淺談中間風(fēng)井基坑漏水處理技術(shù)

金麗琴

（上海申誠(chéng)隧道軌道交通工程監(jiān)理公司， 上海 200070）

淺談中間風(fēng)井基坑漏水處理技術(shù)

金麗琴

（上海申誠(chéng)隧道軌道交通工程監(jiān)理公司， 上海 200070）

介紹了軌道交通中間風(fēng)井基坑滲漏水處理情況，著重闡述了基坑出現(xiàn)險(xiǎn)情的處理技術(shù)。

基坑；滲漏；回灌；注漿；液氮冰凍

1 中間風(fēng)井工程概況及水文地質(zhì)

某軌道交通中間風(fēng)井內(nèi)徑尺寸為 35 m×53 m，其中主體為 35 m×18.5 m，主體底板埋深 28 m，為地下二層結(jié)構(gòu)，外掛風(fēng)道埋深 13 m，圍護(hù)形式采用疊合墻形式。風(fēng)井共設(shè) 2 個(gè)活塞風(fēng)井、一個(gè)排水風(fēng)井、一個(gè)新風(fēng)井和一個(gè)出地面的安全出口，基坑安全保護(hù)等級(jí)為一級(jí)。

該風(fēng)井采用厚 1.2 m，長(zhǎng) 48 m 的地下連續(xù)墻，腳趾插入土層在⑦2-1層，明挖順筑法共設(shè) 8 道支撐(第一道為混凝土支撐、其余下道為鋼支撐）。外掛風(fēng)井采用 0.6 m、長(zhǎng) 24 m 的地下連續(xù)墻，腳趾插入土層在⑤1-1層，采用明挖順筑法，共設(shè) 4道鋼支撐。中間風(fēng)井施工階段為盾構(gòu)工作井，有盾構(gòu)接收、始發(fā)井的功能。

地基土層特征：擬建場(chǎng)地內(nèi)分布的土層自上而下可劃分為 8 層。其中第①層為填土，土層厚度為 2.7 m，層地標(biāo)高+5.310～2.610 m；第②1層為粉質(zhì)黏土，土層厚度 1.7 m，層底標(biāo)高 +2.610～+0.910 m；第③層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾砂質(zhì)粉土，厚度為 2.4 m，層底標(biāo)高 -1.390 m～-3.790 m；第④層為淤泥質(zhì)黏土，厚度 9.7 m，層底標(biāo)高 -3.790 m～-13.490 m；第⑤1-1層為黏土，厚度 6.4 m，層底標(biāo)高 -13.490 m～-19.890 m；第⑥1層為粉質(zhì)黏土，厚度為 2.6 m，層底標(biāo)高 -19.890 m ～-22.490 m；第⑥2層為粉質(zhì)黏土、厚度 2.1 m，層底標(biāo)高-22.490 m～-24.590 m；第⑦1-2層為粉砂，厚度為 3.9 m，層底標(biāo)高 -24.590 m～-28.490 m；第⑦2-1層為粉砂，厚度 20.7 m，層底標(biāo)高 -28.490 m～-49.190 m；第⑦2-2層為粉砂夾粉質(zhì)黏土；第⑦2-3層為粉砂；第⑧層為粉質(zhì)黏土。

水文地質(zhì)條件：中間工作井?dāng)M建場(chǎng)地勘探深度范圍內(nèi)的地下水類型有淺部土層中的潛水及深部第⑦層中的承壓水，其水位動(dòng)態(tài)變化主要受大氣降水和地表逕流影響，根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，地下水埋深一般為 0.7 m～4.00 m，相應(yīng)標(biāo)高為 3.51 m～1.32 m。上海地區(qū)地下水平平均水位埋深為 0.5 m～0.7 m，低水位埋深為 1.5 m。第⑦層為承壓含水層，承壓水頭隨季節(jié)、氣候、潮汐等因素呈年周期性變化，埋深一般為 3 m～11 m。

