孫磊

（中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 天津 300133）

0 引言

長(zhǎng)江由武漢市區(qū)穿城而過，長(zhǎng)江兩岸分布了大量的富含承壓水的長(zhǎng)江一級(jí)階地地層，武漢市軌道交通地下線二零零六年開始建設(shè)，至今已有十多年的建設(shè)時(shí)間，目前已有9 條線路建成通車，其中處在長(zhǎng)江一級(jí)階地上的已經(jīng)建成運(yùn)營(yíng)的地鐵車站有五十多座，本文通過論述兩個(gè)具有代表性的地下兩層車站和地下三層車站基坑的主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)的支護(hù)方案和地下水控制方案，對(duì)武漢長(zhǎng)江一級(jí)階地深基坑工程十多年來的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，并形成了相對(duì)成熟的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)模式，以利于在類似工程的中推廣、借鑒。

1 長(zhǎng)江一級(jí)階地的地質(zhì)、水文特征

1.1 地質(zhì)特點(diǎn)

長(zhǎng)江一級(jí)階地工程場(chǎng)地，地質(zhì)普遍具備以下特點(diǎn)：

（1）地面普片較平坦、開闊，地形略有起伏，工程場(chǎng)地地層自上而下可分為以下幾個(gè)單元層，上部人工雜、填土層，中部為第四系全新統(tǒng)沖積、洪積層（Q4）的粘土層、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層、粉質(zhì)粘土夾粉土層、粉質(zhì)粘土夾粉砂粉土互層、粉砂、細(xì)砂、中粗砂、含礫卵石砂層，下部為基巖。

（2）上部人工雜、填土成份較雜，一般厚度總體不大，較為松散且疏密不均，建筑性能差，下面的粘土層一般層厚較薄，強(qiáng)度較低，呈中等壓縮性，建筑性能一般，淤泥質(zhì)粉土層、粉質(zhì)粘土夾粉土層、粉質(zhì)粘土夾粉砂粉土層，一般豎向疊加厚度大，為軟～流塑狀態(tài)，高壓縮性，強(qiáng)度低建筑性能差，下面的砂層一般厚度巨大，中密、密實(shí)狀態(tài)，強(qiáng)度高，建筑性能好。

（3）上部的粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層和粉土層滲透系數(shù)較小為相對(duì)隔水層。中部的粉土粉砂互層、砂層為強(qiáng)透水層，其中粉土粉砂互層水平滲透系數(shù)大于豎直滲透系數(shù)，該特點(diǎn)對(duì)基坑降水影響較大，易引起基坑風(fēng)險(xiǎn)。砂層下部的基巖為相對(duì)隔水層。

1.2 水文特征

長(zhǎng)江一級(jí)階地地下主要有上層滯水、空隙層壓水和基巖裂隙水。上層滯水主要賦存于人工雜填土層中，接受大氣降水及地表散水的滲透補(bǔ)給，水量有限而很不穩(wěn)定，對(duì)普遍對(duì)工程影響不大?？紫冻袎核x存于粉土粉砂互層和其下的砂土層中，水量豐富，具承壓性，與長(zhǎng)江有著緊密的水力聯(lián)系，水位亦隨著長(zhǎng)江、漢水水位的變化而變化，該承壓水對(duì)基坑安全影響極大，需高度重視[1]?；鶐r裂隙水對(duì)工程影響不大，這里不再詳述。

2 地下二層車站深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與地下水處理措施分析

2.1 地下二層站基坑支護(hù)設(shè)計(jì)地下水處理措施

地下二層車站基坑深度一般在16m 多，基坑底一般均為粉細(xì)砂或細(xì)沙層，長(zhǎng)江一級(jí)階地地下水豐富，含水層上方粉質(zhì)粘土相對(duì)較弱，武漢地鐵地下二層車站支護(hù)結(jié)構(gòu)均采用剛度大、止水效果好的地下連續(xù)墻加內(nèi)支撐的支護(hù)體系，地下連續(xù)墻插入基坑的砂層，并滿足被動(dòng)區(qū)最小抗力安全系數(shù)[2]大于1.05，因地下連續(xù)墻底未進(jìn)入相對(duì)隔水層，這里地稱之為地下連續(xù)墻“懸掛式”設(shè)置，見圖1。

基坑開挖前需降水，承壓水一般采用深管井降水，以降承壓水頭為主，將承壓水頭將到基坑底以下?？蓾M足基坑開發(fā)及安全要求。

圖1 地下二層車站基坑支護(hù)設(shè)計(jì)剖面

2.2 基坑風(fēng)險(xiǎn)與地下水作用機(jī)理分析

由于“懸掛式”地下連續(xù)墻止水帷幕，在管井降水過程止水帷幕未隔斷基坑外地下水對(duì)基坑內(nèi)的補(bǔ)給，隨著基坑內(nèi)地下水位的降低，基坑外地下水位也相應(yīng)降低，見圖2。

圖2 “懸掛式”帷幕基坑管井降水水位降幅等值線

隨著坑外水位下降，地下連續(xù)墻承受的基坑內(nèi)外水頭出差減小，坑外地下水對(duì)聯(lián)系連續(xù)墻的壓力減小，見圖3，基坑壁滲透破壞[3]發(fā)生涌水涌沙的風(fēng)險(xiǎn)大大降低，因此對(duì)于地下二層車站基坑，降水是成功的關(guān)鍵。

