軸線干塢基坑灌、排水工況下坑外地下水變化規(guī)律分析

李豐果

(中鐵隧道集團(tuán)三處有限公司,廣東深圳518000)

0 引言

沉管隧道干塢可分為固定干塢和移動干塢,固定干塢又可分為異地干塢和軸線干塢。其中,軸線干塢就是在河岸的一側(cè)先修建基坑用作制造沉管管段的場地(干塢),該基坑位于隧道軸線上,管段浮運(yùn)出塢后施工二次開挖圍堰(簡稱二次圍堰),再對基坑進(jìn)行二次開挖并施工隧道主體結(jié)構(gòu),國內(nèi)沉管隧道大多采用軸線干塢法修建[1-7]。與常規(guī)基坑施工不同,軸線干塢基坑除基坑正常開挖施工外還要經(jīng)歷灌水加載、排水卸載以及二次開挖3個階段,在這3個施工階段內(nèi),每個階段時(shí)間很短,但基坑內(nèi)水位變化很大,必然對坑外水位帶來比較大的影響,進(jìn)而影響到干塢基坑的穩(wěn)定。目前國內(nèi)尚未有人對這3個階段坑外地下水變化規(guī)律進(jìn)行研究,本文結(jié)合廣州生物島—大學(xué)城沉管隧道工程實(shí)例,采用現(xiàn)場測試的手段,詳細(xì)測試、分析、歸納總結(jié)了3個施工階段內(nèi)坑內(nèi)外水位變化規(guī)律,對今后類似工程有一定參考意義。

1 工程概況

生物島—大學(xué)城沉管隧道工程位于廣州市的東南部,連接生物島與大學(xué)城,隧道線路呈南北走向,起點(diǎn)與侖頭—生物島隧道相接,2座隧道以生物島東西向主干道中心線為界。生物島—大學(xué)城隧道工程起點(diǎn)位于生物島東西向主干道的道路中線位置,終點(diǎn)為大學(xué)城26號路與中環(huán)路的交點(diǎn),具體位置如圖1所示,現(xiàn)場示意圖見圖2。

圖1 生物島—大學(xué)城隧道工程位置圖Fig.1 Location of immersed tunnel from Shengwudao Island to University Town

圖2 軸線干塢與沉管段相對位置示意圖Fig.2 Relationship between axial dry dock and immersed tunnel

本工程的起訖里程為SK0+265～+817,全長552 m,包括214 m的沉管段和338m的北端岸上段,干塢基坑位于官洲河北岸生物島一側(cè)。沉管管段斷面總寬23m,高8.7m,管段全長214m,沉管段分為E1、E2和E33節(jié)管段,每節(jié)管段的長度分別為94,116,4m。

干塢基坑一側(cè)為高邊坡,其斷面如圖3所示,整個邊坡高約30m,共設(shè)置2個臺階,第一臺階(與地面標(biāo)高相同,為8.3m)寬2m,臺階上方邊坡高約11 m;第二臺階為干塢塢底(標(biāo)高為-5.61m),其距離第一臺階高度約12m。基坑分2次開挖,首先從地面(即第一臺階處)向下開挖12m到塢底,在干塢內(nèi)預(yù)制混凝土管段,然后放水將混凝土管段浮運(yùn)出塢,在管段沉放完畢后,還需要將干塢內(nèi)的水排放完畢并對基坑進(jìn)行二次開挖(二次開挖最深處開挖深度約7m),地層參數(shù)如表1所示。基坑灌水加載、排水卸載以及二次開挖階段,該邊坡內(nèi)的水位必然隨坑內(nèi)水位的變化有較大的變化,影響到邊坡的穩(wěn)定性。所以在該邊坡的8.3m平臺上布置了3個水位觀測孔(見圖2),用來觀測坑外的地下水變化情況。

2 水位變化規(guī)律分析

2.1 干塢基坑灌水加載階段的邊坡水位變化分析

干塢基坑2009年2月18日放水,第一階段放水7.2m進(jìn)行管段檢漏(低水位檢漏[8]:即向干塢基坑內(nèi)注水至管段侵入水中2/3深度,停止時(shí)間不小于24h,主要檢查管段底板、混凝土封墻、管段外側(cè)墻等部位),第一階段放水完成后,干塢基坑內(nèi)水位約為1.6 m;2月27日,干塢基坑第二階段放水至高程5 m處(高水位檢漏:向干塢內(nèi)泵水至水位超過管段頂面0.5 m以上,停止時(shí)間不小于24h,進(jìn)行管段全面檢漏)。坑外地下水位從2009年2月19日開始明顯上升,直到2009年3月12日上升到5 m左右,與干塢基坑內(nèi)水位基本持平,測試結(jié)果如表2所示,坑外水位隨時(shí)間的變化情況見圖4。