2 施工進(jìn)展情況和發(fā)生險(xiǎn)情情況介紹

中間風(fēng)井基坑深 28 m，處于⑥2層，距⑦層僅有 1 m 多，于 2011 年 3 月 11 日開挖至坑底，并于 3 月 12 日晚上 10:00完成底板墊層混凝土的澆筑。3 月 13 日上午 7 點(diǎn)左右在中間風(fēng)井基坑西側(cè)作業(yè)時(shí)發(fā)現(xiàn) E-1、E-2 兩幅地下墻接縫處在墊層處有少量泥水上冒的現(xiàn)象，立即采取接縫引流堵漏措施，并在漏水處布置袋裝水泥進(jìn)行封堵。但至中午 12:00 漏水量有所增大，并有泥沙涌入基坑內(nèi)，下午 13:00 采取在基坑外側(cè)引孔進(jìn)行雙液漿注漿施工，基坑內(nèi)有漿液流出，但雙液漿未凝固，漏水現(xiàn)象無明顯減緩。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)討論后于下午 18:00 開始采取壓注聚氨酯的堵漏措施，由于滲漏點(diǎn)位于基坑下部⑦號(hào)土層內(nèi)，漏水量較大，聚氨酯堵漏效果不明顯，漏水現(xiàn)象無法控制，此時(shí)中間風(fēng)井基坑西側(cè)地面已發(fā)生較大沉降?？紤]到基坑本體和周邊地下管線的安全，決定于 3 月 14 日凌晨 3:00采取向基坑內(nèi)回灌水措施，以達(dá)到基坑內(nèi)外水壓平衡。

3 處理技術(shù)

3.1 基坑內(nèi)回灌水

基坑內(nèi)外承壓水水位高差約 20 m，為防止在較大承壓水水頭壓力下，基坑繼續(xù)滲漏引起周邊地面及管線較大沉降，采用向基坑內(nèi)回灌水的方法以平衡內(nèi)外水土壓力。

根據(jù)前期承壓井抽水試驗(yàn)，坑內(nèi)承壓靜水位埋深約為-9.2 m，對(duì)應(yīng)基坑回水高度為基坑中框架上約 2 m，回灌方量約為 11 000 m3，回水到位后停止坑內(nèi) YP1-5 承壓井抽水。同時(shí)對(duì) YP6 觀測(cè)井水位進(jìn)行觀測(cè)。

3.2 基坑西側(cè)地面淺層注漿充填

由于基坑滲水引起基坑西側(cè)場(chǎng)地較大地面沉降，大約有16 cm，為防止地層出現(xiàn)空洞引起后期較大地面沉降以及確保后期盾構(gòu)出洞冰凍加固施工效果，在冰凍施工前對(duì)該地層進(jìn)行淺層注漿充填，注漿深度為地面以下 2 m～12 m 范圍，注漿采用單液漿，水灰比為 0.6，總的注漿量約為 320 m3。

3.3 地下墻接縫冰凍法加固

在滲漏水地下墻接縫外側(cè)，結(jié)合原中間風(fēng)井進(jìn)出洞冰凍加固方案采用垂直鉆孔液氮凍結(jié)加固，使地下墻接縫外側(cè)土體進(jìn)行凍結(jié)，形成冷凍加固體，起到封閉滲水通道的作用。

3.3.1 凍結(jié)管的布置

在地下墻 E-1 與 E-2 及 E-1 與 N-9 接縫處布置液氮凍結(jié)孔，經(jīng)與原進(jìn)出洞凍結(jié)加固布置圖比較后，正好可以利用原A15、A16、A17 及 A21、A22、A23 凍結(jié)管位置，凍結(jié)管間距為 800 mm，深度為 36 m，共計(jì) 6 個(gè)，同時(shí)設(shè)置 1 個(gè)測(cè)溫孔，T1 距中間位置向后 500 mm，約離最近凍結(jié)孔 600 mm，另為降低后續(xù)施工其他凍結(jié)孔施工難度，先期將液氮孔周邊凍結(jié)孔施工完畢。

