富水砂土岩溶地层“先隧后墙”基坑开挖风险控制

刘君中 

（广州轨道交通建设监理有限公司，广州 510010）

摘  要：在富水砂土、灰岩岩溶发育的工程条件下,车站附属结构连续墙与电力隧道交接处，施工过程中地下含水层容易发生涌水涌砂现象；在砂土岩溶复合地层中进行地下工程施工时,必须保证周边建构筑物、临近商业楼基坑及基底下电力隧道的安全,控制好地面沉降。如何确保岩溶地层基坑开挖安全,进而保证车站周边建（构）筑物的安全是基坑工程中的重难点问题。本文以广州八号线北延段聚龙站附属结构施工为例,论述了一种适用于富水砂土岩溶地层且周边环境复杂的“先隧后墙”基坑开挖的安全控制方法。施工实际监测结果表明,该方法可以有效适用于富水沙土岩溶地层基坑开挖工程,控制基坑开挖对周边环境及下方电力隧道的影响、确保工程周边临近构筑物的安全,施工过程的可靠度好,对今后解决类似工程问题具有一定的借鉴意义。

关键词： 富水砂土先隧后墙  基坑开挖  控制措施

1工程概况

1.1车站概况

聚龙站附属出入口及风亭设置在车站两侧，东侧设置Ⅰ号出入口、Ⅱ号出入口及2号风亭，西侧设置Ⅳ号出入口、V号出入口及1号风亭，其中Ⅳ号出入口与电力隧道5号工作井合建，且在建电力隧道下穿V号出入口及1号风亭，1号风亭与聚龙工业超大基坑共用围护桩。

车站附属结构主要采用明挖顺筑法施工，基坑围护结构采用600mm、800mm厚地下连续墙+内支撑，基坑安全等级为一级。地下连续墙采用C30水下混凝土，接头采用工字钢，围护结构竖向设置两道混凝土支撑（局部为钢支撑）。

1.2周边环境

车站布置南北走向，聚龙站位于市政石槎路上，石槎路为双向8车道，宽约28～30米，车站附属V号出入口及1号风亭位于车站西侧，聚龙工业区大楼和在建的工业园基坑紧接，

车站周边管线众多。附属结构V号出入口、1号风亭平行车站，有ф1200污水管、ф1000雨水管悬吊在地连墙上方。

1.3工程地质情况

根据聚龙站详勘地质报告，附属结构区域从上到下共揭露填土<1>人工填土层、<3-1>、<3-2>中粗砂、<3-3>砾砂、<4-2a>淤泥、<4-2b>淤泥质土、<4n-2>可塑状粉质黏土、<4n-3>硬塑状粉质黏土、<5c-1b>可塑状残积粉质黏土、<5c-2>硬塑状残积粉质黏土、<6c>全风化带、<7c>强风化带、<8c-1>中风化带、<9c-1>炭质灰岩微风化带、<9c-2>层灰岩微风化带。

1.4水文地质条件

勘察范围内所有钻孔均遇见地下水。勘察时测得钻孔中初见水位埋深为2.10～4.70m，初见水位高程为3.47～5.82m；混合稳定水位埋深为3.5～5.8m，高程为2.93～5.67m。局部砂层覆于灰岩上，孔隙水与岩溶水水力联系密切，具统一的地下水水位。

2.附属基坑开挖风险分析

结合基坑施工内容和情况、工程水文地质等工程条件特点，基坑开挖施工的主要风险有：

（1）附属基坑自身结构开挖深度大，最深达到10.7m，开挖过程中可能出现围护结构变形、开裂、墙缝或地基涌水、涌砂、地面沉降、坑底隆起等情况，可能造成围护结构和支撑结构的失稳。

（2）深大基坑施工难度大，围护结构体系稳定安全控制、基坑支撑体系的及时稳固是支撑施工的重点。

（3）现场围蔽场地不规则，合理的规划渣土运输路线、提高道路利用率是施工组织的难点。

（4）工期紧张,开挖面多，且现场没有空间设置存渣场，施工进度难以保证。合理的组织开挖顺序，有效地加快基坑开挖效率是施工的重点。

（5）附属结构周边临近多条管线，其中附属V号出入口、1号风亭有污水管【φ1200，埋深2.5m】、雨水管【φ1000，埋深1.2m】做临迁或已永迁到附属结构已施工完成的地连墙上方，跨度达32米，基坑开挖过程需要做管线悬吊保护，易出现管道破裂的风险。

