：切面稍有粗糙，搖震反應(yīng)中等，含云母片，氧化鐵斑點(diǎn)片等。

一般第四紀(jì)沖積層(Q4al+pl)

⑤層卵石：稍濕，中密，呈亞圓形，母巖成分以石英巖、砂巖及花崗巖為主，含量約占60%，一般粒徑 30 mm～70 mm，最大粒徑約 120 mm，級配較好，以含約30%的粗中砂及少量的黏性土充填。

⑥3層圓礫：雜色，母巖成分以砂巖、石英巖為主，含量約占55%，一般粒徑5 mm～20 mm，最大粒徑約90 mm，級配較好，以含約25%的細(xì)中砂及少量的黏性土充填。

3.2 水文地質(zhì)條件

根據(jù)水文觀測井的水位監(jiān)測數(shù)據(jù)及本次鉆探揭露：本次勘察深度范圍內(nèi)共出現(xiàn)一層地下水，類型為潛水。含水層主要賦存予砂卵石層中，潛水由于受到降雨降水等因素影響，水位有一定的變化，水位變化高度一般為 2 m～3 m。勘察期間實(shí)測地下水位(2014.11～2015.5測)為：地下水位埋深 19.6 m～24.8 m，相應(yīng)水位標(biāo)高 19.45 m～20.68 m。

某河現(xiàn)狀河道寬13.0 m～14.0 m，河岸為土質(zhì)邊坡，河底無襯砌；水深約 0.4 m，水源為雨、污水合流的排放水。

調(diào)查、走訪、勘察以及水力聯(lián)系專項(xiàng)調(diào)查結(jié)果綜合表明：車站南側(cè)的地表水-某河和其下的地下水有一定聯(lián)系，地表水的下滲會(huì)對擬建工程的施工產(chǎn)生不利影響。地表水的現(xiàn)狀滲漏總量約 61 m3/d，可能出現(xiàn)的最大滲水量為 760 m3/d。

4 施工風(fēng)險(xiǎn)事件詳情及應(yīng)急措施

4.1 豎井鎖口圈結(jié)構(gòu)及周邊地表變形突變

施工進(jìn)度：2019年9月19日，豎井開挖深度7 m，開挖速度較快，初期支護(hù)不及時(shí)，豎井內(nèi)直撐和角撐施作不及時(shí)，豎井鎖口圈及周邊地表出現(xiàn)明顯變形。豎井監(jiān)測布點(diǎn)圖如圖2所示。

圖2 監(jiān)測布點(diǎn)圖

監(jiān)測數(shù)據(jù)：豎井鎖口圈結(jié)構(gòu)沉降及位移、豎井周邊地表出現(xiàn)明顯變形，監(jiān)測點(diǎn)出現(xiàn)監(jiān)測預(yù)警。豎井整體朝向東北側(cè)某河方向偏移。鎖口圈結(jié)構(gòu)沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)時(shí)程曲線圖如圖3～圖6所示，鎖口圈結(jié)構(gòu)位移監(jiān)測數(shù)據(jù)時(shí)程曲線圖如圖7～圖10所示，豎井整體偏移情況如圖11所示。

圖3 豎井西側(cè)鎖口圈ZQS-56-01位移點(diǎn)時(shí)程曲線圖

圖4 豎井北側(cè)鎖口圈ZQS-56-02位移點(diǎn)時(shí)程曲線圖

圖5 豎井東側(cè)鎖口圈ZQS-56-03位移點(diǎn)時(shí)程曲線圖

圖6 豎井南側(cè)鎖口圈ZQS-56-04位移點(diǎn)時(shí)程曲線圖

圖7 豎井西側(cè)鎖口圈ZQC-56-01沉降點(diǎn)時(shí)程曲線圖

圖8 豎井北側(cè)鎖口圈ZQC-56-02沉降時(shí)程曲線圖

圖9 豎井東側(cè)鎖口圈ZQC-56-03沉降點(diǎn)時(shí)程曲線圖

圖10 豎井南側(cè)鎖口圈ZQC-56-04沉降時(shí)程曲線圖

豎井鎖口圈整體偏移情況如圖11所示。

圖11 豎井整體偏移情況

豎井周邊地表沉降監(jiān)測點(diǎn)出現(xiàn)明顯變形，豎井東側(cè)的DB-58-03地表監(jiān)測點(diǎn)累計(jì)變形量 -44.97 mm(控制值 30 mm)，變形速率 -3.03 mm/d(控制值 3 mm/d)，已達(dá)到紅色預(yù)警狀態(tài)。

