深基坑施工中不明井管風險處置技術應用實踐

馬 仕（上海市基礎工程集團有限公司， 上海 200001）

承壓水對基坑施工存在重大影響。隨著基坑越來越深，承壓水對深基坑安全威脅也越來越大。因此，施工中必須要做好承壓水的降壓工作，以確保基坑開挖的安全。有時基坑施工過程中會遇到不明井管等風險點，這些井管可能是周邊工程打設的回灌井或坑外降壓井，或是來歷無從考證。然而這些井管的深度一旦深入到承壓水含水層，將成為承壓水貫通通道，給后續施工帶來巨大風險，尤其是開挖過程中遇到這種情況，由于時空效應基坑開挖不可能長時間停止，處理起來更為棘手。工程實踐中不乏由此造成的工程事故的案例。因此，必須給予高度重視和妥善處理，才能確保工程安全。

1 工程概況

上海市軌道交通 14 號線陸家嘴站車站主體總長為 219 m，標準段寬度為 28 m，車站有效站臺寬度18 m，底板埋深 27.4 m，為地下 3 層結構，明挖順作法進行施工。

施工場地位于上海市浦東新區陸家嘴金融區陸家嘴環路、花園石橋路交匯處，屬于鬧市區，周圍現有建（構）筑物眾多。車站 3 號出入口與南側東亞銀行大廈共用圍護結構；4 號出入口及 4 號風亭與浦東威立雅自來水廠最短距離為 4.7 m，水廠建成距今已有 85 a 歷史，為施工期間重點保護建筑。

車站主體位于正常地層與古河道地層交界區域（本次擬建車站待建部分大部分位于古河道分布區域），主要由黏性土、粉性土和砂土組成，分布較穩定，一般具有成層分布的特點，其中含承壓水的 7 層土與 9 層土相互聯通，車站底板距離 7 層含承壓水層最短距離為 2.2 m。基坑開挖時最終需要將承壓水水位降至底板以下。

2 不明井管情況

2.1 不明井管概況

軌道交通 14 號線陸家嘴站標準段基坑開挖深度為 27.4 m，在基坑開挖至 6.7 m 后，發現基坑內存在一口壁厚 20 mm，φ360 mm 的鑄鐵井管，深度未知，權屬單位不詳。經查閱相關資料與走訪周邊單位，未找到有關信息。由于其內部和側壁不斷有水冒出，現場立即停止了開挖施工。

由于不明井管深度未知，必須探明深度，明確其是否插入到承壓水含水層，才能識別存在的風險，并提出針對性的應對方案。

2.2 不明井管深度探測

為探明該井管深度，現場先后已采用低應變檢測及金屬探測法對該不明井管的深度進行檢測。

2.2.1 低應變檢測法

首先擬通過低應變方法進行檢測。由于低應變檢測在金屬介質中應用存在不確定性。為確保檢測準確性，低應變檢測法計劃探測深度為 20 m。

檢測結果顯示自井管口至 20 m 深度處，均檢測到金屬井管。因此，初步可判斷井管深度不小于自地面往下26.7 m。

2.2.2 金屬探測法

為了進一步探明不明井管長度，決定采用更為準確的金屬探測法進行探測。計劃探測深度為 30 m。現場實際施工時，在不明井管旁邊鉆孔至 30 m，同時開啟周邊降壓井，降低水頭至 －6.7 m 以下，確保不出現涌水涌砂情況。隨即下放檢測設備進行金屬探測。檢測結果顯示自井管口至孔底深度處，均檢測到金屬井管，因此初步可判斷井管深度不小于自地面往下 30 m，說明不明井管已深入到承壓水含水層。探測完成后必須對打設的探測孔采用注漿進行有效封堵。

綜上所述，根據金屬探測法、低應變檢測法及現場情況判斷，該不明井管深度至少不小于 30 m，并且與 ⑦ 層承壓水層相連通，必須采取針對性措施對該井管進行封堵。

3 風險識別與分析

3.1 基坑開挖過程中的風險

由于探測井管深度已經插入到承壓水含水層，且目前狀況已經出現冒水情況，繼續開挖無論井內還是井壁外都會成為承壓水的貫通通道。同時，一方面為了保護周邊環境，不可能放開大規模降承壓水；另一方面由于 7 層土和 9 層土聯通，靠坑內現有降壓井無法確保水位維持在坑底以下。這些情況下，導致一旦出現承壓水突涌等問題，將給工程帶來巨大的風險，必須采取方案妥善處理。

3.2 結構回筑的風險

由于井管是鑄鐵材料，其穿越底板時的止水節點也是必須處理好的關鍵點。因為根據設計要求，底板達到強度后即可恢復一定的承壓水水位，這對井壁外側的止水措施帶來更大的壓力。井管結構是否完好，井的內部是否也會在結構回筑過程中成為承壓水通道而威脅工程安全等也都是未知數。因此，必須采取一種穩妥的措施處理好結構回筑過程中存在的風險。

4 不明井管的處置方案

根據井管的實際情況及可能造成風險的分析與識別，經過綜合的比較和評估，最終確定了采取在井管外側打設鋼套管的處置方案。采用這個方案，一方面可以有效規避開挖過程不明井管內外的涌水風險，另一方面也使后續結構回筑階段的節點處理以及最終井管的割除更便于處理。鋼套管的打設也必須選用合適的設備，避免打設過程過度擾動鋼管周邊土體而引起鋼管側壁涌水。同時，在開挖過程中做好鋼套管周邊涌水的應急預案。

