淺談地鐵車站施工對斷裂帶處理措施

廣州市地下鐵道總公司 廣東廣州

摘要：介紹了廣州市軌道交通二十一號線某車站穿越瘦狗嶺斷裂帶的施工案例。通過勘察、設(shè)計、施工各環(huán)節(jié)采取的相應(yīng)措施，最大限度的降低了車站基坑開挖的風(fēng)險，為以后類似地質(zhì)條件施工提供了參考經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：瘦狗嶺斷裂帶；地鐵；加固；水

1 工程概況

廣州市軌道交通二十一號線工程X站位于廣州市奧體中心環(huán)場路外側(cè)，車站為地下二層14米島式站臺車站，全長226.0米，標(biāo)準(zhǔn)段寬為22.7米，車站基坑開挖深度為15.7～17.5米，采用地下連續(xù)墻結(jié)合3道內(nèi)支護作圍護體系，明挖法施工。

根據(jù)勘察報告，世界大觀站范圍內(nèi)地質(zhì)主要分為兩大區(qū)域，其中南端約80m位于瘦狗嶺斷層破碎帶上，斷裂帶以北部分為主要為砂層和花崗巖地層。斷層破碎帶由多次構(gòu)造作用形成，原巖為泥質(zhì)粉砂巖或花崗巖，具變質(zhì)作用和硅化作用，巖芯破碎，巖質(zhì)軟硬變化，強度差異很大。同時，場地內(nèi)砂層普遍分布，為粉細砂和中粗砂，局部有礫砂，砂層區(qū)地下水豐富，從南往北砂層厚度逐漸增厚，厚度為2.60～13.50m，平均厚度為7.2m。

本場地孔隙水一般為潛水，局部上覆黏性土層，地下水略具承壓性，承壓水頭約0.80～5.60m?；鶐r風(fēng)化裂隙水為承壓水，承壓水頭約4.20～16.00m。構(gòu)造裂隙水主要含水層為強、中風(fēng)化構(gòu)造角礫巖，均為中等透水地層，主要分布在車站南段，局部構(gòu)造裂隙發(fā)育地段水量較大。

2 針對斷裂帶采取的設(shè)計措施

車站南部約有80m位于斷層破碎帶上，基底位于強、中風(fēng)化構(gòu)造角礫巖，巖體較破碎，為泥質(zhì)粉砂巖及花崗巖在地質(zhì)作用下強烈擠壓破碎風(fēng)化而成。破碎巖體縫隙有填充物，富水性較大，滲透系數(shù)為0.5～1.3m/d，為中等透水層?；鶐r裂隙水具有承壓性，承壓水頭約4m～16m。在DK6+930處為斷層破碎帶滑動面，兩側(cè)巖性差別較大，滑動面內(nèi)巖體極為破碎，傾角約為75°，深度超出工程范圍，在豎向上聯(lián)通各地層的水力聯(lián)系，富水性大，具有一定的動水性，承壓水頭約為10m。

2.1地下連續(xù)墻

增加地下連續(xù)墻嵌固深度，從而減弱基巖裂隙水的水平水力聯(lián)系，同時增加基巖裂隙水的滲流路徑，減小水力梯度，保證滲透穩(wěn)定性。滲透穩(wěn)定性驗算公式如下：

將嵌固深度、水頭壓差、浮重度等參數(shù)帶入公式，可得滲透穩(wěn)定性系數(shù)為1.65，滿足規(guī)范要求。

2.2 基底加固

由于斷層破碎帶主滑動面巖體極為破碎，豎向水力聯(lián)系密切，是基巖裂隙水的快速補給通道。若直接進行開挖，極有可能在承壓水頭作用下，成為薄弱部位，發(fā)生基坑突涌，大量涌水。因此需對破碎帶滑動面兩側(cè)5m范圍進行旋噴樁加固，形成一定厚度的隔水層，破碎帶內(nèi)動水受阻于隔水層，只能向周邊滲流，繞過加固體涌出基坑，從而大大增加了滲流路徑，減小水力梯度，防止斷層破碎帶發(fā)生突涌，保證滲透穩(wěn)定性。

2.3 群坑降水

基坑涌水量與水力梯度及土體滲透系數(shù)正相關(guān)。本基坑需降水頭較深，且基巖為中等透水性。因此適當(dāng)增加降水井?dāng)?shù)量，降水井間距約為20m，可基本滿足降水需要。

