巖溶區(qū)地鐵車站基坑突涌水機(jī)理分析及處理實(shí)踐

陳臣

摘 要：巖溶可誘發(fā)基坑涌水、涌泥等災(zāi)害，給在富水巖溶區(qū)及斷層破碎帶區(qū)域地鐵基坑施工帶來諸多難題。本文以廣州市某地鐵車站基坑巖溶涌水治理工程為背景，系統(tǒng)分析了該車站所處地層的巖溶發(fā)育特點(diǎn)和涌水條件，針對(duì)涌水具體情況，采取相應(yīng)有效的搶險(xiǎn)措施，控制涌水量，確保了基坑后續(xù)順利開挖，為類似巖溶可誘發(fā)條件下的地鐵車站基坑涌水防治方案的設(shè)計(jì)和施工提供有益參考。

關(guān)鍵詞：灰?guī)r;涌水;危害

中圖分類號(hào)：TU758.11文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

巖溶是水動(dòng)力對(duì)可溶性巖石的化學(xué)溶解作用所形成的地表和地下的各種景觀與現(xiàn)象，以地下復(fù)雜貫通的巖溶通道系統(tǒng)，地表奇特的喀斯特地貌景觀為典型[1]。水的沖蝕作用，使可溶性巖石內(nèi)裂隙與通道不斷擴(kuò)展變大，從而形成洞穴，當(dāng)水流繼續(xù)不斷沖蝕，上部土體發(fā)生重力崩塌，甚至可直達(dá)地表，造成地陷災(zāi)害。

本文從涌水分析、涌水治理到監(jiān)測(cè)驗(yàn)證，全方位介紹了廣州某地鐵車站深基坑巖溶涌水治理情況，對(duì)類似巖溶可誘發(fā)條件下的地鐵車站基坑涌水防治方案的設(shè)計(jì)和施工具有參考作用。

1 工程概況

廣州地鐵某車站為地下2層（換乘節(jié)點(diǎn)處3層）島式車站，全長(zhǎng)575.1m，標(biāo)準(zhǔn)段寬為23.10m，明挖順做法施工，基坑開挖深度為17.3m（換乘節(jié)點(diǎn)處27.2m）。

根據(jù)地勘報(bào)告，車站基坑開挖范圍內(nèi)除了表層填土外，開挖土層以沖洪積砂層、河流相沉積淤泥質(zhì)土為主，基底大多位于礫砂與石炭系灰?guī)r交界附近。車站北部C2+3ht灰?guī)r中巖溶見洞率74.3%，平均的線性巖溶率為17.7%，屬于巖溶強(qiáng)發(fā)育區(qū)段。

基坑支護(hù)方案采用地下連續(xù)墻+3道（節(jié)點(diǎn)處4道）內(nèi)支撐的支護(hù)形式。連續(xù)墻嵌固深度滿足穿透砂層且進(jìn)入中風(fēng)化層不小于2.5m，微風(fēng)化層不小于1.5m的要求。本車站基坑開挖前均按上述要求完成溶土洞注漿處理及注漿效果檢測(cè)工作，檢驗(yàn)結(jié)果為合格。

2 巖溶區(qū)基坑開挖涌水情況及原因分析

本車站底板大多直接位于基巖上，灰?guī)r巖溶（溶洞、溶蝕溝槽）發(fā)育，基坑基底基巖裂隙水或巖溶水極可能誘發(fā)突涌[2]。

2.1 涌水情況

本站基坑施工過程中，于2016年11月30日下午3時(shí)，車站55-56軸挖到基底墊層處時(shí)，基底突然涌水，初始涌水量約80立方米/小時(shí)，此時(shí)，基坑開挖深度約18m;基坑涌水位置周邊建筑物多為市場(chǎng)商鋪，年代已久，基礎(chǔ)薄弱，管線眾多，道路繁忙，環(huán)境復(fù)雜。

基坑內(nèi)出現(xiàn)涌水后，各監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化速率過大，水位、建筑物沉降速率已經(jīng)超過報(bào)警值。其中，涌水點(diǎn)位置東側(cè)地下水位觀測(cè)點(diǎn)累計(jì)變化量為-4.3m;東側(cè)周邊建筑物茶葉城門柱變化速率-43mm/d，累計(jì)變化量為-26.3mm;地表沉降變化速率-2.05mm/d，累計(jì)變化量為-42.5mm。

