超大超深基坑涌水涌砂預(yù)案及搶救措施

張晶磊

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092）

1 工程概況

1.1 工程地理位置及周邊環(huán)境

中間風(fēng)井位于長(zhǎng)江北岸，緯七路公路過(guò)江隧道南側(cè)，浦口制水廠(chǎng)西側(cè)。結(jié)構(gòu)距離長(zhǎng)江江北大堤約350 m，距離北側(cè)緯七路隧道約60 m，基坑邊距離東側(cè)浦口制水廠(chǎng)圍墻約15.7 m。

1.2 設(shè)計(jì)情況

中間風(fēng)井平面外包尺寸為124.8 m×22.9 m，底板埋深約23～30.5 m，結(jié)構(gòu)為地下三層箱型框架結(jié)構(gòu)，采用明挖順做法施工?；訃o(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐的形式。中間風(fēng)井基坑開(kāi)挖前對(duì)基底采用三重管高壓旋噴樁進(jìn)行“裙邊+抽條”形式的加固，加固區(qū)為基底以下3 m。

地下連續(xù)墻厚度為1 200 mm，深度分別為44 m、45 m、46 m、52 m、58 m，單元槽段共 58幅，單幅標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度為5.2 m。地下連續(xù)墻采用“H”型鋼板接頭，與主體形成疊合式側(cè)墻結(jié)構(gòu)。地下連續(xù)墻設(shè)計(jì)插入深度按1:1設(shè)計(jì)，墻底進(jìn)入粉細(xì)砂層及卵石圓礫地層，見(jiàn)圖1。

基坑支護(hù)系統(tǒng)由混凝土支撐與鋼支撐組成：西端盾構(gòu)井共設(shè)置6道支撐，其中第一、四、五道為混凝土支撐，其余為鋼支撐；中間標(biāo)準(zhǔn)段共設(shè)置6道支撐，其中第一、四道為混凝土支撐，其余為鋼支撐且第五道為并撐；中間標(biāo)準(zhǔn)段加深段共設(shè)置7道支撐，其中第一、四道為混凝土支撐，其余為鋼支撐且第六道為并撐；東端盾構(gòu)井共設(shè)置7道支撐，其中第一～六道為混凝土支撐，第七道為鋼支撐；同時(shí)在每道支撐的東西端盾構(gòu)井內(nèi)陰角處設(shè)置混凝土角板撐。

1.3 工程和水文地質(zhì)情況

（1）工程地質(zhì)

中間風(fēng)井勘探深度內(nèi)地層為第四系松散層和白堊紀(jì)上統(tǒng)浦口組基巖，松散層巖性主要為淤泥、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、粉土、粉細(xì)砂、中粗礫砂、及卵礫石混合土。浦口組基巖頂板埋深大于65 m，巖性為泥質(zhì)粉砂巖、泥巖。主要特殊性土為軟土，區(qū)間內(nèi)均有分布。主要不良地質(zhì)作用為砂土液化。

本工程地質(zhì)情況較差，從地表至槽底依次為：①-2層素填土、②-1 a層黏土、②-2 b 4層淤泥質(zhì)黏土、②-3d3-4層粉砂、細(xì)砂、②-4d 1-2層粉砂、細(xì)砂、②-5d-1粉砂、細(xì)砂、④-4e1層卵石、圓礫、礫砂、含礫中粗砂，其中粉砂、細(xì)砂厚度達(dá)25 m以上，東端盾構(gòu)井地下連續(xù)墻進(jìn)入④-4e1層5 m左右；西端盾構(gòu)井及標(biāo)準(zhǔn)段地下連續(xù)墻進(jìn)入粉砂、細(xì)砂達(dá)19 m左右。

中間風(fēng)井西端第一、二流水段基坑開(kāi)挖深度范圍內(nèi)地層均為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土；東端第一、二、三流水段基坑開(kāi)挖深度上部約16 m范圍內(nèi)為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，其余下部為粉細(xì)砂地層。

（2）水文地質(zhì)

本標(biāo)段基巖裂隙水為碎屑巖類(lèi)裂隙水，含水巖組巖性為白堊系浦口組泥巖，中間風(fēng)井基坑內(nèi)均有分布。

本工程孔隙潛水分布地層為基坑上層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土地層。淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土地層夾粉砂、粉土薄層，并分布有透晶狀粉細(xì)砂層，潛水層與下部微壓水有一定的豎向滲透補(bǔ)給?？紫稘撍饕a(bǔ)給來(lái)源為大氣降水、地表水入滲、灌溉水回滲，因區(qū)內(nèi)地勢(shì)平坦，地下水徑流比較滯緩，水力坡度僅在千分之幾至萬(wàn)分之幾，排泄方式以自然蒸發(fā)、向長(zhǎng)江等地表水體排泄以及少量的人工開(kāi)采為主。