圖3 “懸掛式”帷幕基坑管井降水剖面

3 地下三層以上車站深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與地下水處理措施分析

3.1 地下三層以上車站超深基坑的特點(diǎn)以及對(duì)地下水處理措施

地下三層以上車站基坑深度普遍都大于25m，武漢最深車站基坑達(dá)35m 多，基坑底一般均為細(xì)沙層，由于細(xì)沙層承壓水頭高，水力梯度大，滲透系數(shù)大，“懸掛式”帷幕下降水過程地下水補(bǔ)給較快，將地下水位降到地面下25m 以下將變得極其困難，從武漢地區(qū)超深基坑施工經(jīng)驗(yàn)來看，還沒有在深度大于20m 的基坑中，采用“懸掛式”帷幕降水成功的先例。

因此，武漢長(zhǎng)江一級(jí)階地地下三層以上地忒車站超深基坑，均采用地下連續(xù)墻底嵌入相對(duì)隔水層巖層（這里稱之為“落底式”帷幕），將含水層封閉，以阻斷基坑外地下水的補(bǔ)給，之后再將基坑內(nèi)地下水疏干，見圖4。

圖4 地下三層車站基坑支護(hù)設(shè)計(jì)剖面

3.2 “落底式”地下連續(xù)墻止水帷幕的兩面性

由于“落底式”地下連續(xù)墻止水帷幕，進(jìn)入基巖層，徹底阻斷了基坑外地下水對(duì)基坑內(nèi)的補(bǔ)給，基坑開始時(shí)在坑內(nèi)設(shè)置少量抽水管井，可以迅速將基坑的水疏干，對(duì)基坑開挖有利，同時(shí)坑內(nèi)抽水對(duì)基坑外側(cè)的地下水基本無影響，對(duì)基坑周邊環(huán)境[4]的影響也最小。但是由于基坑內(nèi)地下水的疏干，基坑外的地下水位基本保持不變，造成成了基坑內(nèi)外存在巨大的水頭差，地下連續(xù)墻將承受巨大的水頭壓力，存在施工缺陷或薄弱環(huán)節(jié)的地下聯(lián)系墻很容易在高水頭壓力作用下發(fā)生滲透壓穿破壞，造成涌水涌沙的管涌事故，從而引起基坑周邊地面塌陷、建構(gòu)筑物沉降等巨大的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。在武漢地鐵建設(shè)過程中，大部分的涌水涌沙的管涌事故都是該原因引起的，且發(fā)生的頻率很高。發(fā)生管涌時(shí)基坑壁的涌水點(diǎn)基本都是相對(duì)薄弱的地下連續(xù)墻幅段接頭處。

3.3 地下連續(xù)墻幅段接頭處易成為薄弱點(diǎn)的根本原因

目前地下連續(xù)墻的施工工藝中先期澆筑的地下連續(xù)墻幅段兩側(cè)填沙袋、下接頭箱等措施，對(duì)地下連續(xù)墻的幅段混凝土灌注時(shí)的“繞流”問題，還沒有徹底有效解決，從而造成局部地下連續(xù)墻槽段接頭處薄弱環(huán)節(jié)，給基坑安全帶來隱患，見圖5、圖6。

3.4 “落底式”地下連續(xù)墻止水帷幕的加強(qiáng)措施

為避免“落底式”地下連續(xù)墻止水帷幕，在基坑開挖過程側(cè)壁管涌，可從加強(qiáng)地下連續(xù)墻接縫和降低基坑內(nèi)外水頭差兩方面考慮。

圖5 正常的地下連續(xù)墻幅段接頭

圖6 有缺陷的地下連續(xù)墻幅段接頭

（1）“落底式”地下連續(xù)墻墻幅接頭的外側(cè)采取加固止水措施，一般在地下連續(xù)墻墻施工完成后再接頭處采用注漿、高壓旋噴樁[5]、MJS 等工藝進(jìn)行加固止水。

（2）在基坑開挖過程中，可以在地下連續(xù)墻墻幅接頭處內(nèi)貼鋼板，鋼板與地下連續(xù)墻身之間的縫隙用堵漏材料填充密實(shí)，可有效放置涌水涌沙。

（3）基坑挖過程在基坑外側(cè)設(shè)置少量減壓井，降低坑外水頭，從而減小坑外地下水對(duì)地下連續(xù)墻的水頭壓力，降低管涌的風(fēng)險(xiǎn)。

4 一般性結(jié)論

綜上所述以及實(shí)際的實(shí)施效果，長(zhǎng)江一級(jí)階地深度15～20m 的深基坑，采用“‘懸掛式’地下連續(xù)墻+基坑內(nèi)管井降水”方案，可有效控制基坑及環(huán)境的安全，該方案降水使成功的關(guān)鍵，在施工完頂板前，不應(yīng)輕易關(guān)閉降水井。深度在20m 以上的深基坑，采用“‘落底式’地下連續(xù)墻+坑內(nèi)疏干+連續(xù)墻幅段加強(qiáng)+坑外減壓降水”的方案，“懸掛式”地下連續(xù)墻加基坑內(nèi)管井降水。

以上結(jié)論為武漢長(zhǎng)江一級(jí)階地地鐵深基坑工程設(shè)計(jì)的原則性經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，在實(shí)際設(shè)計(jì)中可以靈活運(yùn)用，比如引進(jìn)一些新工藝、新技術(shù)配合實(shí)施，會(huì)收獲更好的效果。