南京長江漫灘地區深基坑施工地下水風險管理

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的快速發展，深基坑工程不僅數量和規模快速提升，而且工程水文地質條件日趨復雜，環境保護要求日益提高，承壓水已成為基坑工程險情高發領域。南京長江漫灘地區因其復雜的巖土構造，具有含水層厚度大、地下水位高、土層透水量大的特點，在長江漫灘地區進行深基坑施工，地下承壓水極易產生基坑突涌破壞、降水引發過量沉降、圍護結構開裂、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，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。基坑由深至淺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

根據勘察，揭示本工程地質由上到下依次為填土、粉質黏土、粉質黏土夾粉土、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，地質斷面與圍護結構關系如圖2所示。勘察期間，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向滲流，水量大。

圖2 某隧道典型地質剖面圖

2 地下水風險分析及針對性措施

2.1 地下水風險分析

根據工程場地工程地質條件與水文地質條件分析，本工程地下水風險主要體現在以下幾個方面。

1)軟弱土：如圖2所示，②-2層粉質黏土為軟塑，局部流塑狀態；②-3層粉質黏土夾粉土為軟塑，局部流塑狀態，夾粉土薄層土質不均勻，軟弱土層具有高含水率、低滲透率的特點，不利于土層疏干。同時軟弱土層力學強度低、開挖面土層穩定性較差，不便于挖掘機和工人在坑內施工作業，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向滲流，水量大。基坑開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險[1]。

2.2 應對措施

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的因素，在理論計算井點數量上增加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，正式開挖前至少預留20 d以上預抽水時間。

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，降壓井質量及降壓能力是管理重點[2]。

1)檢測井管材質、壁厚，并進行耐壓試驗。降壓井既要靠承受反復洗井的荷載，設在基坑內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，焊接時經常會融穿，造成漏水。

2)過濾系統。選用合理配比的濾料，濾料的質量直接關系到出水量的大小。回填濾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。濾水管底部設置長度為1.00 m的沉淀管，防止井內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量，確定單井出水量；在降水井數量施工約一半時，進行中期驗證，確定含水層的初始水位，確定各區域減壓降水控制水位及相應降深，并與降水方案比對，驗證降水設計的合理性，以確定是否需要優化井點構造，增減井點數量；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計最大降深的要求[3]。

4)降水運行中應保證一路工業用電停電后，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—抽水設備。

3 施工中出現的問題及其原因

本工程在蓋板區至底板準備澆筑時發現坑底涌水，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

降水井無法滿足現場降壓要求是事故的直接原因，經分析可能的原因如下。

1)降水井成孔作業的鉆頭φ 500 mm。其一，造成土體與過濾系統的接觸面不足，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)井點回填濾料質量不穩定，配比偏細，濾料容易泥沙淤積而使降壓井出水效果降低。

3)現場所有井點僅采用了空壓機洗井，未進行過活塞洗井，導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，從而未能及時發現蓋板段降壓能力不足的問題。

4 結語

本文結合南京長江漫灘地區某隧道施工案例，探討了該地區地下水風險控制要點和應對措施，并結合施工過程中遇到的風險，形成了以下幾點經驗，為后續類似工程提供參考。

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

2)降水井成孔直徑不應小于650 mm；濾料應檢測配比后使用。

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

4)降水驗證應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計最大降深的要求。

5)降壓井施工時應設置應急備用井，應急備用井井數不少于設計計算井數的20%，在風險發生時，能及時選擇啟用備用井控制險情。