   （6）周边建筑物情况复杂，紧邻聚龙工业区在建综合楼，同步基坑施工，共用围护结构，支撑受力连成一体，相互影响大，开挖过程中可能出现基坑失稳的风险。

（7） 直径4100mm的电力隧道下穿1号风亭及5号出入口，此位置采用“先隧后墙”的做法。车站附属的围护结构地连墙底位于砂层或炭质灰岩地层内，与电力隧道近接的地连续墙深入基底以下仅1.5米，距离电力隧道顶部仅0.5米，由于掘进盾构隧道，后施工连续墙，连续墙成槽过程中可能破坏已成形隧道。

（8）1号风亭及5号出入口附属结构基底距离电力隧道顶部仅2米。土方开挖过程中，由于电力隧道位置地连墙嵌固深度不足，且基底位于砂层或裂隙发育的炭质灰岩地层，基坑开挖过程中可能出现地连墙内外水力联系或水沿着电力隧道管片外侧壁流入基坑内，造成基坑突涌水，引起附近的聚龙工业区楼房、紧邻的在建F18、F19聚龙工业区商业楼深基坑失稳。基坑开挖过程中，还可能引起电力隧道上浮。这些风险因素相互叠加，围护结构和基坑开挖施工风险很大。

图1  附属结构1号风亭、5号出入口周边情况布置图

（9）1号风亭及5号出入口与聚龙工业区合建，两个深基坑共用围护桩的风险

3地连墙施工控制措施

综合上述风险分析，附属围护结构和基坑开挖要作好以下工作，确保连续墙和基坑开挖施工安全可控。研究确定成槽施工工艺

（1）作好围护结构“一槽两钻”施工

①布孔原则，车站主体及附属结构中，地连墙采用“一槽两钻”的原则布置，平均布孔间距3m；临时立柱采用“一孔一钻”的原则布置。

②钻探目的，在详勘的基础上，进一步查明车站附属围护结构下方的溶土洞分布，和基岩界面标高，便于提前注浆处理，保证地下连续墙的嵌入深度。

③钻探方法，本车站超前钻施工采用钻探和取芯鉴定的方法，主要是查明勘察范围的溶土洞的分布状况；如果鉴别为有溶土洞，则查明溶土洞的发育深度、高度和填充物等。

图2一槽两钻岩心图（砂层高达4米）	图31号风亭底板上方巨厚砂层

（2）认真核对施工图，精确列出连续墙与隧道的空间关系。

（3）从连续墙与隧道的空间关系看，连续墙成槽与隧道非常近，采用常用的冲击成孔，对隧道破坏或造成变形的风险很大，为确保隧道安全，减小施工过程中的冲击振动，下穿电力隧道地连墙和相邻地连墙，采用旋挖钻引孔+成槽机的工艺进行。

（4）下穿电力隧道地连墙和相邻地连墙施工过程控制

1）成槽施工前，测量班根据技术人员放线交底，在导墙上精确划出分段标记线。

2）监理、承包商组织工班对电力隧道位置、分段位置再次进行确认，并进行现场标示，同时对工人进行专项交底，交底内容包括地连墙编号、对应地连墙的冲孔深度及其他要求。施工前严格执行施工动土申请，各单位交底单上确认签字。

