長江一級階地基坑與地下水處理淺析

孫磊

（中鐵第六勘察設計院集團有限公司 天津 300133）

0 引言

長江由武漢市區穿城而過，長江兩岸分布了大量的富含承壓水的長江一級階地地層，武漢市軌道交通地下線二零零六年開始建設，至今已有十多年的建設時間，目前已有9 條線路建成通車，其中處在長江一級階地上的已經建成運營的地鐵車站有五十多座，本文通過論述兩個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結構的支護方案和地下水控制方案，對武漢長江一級階地深基坑工程十多年來的設計經驗進行總結，并形成了相對成熟的標準設計模式，以利于在類似工程的中推廣、借鑒。

1 長江一級階地的地質、水文特征

1.1 地質特點

長江一級階地工程場地，地質普遍具備以下特點：

（1）地面普片較平坦、開闊，地形略有起伏，工程場地地層自上而下可分為以下幾個單元層，上部人工雜、填土層，中部為第四系全新統沖積、洪積層（Q4）的粘土層、淤泥質粉質粘土層、粉質粘土夾粉土層、粉質粘土夾粉砂粉土互層、粉砂、細砂、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，強度較低，呈中等壓縮性，建筑性能一般，淤泥質粉土層、粉質粘土夾粉土層、粉質粘土夾粉砂粉土層，一般豎向疊加厚度大，為軟～流塑狀態，高壓縮性，強度低建筑性能差，下面的砂層一般厚度巨大，中密、密實狀態，強度高，建筑性能好。

（3）上部的粘土、淤泥質粉質粘土層和粉土層滲透系數較小為相對隔水層。中部的粉土粉砂互層、砂層為強透水層，其中粉土粉砂互層水平滲透系數大于豎直滲透系數，該特點對基坑降水影響較大，易引起基坑風險。砂層下部的基巖為相對隔水層。

1.2 水文特征

長江一級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給，水量有限而很不穩定，對普遍對工程影響不大。孔隙承壓水賦存于粉土粉砂互層和其下的砂土層中，水量豐富，具承壓性，與長江有著緊密的水力聯系，水位亦隨著長江、漢水水位的變化而變化，該承壓水對基坑安全影響極大，需高度重視[1]。基巖裂隙水對工程影響不大，這里不再詳述。

2 地下二層車站深基坑支護設計與地下水處理措施分析

2.1 地下二層站基坑支護設計地下水處理措施

地下二層車站基坑深度一般在16m 多，基坑底一般均為粉細砂或細沙層，長江一級階地地下水豐富，含水層上方粉質粘土相對較弱，武漢地鐵地下二層車站支護結構均采用剛度大、止水效果好的地下連續墻加內支撐的支護體系，地下連續墻插入基坑的砂層，并滿足被動區最小抗力安全系數[2]大于1.05，因地下連續墻底未進入相對隔水層，這里地稱之為地下連續墻“懸掛式”設置，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。可滿足基坑開發及安全要求。

圖1 地下二層車站基坑支護設計剖面

2.2 基坑風險與地下水作用機理分析

由于“懸掛式”地下連續墻止水帷幕，在管井降水過程止水帷幕未隔斷基坑外地下水對基坑內的補給，隨著基坑內地下水位的降低，基坑外地下水位也相應降低，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，地下連續墻承受的基坑內外水頭出差減小，坑外地下水對聯系連續墻的壓力減小，見圖3，基坑壁滲透破壞[3]發生涌水涌沙的風險大大降低，因此對于地下二層車站基坑，降水是成功的關鍵。

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設計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以及對地下水處理措施

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35m 多，基坑底一般均為細沙層，由于細沙層承壓水頭高，水力梯度大，滲透系數大，“懸掛式”帷幕下降水過程地下水補給較快，將地下水位降到地面下25m 以下將變得極其困難，從武漢地區超深基坑施工經驗來看，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，武漢長江一級階地地下三層以上地忒車站超深基坑，均采用地下連續墻底嵌入相對隔水層巖層（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給，之后再將基坑內地下水疏干，見圖4。

圖4 地下三層車站基坑支護設計剖面

3.2 “落底式”地下連續墻止水帷幕的兩面性

由于“落底式”地下連續墻止水帷幕，進入基巖層，徹底阻斷了基坑外地下水對基坑內的補給，基坑開始時在坑內設置少量抽水管井，可以迅速將基坑的水疏干，對基坑開挖有利，同時坑內抽水對基坑外側的地下水基本無影響，對基坑周邊環境[4]的影響也最小。但是由于基坑內地下水的疏干，基坑外的地下水位基本保持不變，造成成了基坑內外存在巨大的水頭差，地下連續墻將承受巨大的水頭壓力，存在施工缺陷或薄弱環節的地下聯系墻很容易在高水頭壓力作用下發生滲透壓穿破壞，造成涌水涌沙的管涌事故，從而引起基坑周邊地面塌陷、建構筑物沉降等巨大的環境風險。在武漢地鐵建設過程中，大部分的涌水涌沙的管涌事故都是該原因引起的，且發生的頻率很高。發生管涌時基坑壁的涌水點基本都是相對薄弱的地下連續墻幅段接頭處。

3.3 地下連續墻幅段接頭處易成為薄弱點的根本原因

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

3.4 “落底式”地下連續墻止水帷幕的加強措施

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

圖5 正常的地下連續墻幅段接頭

圖6 有缺陷的地下連續墻幅段接頭

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

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

（3）基坑挖過程在基坑外側設置少量減壓井，降低坑外水頭，從而減小坑外地下水對地下連續墻的水頭壓力，降低管涌的風險。

4 一般性結論

綜上所述以及實際的實施效果，長江一級階地深度15～20m 的深基坑，采用“‘懸掛式’地下連續墻+基坑內管井降水”方案，可有效控制基坑及環境的安全，該方案降水使成功的關鍵，在施工完頂板前，不應輕易關閉降水井。深度在20m 以上的深基坑，采用“‘落底式’地下連續墻+坑內疏干+連續墻幅段加強+坑外減壓降水”的方案，“懸掛式”地下連續墻加基坑內管井降水。

以上結論為武漢長江一級階地地鐵深基坑工程設計的原則性經驗總結，在實際設計中可以靈活運用，比如引進一些新工藝、新技術配合實施，會收獲更好的效果。