4.1 鋼套管的打設

井管直徑為φ360 mm，預估井管施工成孔時孔徑應在 600 mm 左右，據此，鋼套管直徑選擇1000 mm，深度確定 42 m 深，以確保能夠完全覆蓋。

施工時，選用了一套 ICE50RF 免共振振動錘設備進行鋼套管下沉。ICE50RF 較傳統的樁錘施工相比，它是通過激振力產生高速震動，使土壤液化，不產生隆土情況下，克服摩擦力實現樁身下沉。避開了土體的共振頻率，與周邊土層沒有共振，有效避免了對周邊土地地基的損壞，而且還大大縮短了打樁時間，提高了鋼套管施工的質量和效率。

施工前，測量人員通過架設在樁機的正面、側面 20 m 以外 2 臺互成 90° 夾角的經緯儀指揮樁機調整導桿垂直度，使樁錘、樁帽和樁身處于同一條垂直軸線，從而保證樁身的垂直度要求。

此過程中，嚴格控制第一節樁的沉樁質量，認真觀測沉樁時的樁身變化情況，發現有偏移或傾斜時，立即分析原因，并采取措施予以糾正；保證第一節垂直度不得超過 0.3%，其余節垂直度不得超過 0.5%。當樁身位移較大或有明顯走動時必須拔出且必須重新測設樣樁，重新插樁。鋼管樁為 6 m 長一節，采用 CO2氣體保護焊的焊接方式進行連接，焊接完成后，采用超聲波無損探傷方法進行焊縫檢測。

實際鋼管樁施工深度達到了 42 m。整個施工時間 4 h，鋼套管垂直度良好，完全達到了預定的目標。基坑繼續開挖過程中，對鋼套管周邊進行了跟蹤監測，未發現側邊滲水情況，基坑開挖順利完成。

4.2 結構回筑鋼套管的處理

（1）結構底板施工時，在鋼套管壁外焊止水鋼板。底板完成后對鋼套管外壁與結構間縫隙進行堵漏預注漿。待結構全部回筑完成后，關閉降壓井，觀察鋼套管外壁與結構間縫隙未見滲水。

（2）結構回筑完成后，確認底板與鋼套管之間已經有效止水后，就需要對不明井管及其與鋼套管之間進行注漿填充。具體方案為對不明井管內部采用注漿封井，對不明井管及鋼套管間夾層土進行高壓旋噴樁加固。

不明井管采用注漿封井的注漿管應居中下入井管內，注漿管底端應進入濾管底部。注漿管安放到位后應在井管口固定管位。固定注漿管后，應向井管內填入瓜子片，回填頂面不低于地面以下 26.8 m；注漿時應控制注漿壓力不小于 0.4 MPa；每注漿 0.5～1.0 m 高度的漿量后將注漿管上提相同高度，以保證注漿效果。

不明井管與鋼套管夾層間等距布設 4 根高壓旋噴樁，樁體直徑不小于 800 mm，樁體搭接不小于 350 mm，加固區域為地下 26.8～42.0 m 范圍；采用 42.5 級普通硅酸鹽水泥，可適當添加早強劑，加固體單樁水泥含量不小于 25%，水灰比 1.0，提速應不大于 10 cm/min，單樁水泥用量不小于 200 kg/m，樁身垂直度誤差不大于 1/100，強度應大于等于 1.2 MPa。

（3）高壓旋噴樁達到強度后，抽出關內的余水，靜止 48 h，觀察是否有水滲出。確認封堵有效后，就要進行套管和井管的割除。

首先用手槍鉆在底板上部鋼套管和不明井管上打觀測孔，并觀察是否有水流出。在確認封堵有效后，切除底板頂面上方井管，人工挖清浮土至底板面 1 m 以下，并割除底板頂面下 1 m 范圍內的不明井管，隨后封填細石混凝土至井管斷面，搗實并抹平，于鋼套管內壁焊封一層止水鋼板，并于其上布設單排雙向 C32@150 mm鋼筋，且與外層鋼套管焊接牢固；隨后由下至上逐層填實細石混凝土并焊封剩余兩道止水鋼板與加強鋼筋；其中，頂層止水鋼板加強鋼筋應與底板頂層主筋焊接牢固，完成后澆注細石混凝土至底板頂面齊平。

5 結語

（1）涉及承壓水的深基坑工程，開挖過程中如果遇到不明井管等障礙物，或是坑內工程樁、降壓井及其他部位等出現涌水涌砂情況時，必須引起高度重視，否則將給基坑工程帶來嚴重的后果。工程實踐證明，打設鋼套管的方法是應對上述情況的行之有效的方法之一。

（2）鋼套管法一方面可以有效解決基坑開挖過程中不明井管等周邊可能出現的涌水涌砂等風險情況，一方面在結構回筑時有利于防水節點的處理，以及不明井管的最終處理。鋼套管的直徑和深度必須根據工程實際情況進行綜合確定。

（3）基坑繼續開挖過程中，對鋼套管周邊進行了跟蹤監測，未發現側邊滲水情況。這說明采用 ICE 50RF 免共振振動錘設備打設鋼套管能夠很好避免傳統設備施工可能對管周邊土體的影響，確保了開挖過程中安全，而且施工效率高，環境影響小，尤其在應急情況下應該得到更為廣泛的應用。

（4）涉及承壓水風險較大的基坑工程，在降壓設計時，必須充分考慮到各種可能的情況，降壓能力必須留有足夠的余量，以備不時之需。鋼套管法也可作為補打降壓井的輔助方法得到廣泛應用。

（5）涉及基坑外需要打設降壓井或回灌井的過程，在工程完工后，必須做好基坑外側井管的封堵工作，并留有完成的工程資料，避免這些坑外井管成為后續項目的風險點，為后續工程帶來不必要的隱患。