取豎井東西向斷面4個(gè)地表點(diǎn)做時(shí)程曲線圖，可得明顯沉降槽曲線，如圖12所示。

圖12 豎井東西向斷面地表沉降槽曲線

應(yīng)急措施：①施工單位立即對豎井底部掛網(wǎng)封底，并在底部打設(shè)注漿管進(jìn)行注漿，補(bǔ)齊直撐和角撐。②豎井四周打設(shè)探孔，觀測硬化地面是否出現(xiàn)空洞。如圖13所示。

圖13 豎井周邊打設(shè)探孔

4.2 豎井坑底出現(xiàn)滲漏水

施工情況：豎井開挖深度7 m時(shí)，豎井底部出現(xiàn)持續(xù)滲漏水。

應(yīng)急措施：①對河道內(nèi)積水進(jìn)行導(dǎo)流，防止積水繼續(xù)滲漏至豎井；②豎井內(nèi)設(shè)置集水坑進(jìn)行排水。豎井滲漏水及某河積水情況如圖14、圖15所示。

圖14 豎井底部出現(xiàn)滲漏水

圖15 某河積水情況

4.3 處置效果

現(xiàn)場采取應(yīng)急措施后，豎井鎖口圈及周邊地表監(jiān)測點(diǎn)變形漸趨穩(wěn)定。豎井內(nèi)抽排積水后如圖16所示。河道積水導(dǎo)流后如圖17所示。

圖16 豎井積水抽排完畢

圖17 河道積水導(dǎo)流完畢

5 原因分析

當(dāng)日下午5時(shí)，施工單位組織召開專家咨詢會(huì)。與會(huì)專家經(jīng)過聽取各方匯報(bào)，經(jīng)研討論證后，分析預(yù)警產(chǎn)生原因主要有以下幾點(diǎn)：

(1)豎井結(jié)構(gòu)及周邊地表整體出現(xiàn)下沉，且靠近河道附近的豎井東側(cè)周邊地表點(diǎn)沉降量大于豎井西側(cè)周邊地表點(diǎn)沉降量，河道與豎井距離較近，河道內(nèi)積水滲漏至豎井內(nèi)，形成水力聯(lián)系，致使豎井內(nèi)水土流失；豎井與某河地質(zhì)縱斷面圖如圖18所示。

(2)豎井四周為埋深7 m的雜填土，土質(zhì)松軟，豎井開挖擾動(dòng)對周邊地面影響較大；

(3)鎖口圈監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)滯后，土方開挖深度 5 m后，開始布設(shè)鎖口圈結(jié)構(gòu)沉降及位移監(jiān)測點(diǎn)，未能及時(shí)反饋鎖口圈變形情況；

(4)施工進(jìn)展較快，直撐和角撐架設(shè)滯后，影響豎井初支結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

圖18 豎井與某河地質(zhì)縱斷面圖

6 總 結(jié)

(1)重視監(jiān)測在施工過程中不可替代的作用。本次事件中，施工單位安全意識(shí)較為淡薄，鎖口圈監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)滯后，未能第一時(shí)間獲取鎖口圈變形監(jiān)測數(shù)據(jù)。第三方監(jiān)測單位監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋及時(shí)，發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)事件后及時(shí)加密現(xiàn)場監(jiān)測及巡視頻率，為遏制風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步擴(kuò)大提供數(shù)據(jù)支持，信息化指導(dǎo)施工。

(2)豎井施工過程中，需嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求施工，及時(shí)架設(shè)直撐和角撐。

(3)施工單位應(yīng)急處置得當(dāng)，豎井內(nèi)及時(shí)抽排積水，河道積水進(jìn)行導(dǎo)流，切斷河道與豎井水力聯(lián)系。并及時(shí)補(bǔ)設(shè)直撐和角撐，豎井內(nèi)進(jìn)行注漿加固，豎井外周邊及時(shí)探孔取樣。

(4)后續(xù)類似豎井、明挖基坑臨近河道等風(fēng)險(xiǎn)源，建議提前了解做好地質(zhì)探查，查明豎井、明挖基坑與河道是否存在水力聯(lián)系，將后續(xù)施工過程中發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)隱患扼殺在萌芽狀態(tài)。