瀕臨敏感環(huán)境未閉合圍護(hù)結(jié)構(gòu)處理關(guān)鍵技術(shù)

周 欣

(江蘇國樁巖土工程有限公司，江蘇 南京 211301)

1 概述

為了方便百姓出行，地鐵車站通常建設(shè)于城市繁華地段，而在城市繁華地段，地下分布著不同功能的管線。為了保證地鐵車站基坑工程順利實(shí)施，在實(shí)施前需要把基坑工程場(chǎng)地內(nèi)外、不同功能的地下管線遷改。但在工程實(shí)踐中，會(huì)遇到地下管線無法遷改的難題，隨之引發(fā)兩個(gè)危害：1)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)無法閉合，導(dǎo)致在基坑土方開挖過程中，圍護(hù)結(jié)構(gòu)外的水土沿未閉合圍護(hù)結(jié)構(gòu)處向基坑內(nèi)滲漏，影響了地鐵車站本身施工；2)因?yàn)樗料蚧觾?nèi)滲漏，對(duì)地鐵車站基坑周邊敏感環(huán)境造成危害，產(chǎn)生如道路塌陷、建筑物不均勻沉降等。工程實(shí)踐需要針對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)無法閉合處的處理技術(shù)，基于此閉合處理技術(shù)，使地鐵車站基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)重新閉合，以便消除地下管線無法遷改導(dǎo)致圍護(hù)結(jié)構(gòu)無法閉合對(duì)瀕臨敏感環(huán)境產(chǎn)生的危害[1-4]。

某地鐵車站采用逆作法實(shí)施，該基坑工程瀕臨敏感環(huán)境國道，導(dǎo)致穿越的電纜不僅穿過基坑，而且無法遷改，形成了未閉合圍護(hù)結(jié)構(gòu)。針對(duì)未閉合圍護(hù)結(jié)構(gòu)，作者提出了針對(duì)性的閉合處理技術(shù)，并成功應(yīng)用于實(shí)踐，保證了逆作法地鐵車站順利實(shí)施，也確保了敏感環(huán)境國道、電纜的安全?，F(xiàn)把未閉合圍護(hù)結(jié)構(gòu)處理關(guān)鍵技術(shù)總結(jié)出來，供同行在類似工況時(shí)借鑒參考。

2 工程概況及工程地質(zhì)條件

2.1 設(shè)計(jì)概況

某地鐵車站位于國道南側(cè)，沿國道呈南北向布置。車站采用半蓋外島式車站，車站長度為149 m，標(biāo)準(zhǔn)斷面寬度為23.9 m，盾構(gòu)端頭段寬為27.2 m，標(biāo)準(zhǔn)段主體基坑開挖深度約為24 m～25.5 m，車輛以2‰的下坡由小里程往大里程行駛。車站地下3層無柱車站，設(shè)置3個(gè)出入口、2組風(fēng)亭。車站主體基坑圍護(hù)采用1 200 mm@1 350 mm旋挖樁+內(nèi)支撐的支護(hù)形式，采用600 mm旋噴樁作為樁間之水，車站抗浮采用壓頂梁+抗拔樁聯(lián)合抗浮形式。為方便市區(qū)車輛通行，車站采用明挖逆作法施工。

2.2 車站管線情況

車站西南角度區(qū)域存在兩處電纜斜跨基坑,一處為3根DN168 mm 10 kV高壓PE線纜,埋深約為3 m，另外一處為16根DN 168 mm 10 kV高壓線纜采用1.5 m×1.5 m現(xiàn)澆箱涵作保護(hù)，箱涵埋深1.5 m。因兩處管線十分重要，管線主管部門不同意遷改，受兩處10 kV電纜影響，該區(qū)域圍護(hù)結(jié)構(gòu)4處圍護(hù)樁及旋噴樁無法施工，A空隙寬500 mm、B空隙寬600 mm、C空隙寬1 500 mm、D空隙寬2 000 mm(見圖1)[5-9]。