圖1 中間風(fēng)井地質(zhì)剖面圖

本工程下部微承壓水分布于粉砂、細(xì)砂、卵石圓礫地層。微承壓水主要補(bǔ)給來(lái)源為上部孔隙潛水下滲和長(zhǎng)江水的側(cè)向滲流，排泄方式以徑流及向長(zhǎng)江水體側(cè)向滲流為主。

中間風(fēng)井段地下水位埋深0.15～1.30 m，平均0.61 m，標(biāo)高5.12～5.94 m，平均5.43 m。水位變化主要受大氣降水和長(zhǎng)江水位的影響，年水位變幅一般在1.0～1.5 m之間。微承壓水水位埋深1.0～3.0 m。

長(zhǎng)江南京段水位每年6～9月為汛期，水位達(dá)到一年中的峰值，11月～2月為枯水期，水位相對(duì)較低。

1.4 基坑開(kāi)挖

中間風(fēng)井基坑開(kāi)挖前基底加采用三重管高壓旋噴樁進(jìn)行加固，加固形式為抽條+裙邊，同時(shí)基坑外對(duì)兩個(gè)端頭井與中間標(biāo)準(zhǔn)段的陰角處進(jìn)行加固。

基坑開(kāi)挖施工遵循“分層、分段放坡開(kāi)挖，開(kāi)槽支撐、先撐后挖”的原則一直安全、有序進(jìn)行，西端盾構(gòu)井率先開(kāi)挖至基底并順利通過(guò)基底驗(yàn)收，隨后進(jìn)行西端盾構(gòu)井內(nèi)墊層澆筑，底板卷材防水層施工，底板鋼筋綁扎并開(kāi)始澆筑西端端頭井底板。

2 中間風(fēng)井基底突涌的緊急處理預(yù)案

本預(yù)案模擬中間風(fēng)井在開(kāi)挖至坑底，澆筑過(guò)程中在中間風(fēng)井西端第一流水段與第二流水段底板接頭處開(kāi)始出現(xiàn)輕微滲水現(xiàn)象，滲水從已澆筑完成西端頭井的墊層下逐漸涌出，且在水中明顯夾雜有粉細(xì)砂。在進(jìn)行封堵的過(guò)程中，涌水點(diǎn)出水量逐漸增大。基坑底部發(fā)生涌水涌砂時(shí)可采取的緊急處理方案及措施。

涌水險(xiǎn)情發(fā)生后首先可采用水泵抽排積水、土工布塞實(shí)涌水點(diǎn)并用砂袋、商品混凝土等材料回填反壓的方法試圖將涌水點(diǎn)封堵。如遇涌水點(diǎn)出水量和水壓較大，涌水點(diǎn)開(kāi)始有擴(kuò)大的趨勢(shì)，西端盾構(gòu)井及標(biāo)準(zhǔn)段開(kāi)始出現(xiàn)大量積水的現(xiàn)象。此刻，立即停止坑內(nèi)砂袋、混凝土的反壓作業(yè)，疏散基坑內(nèi)作業(yè)人員，將人員撤離基坑。為有效控制基底突涌，采用向坑內(nèi)回灌水反壓平衡基坑內(nèi)外的水壓，減少突涌的涌水量。進(jìn)行坑內(nèi)回灌水反壓平衡灌水時(shí)可按照以下步驟實(shí)施：

（1）向基坑內(nèi)回灌水對(duì)突涌進(jìn)行反壓，使基坑內(nèi)回灌水水位保持至少在第四道混凝土圍檁頂部以上，從而平衡基坑內(nèi)外水頭差，減弱涌水壓力和影響，并根據(jù)實(shí)際情況判斷回灌水位。

（2）經(jīng)過(guò)對(duì)坑內(nèi)回灌水水位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)情況進(jìn)行分析后，確認(rèn)管涌水壓明顯得到控制后，可暫停向坑內(nèi)回灌水。

（3）分析研究地連墻施工資料及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，立即在西端頭井附近地連墻外周布設(shè)鉆孔進(jìn)行注漿處理，通過(guò)注漿壓力與流量確定是否存在繞流涌水通道；并采用雙液漿注漿或聚胺脂封堵繞流通道，保證注漿孔位間距不大于1m進(jìn)行布置。

