南京長江漫灘地區(qū)深基坑施工地下水風(fēng)險管理

薛 松

(上海隧道工程有限公司，上海 200032)

0 引言

隨著城市地下空間開發(fā)的快速發(fā)展，深基坑工程不僅數(shù)量和規(guī)?？焖偬嵘?，而且工程水文地質(zhì)條件日趨復(fù)雜，環(huán)境保護要求日益提高，承壓水已成為基坑工程險情高發(fā)領(lǐng)域。南京長江漫灘地區(qū)因其復(fù)雜的巖土構(gòu)造，具有含水層厚度大、地下水位高、土層透水量大的特點，在長江漫灘地區(qū)進行深基坑施工，地下承壓水極易產(chǎn)生基坑突涌破壞、降水引發(fā)過量沉降、圍護結(jié)構(gòu)開裂、孔洞引起的流砂等危害。

1 工程概況

某隧道位于南京長江漫灘地區(qū)，距離長江約2 km，隧道采用明挖順做法施工，全長490 m，其中暗埋段長140 m，兩側(cè)敞開段分別長170 m和180 m，基坑最大開挖深度約14.7 m，隧道平面布置如圖1所示?；佑缮钪翜\圍護形式分別采用鉆孔灌注樁、SMW工法樁圍護、水泥土重力式擋墻。

圖1 某隧道平面布置圖

根據(jù)勘察，揭示本工程地質(zhì)由上到下依次為填土、粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土夾粉土、細粉砂、粉砂等(見圖2)，地下水有淺層潛水和下部微承壓水兩類，地質(zhì)斷面與圍護結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖2所示?？辈炱陂g，測得承壓水水位埋深為3.20～4.10 m，標高4.42～4.55 m。基坑開挖過程中需要對淺層潛水進行疏干、下部承壓水進行降壓。由于承壓水補給來源為上部孔隙水下滲和長江水的側(cè)向滲流，水量大。

圖2 某隧道典型地質(zhì)剖面圖

2 地下水風(fēng)險分析及針對性措施

2.1 地下水風(fēng)險分析

根據(jù)工程場地工程地質(zhì)條件與水文地質(zhì)條件分析，本工程地下水風(fēng)險主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

1)軟弱土：如圖2所示，②-2層粉質(zhì)黏土為軟塑，局部流塑狀態(tài)；②-3層粉質(zhì)黏土夾粉土為軟塑，局部流塑狀態(tài)，夾粉土薄層土質(zhì)不均勻，軟弱土層具有高含水率、低滲透率的特點，不利于土層疏干。同時軟弱土層力學(xué)強度低、開挖面土層穩(wěn)定性較差，不便于挖掘機和工人在坑內(nèi)施工作業(yè)，土方開挖及支撐形成效率相對不高，對控制基坑變形不利。

2)承壓水：如圖2所示，②-4層粉土層為微承壓含水層，存在承壓性。承壓水主要補給來源為長江水的側(cè)向滲流，水量大?；娱_挖過程中如不及時減壓降水或降壓能力不足，基坑會存在突涌的風(fēng)險[1]。

2.2 應(yīng)對措施

2.2.1 高含水率、低滲透率軟弱土的疏干措施

本工程針對軟弱土滲透率底、疏干難度大的特點，從以下3個方面入手，來達到疏干效果。

1)增大疏干井濾管與土體總接觸面積：通過增加井點數(shù)量和延長單井濾管長度增大與土體總接觸面積。本工程基坑內(nèi)的降水井的單井有效抽水面積a井取200 m2。同時考慮到基坑較窄且存在不均勻夾粉土薄層土質(zhì)的因素，在理論計算井點數(shù)量上增加10%。

本工程3 m以下軟弱土層盡可能布置濾管，因微承壓含水層層頂埋深較淺，為防止疏干井和下部微承壓含水層連通，疏干井深度距離微承壓含水層層頂考慮3 m，故疏干井最深控制在14 m，扣除沉淀段，單井濾管長度為10 m，濾管占有率超70%。

2)提升疏干效率：采用真空泵抽氣、潛水泵抽水的方法降低潛水位，預(yù)抽水期間真空管路的真空度大于-0.06 MPa，降水期間潛水泵和真空泵同時開啟。濾料柱頂面以上用黏性土填實，保證預(yù)降水期間真空負壓的有效性。