3）施工时“先深后浅”，即先施工槽深的地连墙，再施工槽浅的地连墙，在电力隧道上形成一个“门框”。

4）成槽中其他注意事项

①按照设计图纸要求的深度严格控制成槽。在成槽过程中随时跟踪测量，对成槽深度、泥浆参数等进行检测。

②冲孔成槽时，如发现入岩终孔深度与设计不符，监理需到场量测确认。

③成槽时，应加强观测，若槽壁发生坍塌，应及时分析原因，妥善处理。施工范围分布较厚的淤泥层，对槽壁的稳定性要密切注意，并要保持槽内泥浆液面高于地下水位1m以上。  

④成槽过程中，大型机械设备不得在槽段边缘走动，以确保槽壁稳定。

⑤雨天地下水位上升时，及时加大泥浆比重和粘度，雨量较大时暂停挖槽并封盖槽口。

⑥开挖至设计标高后，及时检查槽位、槽深、槽宽和垂直度，合格后方可进行清底。

4基坑开挖施工控制措施

4.1基坑降水施工措施

4.1.1 降水井结构

井管采用直径273mm、壁厚3mm的钢管，滤管为同规格桥式滤水管，底部设1m沉淀管，上部设 4~6m实管，滤管长度根据地层及井深变化；滤管外包80目锦纶滤网，滤料中粗砂。

4.1.2 降水井工艺流程

准备工作→钻机进场→定位安装→开孔→下护口管→钻进→终孔后冲孔换浆→下井管→稀释泥浆→填砂→止水封孔→洗井→下泵试抽。

4.1.3抽水试验（特别重要）

  项目专题会议决定，根据抽水试验情况来决定是否采用冷冻法。在电力隧道与风亭、出入口交接处的四个方向各布置了水位观测井。

（1）基坑内进行抽水试验，观测坑外水位变化情况，判断围护结构止水效果，对围护结构缺陷处提前处理。

（2）开挖过程中密切监测围护结构渗漏水情况，一旦发现，立即封堵，防止长时间漏水带砂，导致坑外地层掏空。

（3）控制成井质量，抽水含砂量满足规范要求，防范抽水带走地层中的细颗粒。

（4）基坑开挖过程中，监测坑外水位降深及地面沉降变化，根据观测结果，及时采取应急措施。

4.2开挖过程监测

在开挖过程中，认真按照设计要求进行监控量测工作，并及时分析反馈数据，做到信息化施工。在基坑开挖前对各监测项目应连续观测3次取平均值作为监测项目初始值，现场监测点布置情况见下表所示。当数据超标、场地条件变化较大、发现危险事故征兆时，应适当加密监测频率。

4.3电力隧道洞内注浆加固措施

由于隧道与连续墙之间有500至1300mm的砂层渗水通道，为保证基坑开挖和隧道安全，在砂层渗水通道范围，设计采用钢花管注浆加固处理，通过隧道内打设钢花管，可向隧道上跨部分压入水泥浆，注入的浆液在压力作用下以填充、渗透和挤密等方式排出土颗粒间隙中的水分和空气，并占据土颗粒间的空间，使地层强度提高，经过一段时间后水泥凝结，浆液将原有松散的土颗粒或裂隙胶结成一个整体，形成一个强大、防水性能高和化学稳定性好的结合体。

4.4电力隧道上方在地面采用搅拌桩加固措施

由于隧道与连续墙之间有500至1300mm的砂层渗水通道，为保证基坑开挖和隧道安全，在砂层渗水通道范围，设计采用钢花管注浆加固处理，通过隧道内打设钢花管，通过钢花管向隧道上跨部分压入水泥浆，为保证加固效果，从地面对隧道与连续墙交接部位也作了注浆加固。

1、水泥搅拌桩是利用水泥作为固化剂的主剂，是软基处理的一种有效形式，利用搅拌桩机将水泥喷入土体并充分搅拌，使水泥与土发生一系列物理化学反应，使软土硬结而提高地基强度

。本工程为Ф600@450单轴搅拌桩。

   2、拌桩施工主要技术质量保证措施

⑴ 搅拌桩应根据设计图严格测放桩位，桩位搅拌桩应根据设计图严格测放桩位。

⑵ 控制注浆量和提升速度。

⑶ 做好桩与桩须搭接的工作。

4.5、“先隧后墙”基坑开挖控制措施：

4.5.1、开挖前准备措施

1、基坑开挖前要对施工方案进行专家评审，并根据评审意见修改完善后得到监理批复后方可实施开挖；督促编制防坍塌应急预案及演练、加强对应急物资、设备的日常管理；监理部对方案的审查及对签字盖章程序的审查；编制专项监理细则及作好内部交底；对周边建（构）筑物、管线调查，制定专项保护方案；

