某深基坑地鐵車站降水技術(shù)優(yōu)化實(shí)踐

齊 威

（中鐵十八局集團(tuán)市政工程有限公司，天津市 300222）

0 引言

為了滿足城市的出行要求，臨近既有線路建造車站的情況越來(lái)越多，這就要求修建的換乘車站深度也越來(lái)越大，工序越來(lái)越復(fù)雜，施工中因降水問(wèn)題處理不當(dāng)而導(dǎo)致的質(zhì)量安全事故屢見(jiàn)不鮮，造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失[1]。在地下水位較高的地區(qū)，大面積降水會(huì)造成周邊建筑物沉降以及道路管線的破壞；基坑開(kāi)挖過(guò)程中還可能由于水位壓力差而出現(xiàn)流砂和管涌現(xiàn)象，影響周邊地基承載力。因此，如何合理有效地解決這些難題，保證施工安全成為地鐵車站深基坑降水技術(shù)中面臨的重要課題。本文以某地鐵深基坑降水工程為例，對(duì)降水技術(shù)優(yōu)化的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)。

1 工程概況

案例工程為四線換乘站，沿南北向敷設(shè)，地下6層島式車站，基坑深度約43～45m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用圍護(hù)樁+內(nèi)支撐形式。工程主體基坑?xùn)|側(cè)臨近1號(hào)線某車站主體結(jié)構(gòu)，兩站主體側(cè)墻凈距約5.3～9.9m；小里程端頭臨近4號(hào)線暗挖區(qū)間，車站端墻距離區(qū)間襯砌結(jié)構(gòu)外壁約5.9m。

該工程范圍內(nèi)地層在垂直剖面上，自上而下為人工填土、黏土、粉質(zhì)黏土、砂層、卵石層、基巖全、強(qiáng)、中等風(fēng)化。卵石、泥巖分界面位于地面以下29m 左右，根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，分界面存在滯水層，厚度達(dá)2～3m。該工程涉及深基坑降水，關(guān)系到工程的建設(shè)效果。

該工程采用坑外管井降水和坑內(nèi)明排相結(jié)合的方法進(jìn)行降水。為減小降水工程對(duì)既有1號(hào)線的影響，在基坑周邊設(shè)置23口降水井配合坑內(nèi)降水，在既有1號(hào)線東側(cè)設(shè)置6口觀測(cè)井兼降水井，必要時(shí)進(jìn)行降水，確保1號(hào)線運(yùn)營(yíng)安全。

降水井采用旋挖成孔的方式，開(kāi)孔孔徑為合800/1000mm，深度35m。采取分區(qū)降水的方式，自西向東依次開(kāi)啟降水井，首先對(duì)坑內(nèi)降水井及西側(cè)降水井進(jìn)行抽水，待18號(hào)線基坑?xùn)|側(cè)降水井地下水位降至既有1號(hào)線底板附近（-17～-20m），且1 號(hào)線東側(cè)降水井與西側(cè)降水井水壓差不大于6m時(shí)，可開(kāi)啟18號(hào)線東側(cè)降水井，采用控制水壓差保護(hù)1號(hào)線運(yùn)營(yíng)安全。

由于卵石層、泥巖交界面存在滯水層，且泥巖以下采用坑內(nèi)集水明排，在基坑四周設(shè)置明溝，并在基坑邊設(shè)置集水井，在集水井內(nèi)安放潛水泵排水，以達(dá)到排水、降水的目的。為防止泥巖交界面滯水層發(fā)生滲漏水或涌水涌砂[3]，在泥巖交界面上下2m 位置設(shè)置模筑混凝土。在樁間設(shè)置泄水管，采用明管將泄水管內(nèi)流水引至基底排水盲溝內(nèi)。

2 深基坑地鐵車站降水工程的主要特征

從上述工程情況分析，該深基坑地鐵車站降水工程表現(xiàn)出施工難度大、技術(shù)要求高、不可預(yù)見(jiàn)因素多的特征。

2.1 施工難度大

一般的地鐵車站都是在地面下十幾米的位置，本文探討的深基坑深度≥40m，在這樣的環(huán)境下，要保證基坑安全開(kāi)挖難度不容小覷。降水的效果若達(dá)不到要求則無(wú)法進(jìn)行土方開(kāi)挖，從而影響工期；隨著基坑開(kāi)挖深度的推進(jìn)，在地層交界處水壓過(guò)大還會(huì)出現(xiàn)大面積流沙和管涌現(xiàn)象，對(duì)基坑的穩(wěn)定性以及周邊管線建筑物產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。

2.2 技術(shù)要求高

在砂卵層地質(zhì)中，降水會(huì)導(dǎo)致周邊土體中的細(xì)砂顆粒的流失，影響周邊土體的承載力，這是深基坑實(shí)際施工中遇到的比較常見(jiàn)的問(wèn)題；在基坑開(kāi)挖過(guò)程中，降水要連續(xù)不間斷進(jìn)行。本文探討的地鐵車站深基坑就是地理位置特殊，周邊除了靠近兩條既有線，還有多棟高層建筑以及各類管線，基坑開(kāi)挖中既要達(dá)到有效的降水深度還要嚴(yán)格控制周邊既有線路的沉降[2]。