3.3.2 測(cè)斜

在凍結(jié)孔施工時(shí)要求每個(gè)孔的偏斜率均控制在 1% 以內(nèi)且不宜向盾尾方向偏斜。利用經(jīng)緯儀結(jié)合燈光對(duì)每個(gè)成孔進(jìn)行測(cè)斜，測(cè)得每個(gè)孔的偏斜率均小于 1%，凍結(jié)管的平面位置和垂直度偏差均在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，最大偏差為 20 mm。

3.3.3 液氮凍結(jié)施工

(1）制冷設(shè)計(jì)。液氮冷凍預(yù)計(jì)凍結(jié)交圈時(shí)間為 5 d，根據(jù)其效率 10 cm/d 的冷凍體擴(kuò)散速率，冷凍運(yùn)行 7 d 后，冷凍體可以完全交圈，冷凍體有效厚度為 1 150 mm，可以滿足要求。

液氮凍結(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)為溫度控制，液氮儲(chǔ)藏罐出口的溫度控制在 -150℃～-170℃，壓力控制在 0.1 MPa～0.15 MPa為宜，凍結(jié)管出口溫度控制在 -50℃～-70℃，壓力控制在0.05 MPa～0.1 MPa 為宜，壓力調(diào)節(jié)可使用液氮儲(chǔ)藏罐上的散熱板，溫度調(diào)節(jié)使用每組回路中截止閥。

采用液氮管兩孔串接，保證各液氮管均勻向外擴(kuò)散冷量。管路用不銹鋼軟管連接，管路用低溫液氮閥門控制，所有暴露凍結(jié)管路用保溫泡沫板或者棉花保溫。用容積不小于20 000 l 的液氮容器，作為凍結(jié)期間液氮的緩沖和儲(chǔ)備以防液氮供應(yīng)出現(xiàn)中斷。

液氮的需要量計(jì)算如下。

凍土體積約為：寬×深×厚度=3.5×36×2×2=504 m3

每立方米凍土需要液氮為 500 kg，則需要液氮 504× 500=252 000 kg，則每天大約 36 t 液氮。

維護(hù)凍結(jié)視土體是否穩(wěn)定而定，如果每天按 24 h 計(jì)算，每組每小時(shí)約 200 kg，共分 2 組，每天維護(hù)凍結(jié)需液氮量 24× 200×2=9 600 kg，暫定維護(hù)凍結(jié)時(shí)間為 10 d，合計(jì)維護(hù)凍結(jié)液氮總量為 9.6×10=96 t。

液氮的總需求量為 252+96=348 t。

(2）由于液氮屬于無色無味的氣體，人員在不知不覺的情況下容易產(chǎn)生窒息，考慮到液氮安全使用問題，液氮安放在通風(fēng)良好、遠(yuǎn)離生活區(qū)的位置。

3.3.4 坑內(nèi)抽水及泥沙清理

液氮實(shí)際積極凍結(jié) 7 d 后，實(shí)測(cè)測(cè)溫孔的溫度達(dá)到設(shè)計(jì)控制溫度 -10℃，根據(jù)測(cè)溫孔溫度判斷凍結(jié)壁厚度已達(dá)到設(shè)計(jì)厚度，隨即開始基坑內(nèi)抽水、泥沙的清理工作。

(1）基坑抽水、泥沙清理?；觾?nèi)回灌水約 11 000 m3，基坑底部有約 100 m3泥沙及在搶險(xiǎn)階段回填的水泥土袋及回填土，因此整個(gè)基坑清理分兩階段進(jìn)行。

第一階段：上部清水采用大功率潛水泵抽除，抽水抽到一定的標(biāo)高時(shí)停抽并對(duì)坑內(nèi)的水位進(jìn)行觀測(cè)，水位無異常再繼續(xù)抽水。