2、编制基坑降水方案并报监理，基坑开挖前必须进行降水能力评估，能够满足设计降深后方可开挖，从源头上控制出现管涌的可能性；重点要加强基坑地下水的有组织引排，避免地下水浸泡、液化基底，要随挖随施作垫层、及时封闭结构；

3、编制了总部级风险评估方案、专项应急预案，准备充分的应急物资，并进行相关的应急演练。

4、做好开挖前关键节点验收，风亭、出入口的地连墙超声波检测，检测结果须均合格。

5、做好基坑内抽水试验，根据抽水试验结果判定基坑内外水力联系，开挖前作试抽水，如不过关，则考虑冷冻法加固5、做好基坑开挖前的检测点布置及初始值采集。

6、加密对周边地面、管线和电力隧道的监测频率。

7、地连墙施工过程中，施工电力隧道上方或相近位置处地连墙时，采用振动较小的施工工艺。

8、根据详勘及补勘地质资料，明确基坑内地质情况，如有不良地质，提前采取措施处理。

9、相接位置地连墙施工时，采用低锤慢击的方式，减少对围护桩结构的扰动。

10、电力隧道内增设内支撑，防止管片出现变形、错台等质量问题。

4.5.2过程中控制措施

1、土方开挖过程中，严格按照施工方案做好分层、分段开挖第二层土方开挖深度为6米，第三层为2.5米，开挖时优先开挖电力隧道下穿位置，掏挖看是否有水，一旦出现涌水涌砂，采取应急处理措施。

2、与聚龙工业区方面进行沟通，密切关注其施工进度；

3、开挖过程中，做好测量监测，对周边建筑物加密监测，包括与电力隧道方进行沟通，进行管片断面测量，实时掌握电力隧道状况。

4、集中人力物力，及时施工支撑，减少土体暴露时间，必要时采用早强混凝土施工。

5、开挖至基底后，分段封底，尽快封底，减少施工风险。

6、后续土方开挖存在地连墙与电力隧道接缝处涌水涌砂风险，在富水砂层土方开挖过程项目部、监理部24小时全程旁站，发现涌水情况及时反压应急。

7、施工与聚龙工业区基坑相接的连续墙前，在聚龙工业区基坑内封堵止水钢板，钢板与围护桩间间隙用水泥砂浆回填。

8、基坑开挖严格按照“分段分区、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”实施。支撑体系必须牢固可靠，并及时架设，基坑边地面堆载不得超过设计要求，控制基坑变形，防止基坑变形过大失稳；基坑开挖必须以降水井观测水位为指导；

9、遵循深基坑施工“32字要决”开挖评估，缺陷修复，精准测量，科学降水，预先封缝，及时支撑，均足回灌，快速结构。

10、为应对地连墙接头渗漏水、涌砂:①督促承包商根据施工记录对地连墙的施工质量进行评估，对存在较大风险的接头提前进行旋喷桩封闭处理；②督促承包商现场准备充足的应急物资，并提前组织应急演练，保证在出现险情后现场能有序开展抢险工作；③对砂层段预先封钢板。

11、加强该风险点的风险管控措施落实情况的现场巡查。并对关键工序、隐蔽工程施工进行旁站。

12、结合工程特点，十四局项目部与水电二局电力隧道项目部、聚龙工业区建立联动机制，共同应对风险。

13、组织施工单位认真对周边地下管线进行调查，制定相应保护措施，做好施工期间的监测工作。

5小结

聚龙站附属地处富水砂土岩溶在层区域，附属V号出入口及1号风亭有在建电力隧道下穿，形成了“先隧后墙”的施工顺序，V号出入口及1号风亭又与聚龙工业超大基坑共用围护桩。在施工附属结构连续墙和基坑开挖过程中存在极大施工风险。通过对施工风险的充分辨识，采取针对性的应对措施，过程严格管理，精细施工，附属V号出入口及1号风亭从开始施工到顺利封顶，施工过程安全可控。