超大超深基坑涌水涌砂預(yù)案及搶救措施

張晶磊

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092）

1 工程概況

1.1 工程地理位置及周邊環(huán)境

中間風(fēng)井位于長(zhǎng)江北岸，緯七路公路過江隧道南側(cè)，浦口制水廠西側(cè)。結(jié)構(gòu)距離長(zhǎng)江江北大堤約350 m，距離北側(cè)緯七路隧道約60 m，基坑邊距離東側(cè)浦口制水廠圍墻約15.7 m。

1.2 設(shè)計(jì)情況

中間風(fēng)井平面外包尺寸為124.8 m×22.9 m，底板埋深約23～30.5 m，結(jié)構(gòu)為地下三層箱型框架結(jié)構(gòu)，采用明挖順做法施工?；訃o(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐的形式。中間風(fēng)井基坑開挖前對(duì)基底采用三重管高壓旋噴樁進(jìn)行“裙邊+抽條”形式的加固，加固區(qū)為基底以下3 m。

地下連續(xù)墻厚度為1 200 mm，深度分別為44 m、45 m、46 m、52 m、58 m，單元槽段共 58幅，單幅標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度為5.2 m。地下連續(xù)墻采用“H”型鋼板接頭，與主體形成疊合式側(cè)墻結(jié)構(gòu)。地下連續(xù)墻設(shè)計(jì)插入深度按1:1設(shè)計(jì)，墻底進(jìn)入粉細(xì)砂層及卵石圓礫地層，見圖1。

基坑支護(hù)系統(tǒng)由混凝土支撐與鋼支撐組成：西端盾構(gòu)井共設(shè)置6道支撐，其中第一、四、五道為混凝土支撐，其余為鋼支撐；中間標(biāo)準(zhǔn)段共設(shè)置6道支撐，其中第一、四道為混凝土支撐，其余為鋼支撐且第五道為并撐；中間標(biāo)準(zhǔn)段加深段共設(shè)置7道支撐，其中第一、四道為混凝土支撐，其余為鋼支撐且第六道為并撐；東端盾構(gòu)井共設(shè)置7道支撐，其中第一～六道為混凝土支撐，第七道為鋼支撐；同時(shí)在每道支撐的東西端盾構(gòu)井內(nèi)陰角處設(shè)置混凝土角板撐。

1.3 工程和水文地質(zhì)情況

（1）工程地質(zhì)

中間風(fēng)井勘探深度內(nèi)地層為第四系松散層和白堊紀(jì)上統(tǒng)浦口組基巖，松散層巖性主要為淤泥、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、粉土、粉細(xì)砂、中粗礫砂、及卵礫石混合土。浦口組基巖頂板埋深大于65 m，巖性為泥質(zhì)粉砂巖、泥巖。主要特殊性土為軟土，區(qū)間內(nèi)均有分布。主要不良地質(zhì)作用為砂土液化。

本工程地質(zhì)情況較差，從地表至槽底依次為：①-2層素填土、②-1 a層黏土、②-2 b 4層淤泥質(zhì)黏土、②-3d3-4層粉砂、細(xì)砂、②-4d 1-2層粉砂、細(xì)砂、②-5d-1粉砂、細(xì)砂、④-4e1層卵石、圓礫、礫砂、含礫中粗砂，其中粉砂、細(xì)砂厚度達(dá)25 m以上，東端盾構(gòu)井地下連續(xù)墻進(jìn)入④-4e1層5 m左右；西端盾構(gòu)井及標(biāo)準(zhǔn)段地下連續(xù)墻進(jìn)入粉砂、細(xì)砂達(dá)19 m左右。

中間風(fēng)井西端第一、二流水段基坑開挖深度范圍內(nèi)地層均為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土；東端第一、二、三流水段基坑開挖深度上部約16 m范圍內(nèi)為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，其余下部為粉細(xì)砂地層。

（2）水文地質(zhì)

本標(biāo)段基巖裂隙水為碎屑巖類裂隙水，含水巖組巖性為白堊系浦口組泥巖，中間風(fēng)井基坑內(nèi)均有分布。

本工程孔隙潛水分布地層為基坑上層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土地層。淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土地層夾粉砂、粉土薄層，并分布有透晶狀粉細(xì)砂層，潛水層與下部微壓水有一定的豎向滲透補(bǔ)給?？紫稘撍饕a(bǔ)給來源為大氣降水、地表水入滲、灌溉水回滲，因區(qū)內(nèi)地勢(shì)平坦，地下水徑流比較滯緩，水力坡度僅在千分之幾至萬分之幾，排泄方式以自然蒸發(fā)、向長(zhǎng)江等地表水體排泄以及少量的人工開采為主。