發(fā)現(xiàn)該情況后，立即采取引流管導(dǎo)流混凝土反壓的方式進(jìn)行涌水處理，并在基坑外側(cè)施加止水帷幕，基坑內(nèi)鉆孔注漿兜底封堵涌水通道。前期對(duì)基坑外注漿過程中，采用孔口混合的注漿方式，效果不理想，表明孔口混合的注漿方式不適用于大水量滲水通道的封堵。后期調(diào)整注漿工藝，采用孔底混合配合大直徑的注漿芯管注漿，增大了雙液漿濃度及瞬時(shí)注漿量，達(dá)到了封堵效果。直至12月22日，基坑外注漿結(jié)束后，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)變化速率已趨于穩(wěn)定，且遠(yuǎn)小于報(bào)警值。

2.2 涌水原因分析

本車站北端頭35軸-66軸基巖均為石炭系中上統(tǒng)壺天群灰?guī)r，巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，見洞率高達(dá)74.3%，針對(duì)本次涌水位置，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)開挖情況，認(rèn)為該段為地質(zhì)整合接觸面（C和P），在應(yīng)力作用下形成了褶曲，該位置巖層巖心破碎，巖帶寬度不大，約1～2m左右，破碎狀巖層可能與溶洞裂隙水通道聯(lián)通，形成溶洞裂隙水的滲透通道。

基坑涌水現(xiàn)象主要以開挖揭露和鉆孔揭露兩種方式體現(xiàn)，本次基坑涌水為開挖揭露。基坑涌水毫無(wú)預(yù)兆，基坑內(nèi)巖溶發(fā)育，開挖過程中隨時(shí)有涌水的可能，且涌水量由小變大的緩沖時(shí)間較短，大大增加了基坑涌水的不可控性。巖溶基坑涌水具有突發(fā)性、富水性、高壓性、破壞性。本車站基坑就是在開挖到55-56軸基底墊層處時(shí)，基底突然涌水，涌水達(dá)到80立方米/小時(shí)。

基坑涌水模式分為滲漏型涌水、巖溶管道涌水、阻水?dāng)鄬咏衣缎秃退ε研退姆N。滲漏型涌水在基坑側(cè)壁上較為常見，隨著水流不斷滴落，排水量逐漸減少;巖溶管道揭露型涌水在富水巖溶區(qū)的深基坑突水中最為常見，但本車站基坑開挖前均已完成溶土洞注漿處理，因此此次涌水不屬于巖溶管道揭露型涌水;本站地勘并未揭露阻水?dāng)鄬?，故也不存在阻水?dāng)鄬咏衣缎涂赡堋?/p>

結(jié)合本車站溶土洞處理與涌水點(diǎn)位置關(guān)系及現(xiàn)場(chǎng)基坑開挖情況，基坑涌水應(yīng)屬于水力劈裂型涌水，即基坑開挖至基底后，地質(zhì)整合接觸面在基坑外側(cè)高壓水頭作用下產(chǎn)生劈裂，形成過水通道，從而使水頭壓力得到釋放。

3 基坑涌水止水措施研究

3.1 混凝土反壓及預(yù)埋引流桶

從11月30日基坑涌水至12月5日共進(jìn)行3次混凝土反壓，并在涌水點(diǎn)設(shè)置引流桶，引流桶底部四周采用土工布+堵漏劑進(jìn)行封邊，使涌水全部從引流桶內(nèi)流出，之后在引流桶周邊澆筑混凝土進(jìn)行二次封邊。

基坑內(nèi)反壓混凝土減小了基坑內(nèi)外的水頭差，并起到增加基坑穩(wěn)定性的作用，有利于基坑外注漿效果，且反壓混凝土對(duì)控制基坑內(nèi)涌水量起到一定作用;預(yù)埋引流桶將出水點(diǎn)匯集到一處，方便集中鉆孔注漿處理和觀察。[3]

3.2 鉆孔注漿

3.2.1 確定涌水通道

根據(jù)地質(zhì)情況分析，現(xiàn)場(chǎng)采用投放顏料和注漿過程中基坑內(nèi)反漿兩種方式最終判定涌水通道位置。

先行在東側(cè)LXQ132、LXQ133外側(cè)注漿，先注水泥漿（投放顏料）查找涌水通道，結(jié)果顏料從基坑內(nèi)流出，且注漿過程中，存在反漿的現(xiàn)象。從而確定基坑?xùn)|側(cè)LXQ132、LXQ133、LXQ130位置為主要流水通道，通過對(duì)涌水通道位置打孔、注漿及砼反壓等措施，基坑內(nèi)涌水流量從80m3/h減少為40m3/h。