2.3 工程地質(zhì)條件

地鐵車站基坑工程涉及的巖土層自上而下為：

①雜填土、素填土層：雜填土稍壓實(shí)狀態(tài)為主，主要由碎石、黏性土夾建筑垃圾等組成，均勻性較差。素填土為灰褐、灰白等色，稍壓實(shí)狀態(tài)為主，主要由粉質(zhì)黏土、砂土等回填而成，夾碎石塊等，均勻性較差，淺表層多為混凝土地面。

③1,③2沖積-洪積砂層：灰黃色、灰色，飽和，稍密為主，局部中密，級(jí)配良好，成分主要為石英顆粒，含少量黏粒。

④-2B,④N-2,④N-3沖積-洪積土層：呈褐黃色、灰黃色等，可塑，主要由粉黏粒組成，局部夾有砂，干強(qiáng)度及韌性中等，壓縮性中等。

⑤N-1,⑤N-2殘積土層：褐紅、棕紅、灰黃等色，硬塑，成分以粉黏粒組成，土質(zhì)不均，干強(qiáng)度韌性中等，黏性一般，遇水易軟化崩解，壓縮性中等。

⑦-1礫巖強(qiáng)風(fēng)化層：褐紅色、巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，巖芯呈半巖半土狀，褐紅色，原巖風(fēng)化強(qiáng)烈，組織結(jié)構(gòu)大部分破壞，巖芯呈半巖半土狀，碎塊狀，遇水易軟化，巖體破碎，屬于極軟巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)。

⑦-3粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖強(qiáng)風(fēng)化層：褐紅、棕紅等色，巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，原巖結(jié)構(gòu)大部分被破壞，巖芯呈半巖半土狀為主、少量碎塊狀，局部夾中風(fēng)化巖塊，遇水易軟化，巖體破碎，屬于極軟巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ類。

⑧-1礫巖中等風(fēng)化層：褐紅色、灰白色等，礫狀結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，泥鈣質(zhì)膠結(jié)，裂隙較發(fā)育，巖芯破碎，多呈塊狀，扁柱狀，少量短柱狀，柱狀，礫石成分為灰?guī)r。

⑧-3粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖中等風(fēng)化層：褐紅、棕紅等色，粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，泥鈣質(zhì)膠結(jié)，可見細(xì)脈狀方解石充填其中，滴稀鹽酸稍微起泡，裂隙發(fā)育，巖心較破碎，呈塊狀為主，少量柱狀，風(fēng)化不均。

⑨-3粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖微風(fēng)化層：深灰色，青灰色，灰色，粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，泥鈣質(zhì)膠結(jié)，巖石裂隙稍發(fā)育，見細(xì)長狀方解石脈充填少量塊狀，巖質(zhì)較硬，錘擊聲脆。

2.4 圍護(hù)樁施工情況

受蓋板區(qū)電纜影響，圍護(hù)結(jié)構(gòu)部分圍護(hù)樁及旋噴樁無法施工，由于斜跨基坑管線處存在8 m～9 m厚的素填土、粉質(zhì)黏土、中粗砂層，其中粉質(zhì)黏土層夾砂較多，中粗砂密實(shí)，為保證開挖基坑穩(wěn)定，采用后期注漿及分段開挖逆作施工。

3 分段逆作墻體施工方法

3.1 施工順序

施工前須做好國道處道路封閉，交通導(dǎo)流設(shè)置。施工過程中須定人定點(diǎn)值班監(jiān)測(cè)地面沉降。

四個(gè)空隙需分區(qū)逐一處理，待上一個(gè)空隙點(diǎn)處理完畢后方可進(jìn)行下一個(gè)空隙點(diǎn)施工，不得同時(shí)施工。依次按照A空隙→B空隙→C空隙→D空隙的順序施工。土方按此順序分區(qū)分層依次開挖，開挖至空隙處應(yīng)預(yù)留2 m寬的核心土，以保證注漿過程中的穩(wěn)定性。開挖前需做好管線交底，開挖至管線附近處必須采用人工探挖，嚴(yán)禁使用挖機(jī)，施工過程中必須做好管線保護(hù)。開挖過程必須做好降水，降水至開挖面下50 cm，做好降水記錄，定時(shí)監(jiān)測(cè)地下水位。