2.3 不可預(yù)見(jiàn)因素多

在雨季來(lái)臨時(shí)，地下水會(huì)得到補(bǔ)給，會(huì)有一部分水滲入基坑，從而影響基坑整體的穩(wěn)定性；實(shí)際施工中土方開(kāi)挖和主體結(jié)構(gòu)施工依次進(jìn)行，地下環(huán)境復(fù)雜且空間有限，嚴(yán)禁進(jìn)行帶水作業(yè)，降水要一直連續(xù)進(jìn)行，整個(gè)工期較長(zhǎng)。

3 降水技術(shù)的優(yōu)化

3.1 基坑局部注漿加固堵水的施工工藝

基坑的東側(cè)和北側(cè)分別與既有線1號(hào)線和4號(hào)線相鄰，降水井的開(kāi)啟導(dǎo)致大量細(xì)砂流失，在施工中監(jiān)測(cè)到既有線存在沉降的現(xiàn)象，結(jié)合專家討論對(duì)基坑土體進(jìn)行注漿加固。

3.1.1 注漿孔的布置以及相關(guān)參數(shù)

18號(hào)線基坑標(biāo)準(zhǔn)段地面以下至第二道支撐范圍內(nèi)采用地面注漿方式加固土體，注漿孔沿車站縱向布置1排，縱向間距3m，每個(gè)注漿孔內(nèi)進(jìn)行2次鉆進(jìn)注漿。豎向注漿管長(zhǎng)度6.7m；斜向注漿管長(zhǎng)度8.6m，與豎向注漿管的角度為40°，如圖1所示。

圖1 1號(hào)線側(cè)部土體地面注漿管布置示意圖（標(biāo)準(zhǔn)段）

第二道支撐至第三道支撐范圍內(nèi)采用水平+斜向注漿方式加固土體，水平袖閥管按3m×2m梅花形布置，斜向袖閥管布置2排，豎向間距0.5m，夾角15°。第三道支撐至1號(hào)線車站圍護(hù)樁樁底線范圍內(nèi)采用水平注漿方式加固土體。袖閥管按3m×2m梅花形布置，水平注漿管長(zhǎng)度7.8m，如圖2所示。

圖2 1號(hào)線側(cè)部土體基坑內(nèi)注漿管布置示意圖

圖3 1號(hào)線底板注漿管布置示意圖

18 號(hào)線基坑開(kāi)挖至1 號(hào)線車站結(jié)構(gòu)底板標(biāo)高以下4m左右后，在基坑臨近既有1號(hào)線車站主體結(jié)構(gòu)一側(cè)圍護(hù)樁間打孔，埋入鋼花管。注漿鋼管@3×2.6m 梅花形水平布置三排，最上排注漿管中軸線在1號(hào)線車站圍護(hù)樁樁底線以下10cm處。1號(hào)線底板注漿范圍為18號(hào)線基坑1軸~15軸；15軸以后18號(hào)線圍護(hù)樁間經(jīng)咬合樁加強(qiáng)，不考慮注漿。

采用水平注漿方式加固土體，水平袖閥管按3×2m梅花形布置，袖閥管長(zhǎng)度5m，如圖4所示。

圖4 4號(hào)線側(cè)部土體基坑內(nèi)注漿管布置示意圖（擴(kuò)大端）

3.1.2 注漿施工流程

注漿施工涉及鉆孔、打入鋼管、配制漿液、實(shí)施注漿等工序，其流程如圖5所示。

圖5 注漿工藝流程圖

（1）鉆孔。鉆孔采用潛孔鉆機(jī)，按照設(shè)計(jì)圖紙放出孔位，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)降水井點(diǎn)位及管線位置可對(duì)孔位進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。成孔直徑孔48mm/Ф108mm，孔深見(jiàn)上小節(jié)各部位注漿管長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)的深度，成孔檢驗(yàn)合格后鉆機(jī)移至下一孔位。

（2）打入鋼管。鉆到設(shè)計(jì)深度后，先用清水沖洗孔，插入鋼管到設(shè)計(jì)深度，鋼管端頭露出圍護(hù)排樁壁50cm。袖閥管采用內(nèi)徑Ф48mm 的鋼管，外包橡皮套，插入鉆孔，管端封閉，管內(nèi)充滿水下管。鋼花管采用直徑Ф108mm的鋼管，注漿眼沿軸線間距為30cm，孔眼直徑Ф6~10mm。使用潛孔鉆機(jī)配合卡鉗將鋼管擊入孔內(nèi)，鋼管插入時(shí)要?jiǎng)蛩偾斑M(jìn)，避免損壞封眼膠帶。