圖3 基坑一側(cè)邊坡斷面圖Fig.3 Profile of side slop on foundation pit side

表1 邊坡地層參數(shù)Table 1 Ground parameters of side slope

由圖4可以看出,2009年2月19日—2月22日,坑外地下水位變化明顯,3個水位孔內(nèi)水位累計(jì)變量分別為4.52,4.56,4.58m,水位平均上升速度分別為1.13,1.14,1.15m/d。至2009年2月22日坑外水位約為1 m,稍低于干塢基坑內(nèi)水位。2009年2月23日—2月27日,水位變化趨向于平緩,3個水位孔水位累積變化量分別為1.37,1.08,0.87m,水位平均上升速度分別為0.27,0.22,0.17 m/d。2009年2月27日,干塢基坑繼續(xù)放水至高程5m處,2009年2月27日坑外地下水位上升速度加大,2009年2月28日、3月1日坑外地下水位上升速度進(jìn)一步加大,3個水位孔內(nèi)水位平均上升速度分別為1.00,0.93,0.93m/d。至2009年3月1日,坑外地下水位約為4m左右。從2009年3月2日開始,坑外地下水位上升速度減緩,2009年3月2日—2009年3月11日,10d內(nèi)3個水位孔內(nèi)水位累積變化量分別為0.85,0.85,0.66 m,水位平均上升速度為0.085,0.085,0.066 m/d。至2009年3月11日,3口觀測井內(nèi)水位分別為4.891,4.816,4.881m,稍低于干塢基坑內(nèi)水位,由此可知干塢基坑內(nèi)的水與坑外地下水連通性極好。

表2 干塢灌水期間坑外地下水位統(tǒng)計(jì)表Table 2 Statistics of water levels outside foundation pit during water filling period m

圖4 干塢灌水期間坑外水位變化圖Fig.4 Fluctuations of water levels outside foundation pit during water filling period

2.2 二次圍堰修筑前的邊坡水位變化分析

塢門破除后,干塢基坑內(nèi)的水與官洲河連成了一個整體,坑內(nèi)水位每天隨官洲河潮汐漲落而波動,此時(shí)坑外地下水位也會有一些變化,測試結(jié)果如表3,4。可以看出,官洲河漲潮時(shí),基坑內(nèi)的水位升高,坑外地下水位也要升高,且升高速度很快,坑內(nèi)水位稍微高于坑外地下水位,但相差不大;官洲河落潮時(shí),基坑內(nèi)的水位降低,坑外地下水位也要降低,但降低速度較慢,坑內(nèi)水位明顯低于坑外地下水位;同時(shí),3#水位孔位于靠近官洲河的一側(cè),在落潮時(shí),該孔的水位明顯低于1#、2#水位孔的水位,說明該位置地層與基坑連通性更好,受坑內(nèi)水位變化的影響更明顯。

表3 高潮位時(shí)坑外水位測試表Table 3 Statistics of water levels outside foundation pit during high tide period m

表4 低潮位時(shí)坑外水位測試表Table 4 Statistics of water levels outside foundation pit duringlow tide period m

2.3 干塢基坑排水卸載階段的邊坡水位變化分析

二次圍堰選擇在官洲河低潮位時(shí)封閉,這樣可以減少坑內(nèi)排水的工作量。在坑內(nèi)排水的過程中,測試坑內(nèi)、外水位的變化速度,以坑外地下水位降低的速度來指導(dǎo)下一步坑內(nèi)排水速度,測試結(jié)果如表5所示,可以看出,在坑內(nèi)排水的同時(shí),坑外地下水位也明顯降低,但坑外地下水位降低速度明顯慢于坑內(nèi)水位降低速度。

2.4 干塢基坑二次開挖階段的邊坡水位變化分析

干塢基坑于2009年9月25日排水卸載完畢,馬上進(jìn)行基坑二次開挖,期間對坑外地下水位持續(xù)進(jìn)行觀測,結(jié)果如表6所示,可以看出,在基坑二次開挖的前半個月內(nèi),坑外地下水位繼續(xù)明顯下降,下降至-3.2m時(shí)逐漸趨向于穩(wěn)定。

表5 干塢排水階段水位測試表Table 5 Statistics of water levels outside foundation pit during water discharging period m

表6 基坑二次開挖期間邊坡水位變化情況表Table 6 Statistics of water levels outside foundation pit duringsecondary excavation period m

3 結(jié)束語

干塢基坑灌水加載階段,坑外土體屬“吸水”過程,干塢基坑排水卸載及二次開挖階段,坑外土體屬“吐水”過程[9]。及時(shí)、準(zhǔn)確掌握灌水期間的坑內(nèi)、外水位變化規(guī)律,有助于工程技術(shù)人員判斷坑內(nèi)、外地下水位連通情況,進(jìn)而為設(shè)置排水卸載期間的抽水速度提供依據(jù)[10];而排水卸載階段及基坑二次開挖階段的坑內(nèi)、外水位變化規(guī)律也是判斷基坑穩(wěn)定性的一個重要因素,掌握其規(guī)律并利用其規(guī)律指導(dǎo)施工取得了明顯效果。從測試數(shù)據(jù)看,“吸水”速度大于“吐水”速度,由于邊坡持水能力,造成邊坡內(nèi)外水差局部最大達(dá)4m,對邊坡穩(wěn)定造成威脅,但由于事先對坡角進(jìn)行了處理,邊坡內(nèi)部滲流并未對邊坡穩(wěn)定造成危害,整個過程中的邊坡穩(wěn)定性很好。

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