3.2 施工流程

D空隙最大為2 000 mm，以D空隙為例介紹施工流程，其余三個(gè)空隙處參照?qǐng)?zhí)行。

1)打開基坑外側(cè)國道處井蓋，觀察地下水位，并將井內(nèi)水位引流。

2)利用基坑降水井進(jìn)行抽排，將水位降至開挖面下50 cm，注意抽排過程中不要過猛，避免擾動(dòng)砂層。

3)PC60挖機(jī)開挖逆作頂板下方土體1.5 m，至16孔10 kV電纜線現(xiàn)澆箱涵底，探明現(xiàn)澆箱涵位置(見圖2)。

4)繼續(xù)開挖1.2 m(空隙處預(yù)留2 m寬核心土)，嚴(yán)格控制封鋼板前的分層土方開挖高度，嚴(yán)禁超挖。因基坑瀕臨國道，且砂層較厚，局部厚度超過5 m，為保證地鐵施工和國道行車安全，及時(shí)采用鋼板封閉，防止?jié)B水滲砂，鋼板厚度根據(jù)開挖深度調(diào)整，上部壓力較小時(shí)可采用3 mm鋼板，如出現(xiàn)滲漏，及時(shí)堵漏，待無滲漏后，施工分段逆作墻，根據(jù)地層及處理情況，在逆作墻上設(shè)置注漿孔。為方便鋼板搬運(yùn)及焊接，每層土方開挖后可分塊焊接，確保土方開挖后快速采用鋼板封閉，鋼板封閉后及時(shí)施作逆作墻體。

5)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況采用鉆注一體機(jī)以30°～60°向下成孔注漿加固基坑外側(cè)土體，每層土體采用3個(gè)注漿孔，孔距500 mm～600 mm，成孔深度至基坑外2.5 m～3 m(見圖3)。

6)向下繼續(xù)開挖1.2 m(空隙處預(yù)留2 m寬核心土)，嚴(yán)格控制后封鋼板前的分層土方開挖高度，嚴(yán)禁超挖。及時(shí)采用6 mm鋼板封閉鋼板厚度(根據(jù)開挖深度調(diào)整，下方壓力較大時(shí)采用1 cm鋼板)，如出現(xiàn)滲漏，及時(shí)堵漏，待無滲漏后，施工逆作樁。通過在兩側(cè)樁身設(shè)置膨脹螺栓的形式焊接鋼板封閉基坑外土體，鋼板厚度及尺寸根據(jù)開挖深度及地質(zhì)情況確定，上方土壓力較小時(shí)采用4 mm～6 mm厚鋼板，下部土壓力較大時(shí)采用1 cm(見圖4)。

7)重復(fù)5)～6)，直至開挖至砂層底部約8 m處，后續(xù)根據(jù)開挖情況，如存在夾砂層，可參照上述方法處理。

8)完成逆作擋墻施工，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，通過逆作擋墻預(yù)留注漿孔注漿加固墻后土體，確保基坑安全[10-12]。

3.3 注漿參數(shù)及流程

根據(jù)施工過程中注漿情況，采用雙液漿工藝進(jìn)行施工。

1)采用雙液漿注漿，水泥漿∶水玻璃為1∶1(體積比)。2)注漿壓力不得大于1 MPa，根據(jù)返漿情況調(diào)整注漿壓力。3)水泥漿水灰比(質(zhì)量比)為1∶1,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，水泥漿凝固時(shí)間快慢可調(diào)整為1∶0.8或1∶1.2。

注漿施工流程如下：1)鉆孔、插入鋼花管成30°～60°向下成孔注漿加固，每層土體采用3個(gè)～4個(gè)注漿孔。2)封口挖出孔口處15 cm左右土體，采用堵漏王封口。3)采用雙液漿，水泥漿∶水玻璃為1∶1(體積比)；注漿壓力0.2 MPa～0.4 MPa，根據(jù)返漿情況調(diào)整注漿壓力。