圖1 中間風(fēng)井地質(zhì)剖面圖

本工程下部微承壓水分布于粉砂、細(xì)砂、卵石圓礫地層。微承壓水主要補(bǔ)給來源為上部孔隙潛水下滲和長(zhǎng)江水的側(cè)向滲流，排泄方式以徑流及向長(zhǎng)江水體側(cè)向滲流為主。

中間風(fēng)井段地下水位埋深0.15～1.30 m，平均0.61 m，標(biāo)高5.12～5.94 m，平均5.43 m。水位變化主要受大氣降水和長(zhǎng)江水位的影響，年水位變幅一般在1.0～1.5 m之間。微承壓水水位埋深1.0～3.0 m。

長(zhǎng)江南京段水位每年6～9月為汛期，水位達(dá)到一年中的峰值，11月～2月為枯水期，水位相對(duì)較低。

1.4 基坑開挖

中間風(fēng)井基坑開挖前基底加采用三重管高壓旋噴樁進(jìn)行加固，加固形式為抽條+裙邊，同時(shí)基坑外對(duì)兩個(gè)端頭井與中間標(biāo)準(zhǔn)段的陰角處進(jìn)行加固。

基坑開挖施工遵循“分層、分段放坡開挖，開槽支撐、先撐后挖”的原則一直安全、有序進(jìn)行，西端盾構(gòu)井率先開挖至基底并順利通過基底驗(yàn)收，隨后進(jìn)行西端盾構(gòu)井內(nèi)墊層澆筑，底板卷材防水層施工，底板鋼筋綁扎并開始澆筑西端端頭井底板。

2 中間風(fēng)井基底突涌的緊急處理預(yù)案

本預(yù)案模擬中間風(fēng)井在開挖至坑底，澆筑過程中在中間風(fēng)井西端第一流水段與第二流水段底板接頭處開始出現(xiàn)輕微滲水現(xiàn)象，滲水從已澆筑完成西端頭井的墊層下逐漸涌出，且在水中明顯夾雜有粉細(xì)砂。在進(jìn)行封堵的過程中，涌水點(diǎn)出水量逐漸增大?；拥撞堪l(fā)生涌水涌砂時(shí)可采取的緊急處理方案及措施。

涌水險(xiǎn)情發(fā)生后首先可采用水泵抽排積水、土工布塞實(shí)涌水點(diǎn)并用砂袋、商品混凝土等材料回填反壓的方法試圖將涌水點(diǎn)封堵。如遇涌水點(diǎn)出水量和水壓較大，涌水點(diǎn)開始有擴(kuò)大的趨勢(shì)，西端盾構(gòu)井及標(biāo)準(zhǔn)段開始出現(xiàn)大量積水的現(xiàn)象。此刻，立即停止坑內(nèi)砂袋、混凝土的反壓作業(yè)，疏散基坑內(nèi)作業(yè)人員，將人員撤離基坑。為有效控制基底突涌，采用向坑內(nèi)回灌水反壓平衡基坑內(nèi)外的水壓，減少突涌的涌水量。進(jìn)行坑內(nèi)回灌水反壓平衡灌水時(shí)可按照以下步驟實(shí)施：

（1）向基坑內(nèi)回灌水對(duì)突涌進(jìn)行反壓，使基坑內(nèi)回灌水水位保持至少在第四道混凝土圍檁頂部以上，從而平衡基坑內(nèi)外水頭差，減弱涌水壓力和影響，并根據(jù)實(shí)際情況判斷回灌水位。

（2）經(jīng)過對(duì)坑內(nèi)回灌水水位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)情況進(jìn)行分析后，確認(rèn)管涌水壓明顯得到控制后，可暫停向坑內(nèi)回灌水。

（3）分析研究地連墻施工資料及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，立即在西端頭井附近地連墻外周布設(shè)鉆孔進(jìn)行注漿處理，通過注漿壓力與流量確定是否存在繞流涌水通道；并采用雙液漿注漿或聚胺脂封堵繞流通道，保證注漿孔位間距不大于1m進(jìn)行布置。