（3）配制漿液。注漿材料采用水灰比為0.8∶1~1∶1的水泥漿，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)注漿效果和實(shí)際情況實(shí)時(shí)適當(dāng)調(diào)整水灰比。漿液采用水泥單漿液，當(dāng)孔內(nèi)滲水量過(guò)大時(shí)采用雙漿液[4]（引孔時(shí)觀察）。

（4）實(shí)施注漿。采用壓漿泵進(jìn)行壓漿，開(kāi)始用清水或稀漿走孔，壓漿結(jié)束時(shí)用濃漿封孔。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，袖閥管注漿壓力統(tǒng)一為0.2~0.4MPa；鋼花管注漿壓力：第一排注漿管注漿壓力控制在0.1~0.2MPa，第二排注漿管注漿壓力控制在0.2～0.3MPa，第三排注漿管注漿壓力根據(jù)后續(xù)既有線結(jié)構(gòu)沉降情況與設(shè)計(jì)溝通后確定。

出現(xiàn)壓力急劇上升或壓漿管劇烈抖動(dòng)應(yīng)立即停止壓漿并迅速打開(kāi)回漿門，避免漏漿、爆管。注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為注漿壓力逐步提高，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)計(jì)終壓并繼續(xù)注漿10min以上時(shí)，有一定注漿量，注漿結(jié)束時(shí)的逬漿量一般在20~30min以下。對(duì)周圍地層進(jìn)行巡查，當(dāng)發(fā)現(xiàn)地表、降水井、周圍雨水井、污水井滲漏出水泥漿液時(shí)，應(yīng)當(dāng)暫停注漿，等待一段時(shí)間?；謴?fù)注漿后，如繼續(xù)漏漿，證明地層縫隙已被水泥漿填充，立即停止注漿[5]。

3.1.3 注漿施工中的注意事項(xiàng)

在基坑開(kāi)挖過(guò)程中對(duì)1 號(hào)線車站結(jié)構(gòu)、4 號(hào)線隧道結(jié)構(gòu)下方土體進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果決定是否進(jìn)行跟蹤注漿，確?；娱_(kāi)挖過(guò)程中既有結(jié)構(gòu)的安全。打設(shè)注漿孔時(shí)，為了避免影響基坑周邊降水井和既有線車站的主體結(jié)構(gòu)，每口降水井應(yīng)在基坑墻壁上標(biāo)明投影位置，打設(shè)每個(gè)注漿孔時(shí)，先將注漿孔坐標(biāo)與應(yīng)避開(kāi)的結(jié)構(gòu)物坐標(biāo)核對(duì)并確認(rèn)無(wú)誤后，再進(jìn)行注漿孔放樣、打孔。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)避開(kāi)的結(jié)構(gòu)物位置及既有管線進(jìn)行孔位調(diào)整。注漿前應(yīng)核查管綜圖，可按需進(jìn)行管線探挖，探明地面以下的所有管線[6]，確保注漿孔與管線位置不沖突后再進(jìn)行打孔注漿。

3.2 斜井在實(shí)際施工中的應(yīng)用

受地下水流動(dòng)的影響，注漿加固未達(dá)到完全密實(shí)狀態(tài)，進(jìn)入泥巖交界面處，坑壁部分區(qū)域滲流較大。在第四道圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工完成后，距離腰梁高度1m 范圍打入斜井共計(jì)8口，傾斜角度為靠近既有線一側(cè)45°，斜井深度8m，斜井底部進(jìn)入中風(fēng)化泥巖2~3m。斜井孔內(nèi)放入小功率水泵將井筒內(nèi)的積水抽排到圍護(hù)結(jié)構(gòu)混凝土腰梁上的集水箱內(nèi)，再由集水箱內(nèi)22kW 水泵抽排到基坑外的沉淀池。

4 結(jié)束語(yǔ)

該深基坑地鐵車站建設(shè)過(guò)程中對(duì)降水技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，獲得的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)如下：

（1）基坑側(cè)部和既有線底板注漿加固不僅有效減少了既有線的沉降，在東側(cè)降水井無(wú)法開(kāi)啟的情況下有效截?cái)嗔说叵滤?，保證了基坑開(kāi)挖的順利進(jìn)行，而且規(guī)避了對(duì)周邊建筑物、管線等設(shè)施的影響。

（2）深基坑內(nèi)斜井將坑壁的裂隙水引入井筒內(nèi)，通過(guò)水泵抽走，減少了地下水流入基坑內(nèi)，彌補(bǔ)了東側(cè)降水井未開(kāi)啟的不足。

（3）受降水井抽水的影響，注漿加固過(guò)程中一部分漿液會(huì)隨著地下水的流動(dòng)而被稀釋，最終會(huì)影響部分區(qū)域加固效果不佳。在實(shí)際施工中受到環(huán)境以及機(jī)具條件的限制，泥漿的配比、成孔套管的起拔等工序還是存在一些問(wèn)題和不足，有待進(jìn)一步研究探索。