3.2.2 注漿工藝選取

由于涌水通道內(nèi)水量較大，在注漿過程中漿液隨水流從基坑內(nèi)涌水點(diǎn)位置冒出，無(wú)法在涌水通道內(nèi)凝結(jié)，達(dá)不到封堵效果。因此對(duì)于非連通孔，采用單、雙液漿注漿液注漿;對(duì)于連通孔，通過漿液孔底混合注漿、聚氨酯注漿、摻入陶（塑料）粒注漿3種不同方式改進(jìn)注漿工藝，并在注漿過中不斷進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，逐步改善注漿效果。

通過調(diào)整注漿工藝，反復(fù)調(diào)試最終確定加入陶（塑料）粒注漿的方式較為有效，采取對(duì)涌水通道位置打孔、注漿及砼反壓等措施，基坑內(nèi)涌水流量從40m3/h減少為35m3/h;后續(xù)對(duì)剩余聯(lián)通孔位繼續(xù)進(jìn)行陶粒、塑料顆粒封堵與注單（雙）液漿注漿，基坑內(nèi)涌水流量從35m3/h減少為7m3/h，由是基坑內(nèi)側(cè)涌水量得到有效控制，注漿達(dá)到預(yù)期效果。

3.3 基坑內(nèi)鉆孔及注漿

基坑內(nèi)鉆孔采用地質(zhì)鉆機(jī)+潛孔鉆的方式進(jìn)行鉆孔。鉆孔過程中發(fā)現(xiàn)基底以下溶洞發(fā)育，溶洞填充物多為全填充、局部為半填充，填充物中細(xì)砂為主?；觾?nèi)注漿采用單、雙液漿注漿，為防止注漿過程中相鄰孔位冒漿，采用“成一孔，注一孔”的注漿方式。基坑內(nèi)注漿結(jié)束后，涌水點(diǎn)處涌水量由7m3/h較少到2m3/h。

4 基坑涌水處理效果

為確定本次基坑涌水處理過程中各措施有效，在基坑內(nèi)布設(shè)監(jiān)測(cè)孔以監(jiān)測(cè)驗(yàn)證涌水處理真實(shí)情況，基坑內(nèi)檢測(cè)孔孔深77m，孔底控制在基底以下5m。鉆孔取芯孔內(nèi)無(wú)出水情況，充填密實(shí)，存在凝固的水泥漿，處理效果良好。通過地面注漿加固措施封堵處理后，基底涌水完全止住，根據(jù)芯樣情況，現(xiàn)場(chǎng)認(rèn)為達(dá)到開挖條件。

該車站后續(xù)基坑開挖順利進(jìn)行，驗(yàn)證本次基坑涌水處理過程中采取的處理措施是正確的，涌水孔得以徹底封堵，有效阻隔灰?guī)r裂隙水與周邊地下水的聯(lián)系通道，止水效果顯著，達(dá)到了良好的效果。

5 結(jié)論

對(duì)于發(fā)生在巖溶地區(qū)基坑突涌險(xiǎn)情能夠取得成功治理，總結(jié)以下幾點(diǎn)：

（1）對(duì)于基坑涌水量較大時(shí)，采用基坑混凝土反壓泄壓等方式穩(wěn)定涌水量，且采用豎向大直徑的引流管，對(duì)基坑內(nèi)涌水起到明顯的導(dǎo)流作用，便于集中封堵處理，并能更好的觀測(cè)基坑內(nèi)涌水量的大小。

（2）基坑內(nèi)突涌處理采用鉆孔注漿方式，由于涌水通道內(nèi)水量較大，在注漿過程中漿液隨水流從基坑內(nèi)涌水點(diǎn)位置冒出，無(wú)法在涌水通道內(nèi)凝結(jié)，達(dá)不到封堵效果。需實(shí)時(shí)根據(jù)孔內(nèi)連通情況靈活調(diào)整注漿壓力及注漿液配比，采用孔底混合配合大直徑的注漿芯管注漿，增大了雙液漿濃度及瞬時(shí)注漿量，從而達(dá)到封堵效果。

（3）針對(duì)巖溶裂隙發(fā)育區(qū)的基底涌水，采取圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)兩側(cè)注漿封堵措施，其效果在本車站得到了很好的驗(yàn)證，該實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可供同類工程參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]盧耀如.巖溶：奇峰異洞的世界[M].暨南大學(xué)出版社.清華大學(xué)出版社，2005.

[2]張煒.某隧道巖溶發(fā)育特征與涌水量初步預(yù)計(jì)[J].安徽建筑工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010（2）：17-20.

[3]呂波，等.南寧市某地鐵車站基坑涌水原因分析及處理措施[J].施工技術(shù)，2018，47（3）：88.