（4）增加坑內(nèi)降水井的開啟數(shù)量，加強(qiáng)坑內(nèi)抽降水能力。

（5）停止坑外回灌，回灌井內(nèi)調(diào)配大功率水泵作好強(qiáng)制降水準(zhǔn)備。

（6）加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量監(jiān)測(cè)工作，尤其注意地連墻變形、支撐軸力、水位、地層沉降等項(xiàng)目的連續(xù)監(jiān)測(cè)。

（7）開始進(jìn)行坑外注漿加固處理，同時(shí)對(duì)坑內(nèi)回灌水水位進(jìn)行詳細(xì)的監(jiān)測(cè)和記錄。

（8）待基坑涌水處理完成后，經(jīng)過評(píng)估后方可進(jìn)行下步開挖施工。

3 突涌封堵后的后續(xù)處理方案

水位降至底板后清理西端第一流水段、標(biāo)準(zhǔn)段涌水處的淤泥沉渣等雜物。首先人工用鐵鍬鏟除表面的淤泥和沉渣，對(duì)于人工清理困難的泥漿通過高壓水槍沖洗配合泥漿泵抽排的方式清理干凈，保證人員在基底可以正常作業(yè)。

西端第一流水段在基底完成淤泥、垃圾清理后，采用人工風(fēng)鎬破除底板混凝土，乙炔切割的底板鋼筋和鑿除的混凝土先采用人工清理配合吊車垂直運(yùn)輸?shù)姆绞睫D(zhuǎn)運(yùn)出基坑，剩余的浮渣等雜物采用高壓水沖洗配合泥漿泵抽排的方式清理干凈。

為保證將底板的強(qiáng)度和防水質(zhì)量，將西端第一流水段已澆筑的鋼筋混凝土全部鑿除，并重新施做底板防水和鋼筋混凝土，以確保底板良好的整體性。對(duì)已經(jīng)施做完成的底板墊層，破除過程中應(yīng)加強(qiáng)保護(hù)，盡量減少對(duì)基底的擾動(dòng)。重新施做底板卷材防水層之前，應(yīng)對(duì)底板墊層破損處進(jìn)行修補(bǔ)，以免對(duì)防水層造成損壞。

西端第二流水段在繞流處理時(shí)在涌水位置回填了大量的砂袋和混凝土，本段處理的重點(diǎn)是清除突涌前期處理時(shí)回填的反壓覆蓋層。

由于西端第二流水段處施工作業(yè)空間較大，清理基底反壓覆蓋層時(shí)可采用人工配合小型液壓鎬（炮頭）的形式進(jìn)行破除，破除后底板的清理采用小型挖掘機(jī)配合履帶吊垂直提升轉(zhuǎn)運(yùn)出基坑。

底板清理過程中應(yīng)安排專人對(duì)基底原涌水處及新開挖土層進(jìn)行全程監(jiān)控，同時(shí)對(duì)基坑內(nèi)外的監(jiān)控量測(cè)情況及時(shí)進(jìn)行分析，保證基坑在安全可控的情況下對(duì)突涌后的底板進(jìn)行處理。

為保證基坑安全，將西端第二流水段底板分為兩段進(jìn)行施工，對(duì)未開挖到位的土方視情況確定開挖長(zhǎng)度，原涌水處底板出露后盡量縮短暴露時(shí)間。同時(shí)底板開挖完成后應(yīng)加大人員、設(shè)備的投入，以最快的速度完成接地網(wǎng)、墊層以及防水施工，而后先綁扎底板鋼筋、安裝模板，完成混凝土澆筑作業(yè)。

4 后續(xù)施工安全措施

（1）防汛搶險(xiǎn)小組成員要實(shí)行24 h值班制度；

（2）嚴(yán)格執(zhí)行搶險(xiǎn)領(lǐng)導(dǎo)小組組長(zhǎng)安排；

（3）無條件服從搶險(xiǎn)小組的統(tǒng)一指揮；

（4）搶險(xiǎn)所需物資服從搶險(xiǎn)的緊急調(diào)用；

（5）任何部門和個(gè)人都有參加搶險(xiǎn)的義務(wù)；

（6）雨衣、手電、方木、編織袋、草袋、工字鋼、鋼管、鋼板、引水管、防毒面具等搶險(xiǎn)物資做到庫存充足；

（7）在搶險(xiǎn)作業(yè)中人員必須穿防滑鞋，高空作業(yè)必須系安全帶；

（8）吊裝材料時(shí)須專人指揮，下方不得站立人員，材料必須捆扎牢固后方可吊放，不得單點(diǎn)吊放材料。