3 施工過程中的控制

3.1地下連續(xù)墻施工控制要點

車站主體基坑圍護結(jié)構(gòu)采用800mm厚地下連續(xù)墻。共104副，深度為18.1～24.1m。斷層破碎帶區(qū)域?qū)Φ叵逻B續(xù)墻采取了加深措施，由常規(guī)連續(xù)墻嵌入底板以下5m或進入中風(fēng)化巖層2.5m，進入微風(fēng)化巖層1.5m；設(shè)計措施加強為嵌入底板以下6.5m（東側(cè)）及7.5m（西側(cè)），進入中風(fēng)化巖層4，9m，進入微風(fēng)化2.8m。從地連墻施工過程中，所揭示的地質(zhì)情況來看，與詳勘及補勘報告吻合。地連墻施工完成后，檢測結(jié)果合格，滿足設(shè)計及規(guī)范要求。

3.2斷層破碎帶滑動面加固

為了切斷斷層破碎帶滑動面地下水的聯(lián)系通道，非常有必要采取有效的加固止水措施。本車站采用Φ600@450二重管旋噴樁進行斷層破碎帶滑動面基底進行加固，共1694根，引孔直徑約110～130mm，加固范圍為斷裂帶分界線兩側(cè)各5米范圍，加固深度自基底以下5米深范圍或8-5中風(fēng)化構(gòu)造角礫巖層頂面。高壓旋噴樁設(shè)計為Φ600mm，間距450mm，樁長5m，水泥漿液水灰比1：1～1.5：1，水泥采用42.5級普通硅酸鹽水泥。旋噴樁加固自10月6日開始，于11月4日完成。完成后，對加固體進行抽芯檢測，水泥土固結(jié)體抽芯取樣28天抗壓強度和滲透系數(shù)達到設(shè)計及規(guī)范要求。

3.3降水井施工

車站基坑管井沿基坑縱向2排梅花布置，共23口降水井，間距約20m，埋深到基底以下2米。在降水井施工過程中，嚴格控制管壁的開孔率和包裹，成孔后填實濾料，反復(fù)洗井，確保降水井的正常使用。在開挖期間應(yīng)隨開挖逐步降低地下水位，基坑外不降水，基坑內(nèi)側(cè)設(shè)降水井。通過安裝自動抽水裝置，水位保持在基坑開挖面以下0.5米。

4 處理效果分析和開挖現(xiàn)狀

4.1處理效果分析

斷裂帶區(qū)域地鐵車站基坑施工最大的風(fēng)險就是水，為了檢驗各項措施對水的阻隔效果，確保基坑開挖的安全。我們對比的幾個階段的抽水試驗，按照詳勘階段、補勘階段、連續(xù)墻完成后加固前、連續(xù)墻完成后加固后四個階段進行劃分，

對上述試驗數(shù)據(jù)對比分析后，有如下結(jié)論：

1、地下連續(xù)墻施工前后斷裂帶的滲透系數(shù)基本一致，但地下連續(xù)墻施工后基坑單位涌水量較施工前大幅減少。

2、斷裂帶加固后與加固前的試驗結(jié)果進行對比得知，加固后的斷裂帶涌水量和滲透系數(shù)較加固前有大幅的降低，加固體對斷裂帶的涌水有一定的阻隔作用。

4.2 開挖現(xiàn)狀

5 結(jié)論及注意事項

1、地連墻

通過基坑開挖過程中坑內(nèi)降水與坑外水位監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，且計算得出的各貯水地層的涌水量、滲透系數(shù)及影響半徑的數(shù)據(jù)均比之前取得的試驗成果明顯減小，上述數(shù)據(jù)表明，本車站基坑圍護結(jié)構(gòu)已起到明顯止水帷幕作用，特別是對第四系孔隙潛水，已基本切斷其水平補給來源。地下連續(xù)墻圍閉性良好，能夠達到設(shè)計要求。

2、斷裂帶加固

通過對斷裂帶加固前及加固后的抽水試驗分析，加固體起到蓋板阻水作用。

3、基坑降水效果

根據(jù)試驗成果數(shù)據(jù)及坑內(nèi)降水情況，坑內(nèi)群井降水作為本車站地下水控制的首選措施，完全可以滿足本車站基坑開挖過程中對地下水位控制的需求。

4、注意事項

（1）在降水運行過程中隨開挖深度加大逐步降低承壓水頭，避免過早抽水減壓。在不同開挖深度的工況階段，合理控制承壓水頭，在滿足基坑穩(wěn)定性要求前提下，防止承壓水頭過大降低，這將使降水對周邊環(huán)境的影響減少到最低限度。

（2）基坑開挖過程中斷裂帶區(qū)段連續(xù)墻墻底發(fā)生涌水時，可采用預(yù)埋的注漿管進行注漿。

參考文獻：

[1]《巖土工程勘察規(guī)范（2009年版）》（GB50021-200l）中國計劃出版社

[2]《城市軌道交通巖土工程勘察規(guī)范》（GB50307-2012）中國計劃出版社上接

[3]《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-2012）中國計劃出版社

[4]《地鐵設(shè)計規(guī)范》（GB50157-2013）中國計劃出版社