第二階段：底部泥沙及水泥土袋通過高壓水槍沖洗經(jīng)大功率泥漿泵排至地面，坑內(nèi)的余水抽完后，吊入小挖機(jī)將水泥土袋等通過土箱運(yùn)出基坑。

(2）坑內(nèi)承壓水開啟。當(dāng)開始對(duì)基坑內(nèi)回灌水進(jìn)行抽水后，為了防止坑底承壓水的突涌需根據(jù)坑內(nèi)水位降升，分階段開啟原坑內(nèi)承壓降水井。

3.3.5 基坑內(nèi)部結(jié)構(gòu)回筑

基坑清理完成后盡快投入施工力量進(jìn)行底板鋼筋綁扎及混凝土澆筑，底板混凝土采用了早強(qiáng)混凝土。當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到 50% 設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，就停止液氮凍結(jié)施工。將液氮凍結(jié)管轉(zhuǎn)換為盾構(gòu)出洞口冰凍所用的鹽水凍結(jié)管，同時(shí)根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工方案依次將結(jié)構(gòu)回筑完成。

3.3.6 對(duì)地下管線的影響

中間風(fēng)井基坑開挖前煤氣管已搬遷，在基坑北側(cè)距基坑2.3 m 有一直徑為 1 350 mm 的雨水管，基坑發(fā)生突涌時(shí)對(duì)雨水管、地表、地下墻位移等進(jìn)行了加密監(jiān)測(cè)，雨水管在基坑突涌的前后的 24 h 內(nèi)最大沉降為 6 mm，地表最大沉降為165 mm，地下墻最大位移為 1.8 mm。在基坑后續(xù)施工期間，雨水管的單次最大沉降為 1.2 mm，地表單次最大沉降為 2.1 mm，地下墻單次最大位移為 0.5 mm，雨水管累計(jì)沉降雖出現(xiàn)報(bào)警值但未出現(xiàn)險(xiǎn)情。

4 結(jié) 語(yǔ)

深基坑工程在施工過程中產(chǎn)生滲漏水的原因很多，應(yīng)從圍護(hù)結(jié)構(gòu)開始，在施工中嚴(yán)格認(rèn)真控制施工參數(shù)，使得圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)內(nèi)襯結(jié)構(gòu)來說，真正起到防水作用；圍護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)滲漏水的原因較復(fù)雜，除控制好圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量外，還應(yīng)嚴(yán)控超挖、支撐軸力對(duì)稱施加、支撐拆除等造成圍護(hù)結(jié)構(gòu)不平衡受力而產(chǎn)生的變形滲漏水。滲漏水的處理方法要以疏堵結(jié)合，以堵、引、排的方法處理。

當(dāng)時(shí)基坑開挖同時(shí)基坑?xùn)|西兩側(cè)進(jìn)行進(jìn)出洞門冰凍加固的凍結(jié)管打設(shè)，凍結(jié)管的深度為 29.91 m，基坑的深度為28 m，當(dāng)時(shí)出洞段凍結(jié)管共完成 18 根，凍結(jié)管距地下墻較近，最小距離為 0.4 m，凍結(jié)管的打設(shè)對(duì)在完成混凝土墊層情況下的基坑有影響，今后在施工中應(yīng)引起重視。

中間風(fēng)井結(jié)構(gòu)于 2012 年 9 月 15 日全部完成，經(jīng)檢查底板無滲漏水情況，側(cè)墻有少量濕跡、經(jīng)竣工測(cè)量結(jié)構(gòu)沉降在允許范圍內(nèi)，于 2013 年 1 月 24 日順利通過質(zhì)監(jiān)站的預(yù)驗(yàn)收。

通信地址：上海市天目西路290號(hào)康吉大廈市政樓906號(hào)。

TU712

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1007-4104(2014)02-0082-03

2013-08-29