3.4 分段逆作墻施工

1)經(jīng)設(shè)計(jì)核算，分段逆作墻水平筋直徑為22@150 mm，豎向筋為直徑25@150 mm，墻體厚度為500 mm(見圖5)。

2)逆作墻側(cè)模采用厚膠合板，采用φ48×3.0鋼管和5 cm×10 cm方木作橫、豎圍檁，φ14對(duì)拉螺栓作側(cè)向支撐，方木豎圍檁間隔0.3 m一道，外加斜撐間距1 m均布。對(duì)拉螺桿焊接在鋼板上，模板安裝完畢后，應(yīng)仔細(xì)檢查尺寸和加固情況，以保證模板不走位、變形，確保其精度。

4 施工風(fēng)險(xiǎn)及應(yīng)急措施

為保證施工過程中基坑和國道通車安全，制定了相應(yīng)應(yīng)急措施。

4.1 涌水涌砂應(yīng)急處置措施

1)在有微量漏水時(shí)，可采用雙快水泥直接對(duì)漏點(diǎn)進(jìn)行修補(bǔ)堵漏。2)漏水較嚴(yán)重時(shí)，可用雙快水泥進(jìn)行封堵，同時(shí)用軟管引流，等水泥硬化后從引流管中注入化學(xué)漿液止水堵漏，進(jìn)行化學(xué)灌漿。 3)出現(xiàn)滲漏點(diǎn)時(shí)，加密監(jiān)測(cè)，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)國道地表沉降、周邊管線沉降、地下水位、樁體水平位移等。

4.2 坍塌應(yīng)急處置措施

1)當(dāng)出現(xiàn)局部小塌方(冒泥沙)時(shí)，為避免塌方面積擴(kuò)大，臨時(shí)封閉塌方部周邊，鉆孔探明塌方周邊斷層情況，以塌方處為作業(yè)半徑，由四周向中間鉆孔探明，采取邊探邊注漿處理。2)當(dāng)出現(xiàn)大面積塌方時(shí)，可以采取坡頂卸載或削坡、適當(dāng)增加支撐或錨桿、回填砂包、土包或再加拋大石反壓、回灌水等措施。

4.3 周邊道路沉降/塌陷應(yīng)急處置措施

1)立即停止施工，疏散現(xiàn)場(chǎng)人員，聯(lián)系交警部門對(duì)道路交通進(jìn)行封閉及疏解。聯(lián)系相關(guān)管線產(chǎn)權(quán)單位，第一時(shí)間關(guān)閉管線閥門或開關(guān)，根據(jù)影響程度進(jìn)行管線監(jiān)護(hù)和處理。2)進(jìn)行基坑堆料或回填反壓，減緩或抑制路面開裂或塌陷情況。加強(qiáng)支護(hù)體系，減少基坑變形量，用水泥漿將地面裂縫澆灌封閉并抹面防止雨水滲入及增加。3)如果路面下土質(zhì)松軟或出現(xiàn)空洞，立即采取注漿加固、填充。

5 結(jié)論

1)針對(duì)因管線原因造成的圍護(hù)結(jié)構(gòu)無法閉合的工況，空隙處應(yīng)按照空隙由小到大的順序依次處理，避免同時(shí)處理多個(gè)空隙。2)空隙處理應(yīng)根據(jù)地層條件按照開挖→封鋼板→注漿→施工逆作墻的順序分段處理，鋼板厚度可根據(jù)開挖深度逐漸加厚。3)處理過程中需動(dòng)態(tài)關(guān)注基坑地下水位和周邊敏感環(huán)境的水位變化，地下水位開挖面下50 cm，針對(duì)涌水涌砂、道路塌陷、不均勻沉降等危害做好應(yīng)急措施。4)通過針對(duì)該工況采用該工藝對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了閉合處理，后續(xù)車站開挖過程中無明顯滲漏，結(jié)構(gòu)施工安全順利，國道通車安全無事故，可為類似工程施工提供參考。