（4）增加坑內(nèi)降水井的開(kāi)啟數(shù)量，加強(qiáng)坑內(nèi)抽降水能力。

（5）停止坑外回灌，回灌井內(nèi)調(diào)配大功率水泵作好強(qiáng)制降水準(zhǔn)備。

（6）加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量監(jiān)測(cè)工作，尤其注意地連墻變形、支撐軸力、水位、地層沉降等項(xiàng)目的連續(xù)監(jiān)測(cè)。

（7）開(kāi)始進(jìn)行坑外注漿加固處理，同時(shí)對(duì)坑內(nèi)回灌水水位進(jìn)行詳細(xì)的監(jiān)測(cè)和記錄。

（8）待基坑涌水處理完成后，經(jīng)過(guò)評(píng)估后方可進(jìn)行下步開(kāi)挖施工。

3 突涌封堵后的后續(xù)處理方案

水位降至底板后清理西端第一流水段、標(biāo)準(zhǔn)段涌水處的淤泥沉渣等雜物。首先人工用鐵鍬鏟除表面的淤泥和沉渣，對(duì)于人工清理困難的泥漿通過(guò)高壓水槍沖洗配合泥漿泵抽排的方式清理干凈，保證人員在基底可以正常作業(yè)。

西端第一流水段在基底完成淤泥、垃圾清理后，采用人工風(fēng)鎬破除底板混凝土，乙炔切割的底板鋼筋和鑿除的混凝土先采用人工清理配合吊車(chē)垂直運(yùn)輸?shù)姆绞睫D(zhuǎn)運(yùn)出基坑，剩余的浮渣等雜物采用高壓水沖洗配合泥漿泵抽排的方式清理干凈。

為保證將底板的強(qiáng)度和防水質(zhì)量，將西端第一流水段已澆筑的鋼筋混凝土全部鑿除，并重新施做底板防水和鋼筋混凝土，以確保底板良好的整體性。對(duì)已經(jīng)施做完成的底板墊層，破除過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)保護(hù)，盡量減少對(duì)基底的擾動(dòng)。重新施做底板卷材防水層之前，應(yīng)對(duì)底板墊層破損處進(jìn)行修補(bǔ)，以免對(duì)防水層造成損壞。

西端第二流水段在繞流處理時(shí)在涌水位置回填了大量的砂袋和混凝土，本段處理的重點(diǎn)是清除突涌前期處理時(shí)回填的反壓覆蓋層。

由于西端第二流水段處施工作業(yè)空間較大，清理基底反壓覆蓋層時(shí)可采用人工配合小型液壓鎬（炮頭）的形式進(jìn)行破除，破除后底板的清理采用小型挖掘機(jī)配合履帶吊垂直提升轉(zhuǎn)運(yùn)出基坑。

底板清理過(guò)程中應(yīng)安排專(zhuān)人對(duì)基底原涌水處及新開(kāi)挖土層進(jìn)行全程監(jiān)控，同時(shí)對(duì)基坑內(nèi)外的監(jiān)控量測(cè)情況及時(shí)進(jìn)行分析，保證基坑在安全可控的情況下對(duì)突涌后的底板進(jìn)行處理。

為保證基坑安全，將西端第二流水段底板分為兩段進(jìn)行施工，對(duì)未開(kāi)挖到位的土方視情況確定開(kāi)挖長(zhǎng)度，原涌水處底板出露后盡量縮短暴露時(shí)間。同時(shí)底板開(kāi)挖完成后應(yīng)加大人員、設(shè)備的投入，以最快的速度完成接地網(wǎng)、墊層以及防水施工，而后先綁扎底板鋼筋、安裝模板，完成混凝土澆筑作業(yè)。

4 后續(xù)施工安全措施

（1）防汛搶險(xiǎn)小組成員要實(shí)行24 h值班制度；

（2）嚴(yán)格執(zhí)行搶險(xiǎn)領(lǐng)導(dǎo)小組組長(zhǎng)安排；

（3）無(wú)條件服從搶險(xiǎn)小組的統(tǒng)一指揮；

（4）搶險(xiǎn)所需物資服從搶險(xiǎn)的緊急調(diào)用；

（5）任何部門(mén)和個(gè)人都有參加搶險(xiǎn)的義務(wù)；

（6）雨衣、手電、方木、編織袋、草袋、工字鋼、鋼管、鋼板、引水管、防毒面具等搶險(xiǎn)物資做到庫(kù)存充足；

（7）在搶險(xiǎn)作業(yè)中人員必須穿防滑鞋，高空作業(yè)必須系安全帶；

（8）吊裝材料時(shí)須專(zhuān)人指揮，下方不得站立人員，材料必須捆扎牢固后方可吊放，不得單點(diǎn)吊放材料。