3)增加疏干時間：合理施工籌劃，正式開挖前至少預(yù)留20 d以上預(yù)抽水時間。

2.2.2 減壓降水施工及運行管理措施

本工程承壓水層厚，補給水量大，降壓井質(zhì)量及降壓能力是管理重點[2]。

1)檢測井管材質(zhì)、壁厚，并進行耐壓試驗。降壓井既要靠承受反復(fù)洗井的荷載，設(shè)在基坑內(nèi)時又要確保開挖階段井壁完好，必須采用鋼制井壁。鋼管壁厚小于6 mm，易被挖掘機械損傷，焊接時經(jīng)常會融穿，造成漏水。

2)過濾系統(tǒng)。選用合理配比的濾料，濾料的質(zhì)量直接關(guān)系到出水量的大小?；靥顬V料上部采用黏土球隔斷承壓水層。濾水管采用橋式過濾器，外包30～40目的尼龍網(wǎng)。濾水管底部設(shè)置長度為1.00 m的沉淀管，防止井內(nèi)沉砂堵塞而影響進水，沉淀管底口用鐵板封死。

3)抽水試驗。抽水試驗分前期驗證、中期驗證、最終驗證。前期驗證為單井試驗，主要目的是驗證單井施工質(zhì)量，確定單井出水量；在降水井?dāng)?shù)量施工約一半時，進行中期驗證，確定含水層的初始水位，確定各區(qū)域減壓降水控制水位及相應(yīng)降深，并與降水方案比對，驗證降水設(shè)計的合理性，以確定是否需要優(yōu)化井點構(gòu)造，增減井點數(shù)量；在井點全部施工完成后，進行最終驗證檢驗降水效果，得出是否能夠滿足設(shè)計最大降深的要求[3]。

4)降水運行中應(yīng)保證一路工業(yè)用電停電后，另一路電源能及時使用(見圖3)，保證停電短時間內(nèi)能將確保降壓井的電源得到及時更換，確保在基坑開挖過程中降水不得長時間中斷，否則造成的后果無法估量，影響基坑的安全。

①—常用電源；②—備用電源；③—抽水設(shè)備。

3 施工中出現(xiàn)的問題及其原因

本工程在蓋板區(qū)至底板準備澆筑時發(fā)現(xiàn)坑底涌水，增大單井水泵功率和增開降壓井仍無法控制，后經(jīng)回水反壓和補井措施后，事故得到控制，如圖4所示。

圖4 涌水點及補井平面布置

降水井無法滿足現(xiàn)場降壓要求是事故的直接原因，經(jīng)分析可能的原因如下。

1)降水井成孔作業(yè)的鉆頭φ 500 mm。其一，造成土體與過濾系統(tǒng)的接觸面不足，出水能力不高；其二，過濾管與土體之間回填濾料厚度偏低，降水井運行后，濾料泥沙淤積而使降壓井失效的可能性增大[4]。

2)井點回填濾料質(zhì)量不穩(wěn)定，配比偏細，濾料容易泥沙淤積而使降壓井出水效果降低。

3)現(xiàn)場所有井點僅采用了空壓機洗井，未進行過活塞洗井，導(dǎo)致回填濾料及井點護壁未完全洗凈，試驗期間能滿足需求，但長期運行后，降水效果逐步減弱。

4)雖進行了降水驗證，但未選擇工程最不利位置，從而未能及時發(fā)現(xiàn)蓋板段降壓能力不足的問題。

4 結(jié)語

本文結(jié)合南京長江漫灘地區(qū)某隧道施工案例，探討了該地區(qū)地下水風(fēng)險控制要點和應(yīng)對措施，并結(jié)合施工過程中遇到的風(fēng)險，形成了以下幾點經(jīng)驗，為后續(xù)類似工程提供參考。

1)多數(shù)施工單位在降水控制時，對降水井?dāng)?shù)量、井深有較高重視，而忽視了成井直徑、回填濾料質(zhì)量、洗井等關(guān)鍵項目，造成了成井質(zhì)量缺陷，致使群井降水逐步失效。

2)降水井成孔直徑不應(yīng)小于650 mm；濾料應(yīng)檢測配比后使用。

3)建議采用活塞和空壓機聯(lián)合洗井的方式，即活塞洗井完成后，采用空壓機洗井，以確保成井質(zhì)量。

4)降水驗證應(yīng)選擇工程最不利位置或多處不利位置，從而最準確地驗證能夠滿足設(shè)計最大降深的要求。

5)降壓井施工時應(yīng)設(shè)置應(yīng)急備用井，應(yīng)急備用井井?dāng)?shù)不少于設(shè)計計算井?dāng)?shù)的20%，在風(fēng)險發(fā)生時，能及時選擇啟用備用井控制險情。