巖溶地區地鐵基坑監測方案研究

李瀟

(廣州地鐵設計研究院股份有限公司 廣東廣州 510000)

巖溶發育地區地鐵基坑工程經常出現基坑周邊地面沉降、基坑涌水涌砂等工程事故，影響基坑工程安全甚至造成重大的社會影響?；庸こ瘫O測可提供及時、可靠的監測信息以評定工程在施工期間的安全性及對周邊環境的影響，并做出有關預報，以便跟蹤和控制施工進程，對可能出現的險情及時報警，做到信息化設計、施工。

1 工程概況

深圳某車站位于深圳市龍崗區。車站總長234.4 m，站臺寬12 m，車站標準段寬度為20.7 m，底板埋深約16.95 m,頂板覆土約3 m。為地下2層島式車站，采用明挖順筑法施工。

圖1 本地鐵基坑地質剖面圖

圖2 基坑南側建筑物

車站所處地層從上而下依次為：素填土、可塑狀粉質黏土＜5-4-1＞、礫砂層＜5-7＞、可-硬塑狀粉質粘土層＜8-3-3＞、溶槽堆積粉質黏土＜9-1＞、微風化大理巖＜31-4-12＞，基底主要位于溶槽堆積粉質粘土層，其中礫砂層厚約1～8.2 m，為主要含水層，非液化。該工點位于龍崗向斜，屬于匯水構造，向斜北西翼巖層出露不全，巖層產狀整體緩傾，基巖垂向裂隙較發育，易形成溶溝溶槽；且存在可溶性巖與非可溶性巖接觸帶或不整合面，易于地下水垂向及水平向活動，從而也容易形成溶洞等巖溶發育形態。該工點廣泛揭露大理巖，均分布于基底以下，發育溶（土）洞，見洞率約51.3%，線巖溶率為24%，巖溶發育等級為強烈發育。巖溶水賦存于石炭系石大理巖中，溶蝕裂隙和溶洞發育，水量中等豐富，具承壓性，承壓水水頭11.0～45.0 m。溶槽堆積粉質粘土層以可塑狀為主，系溶蝕成因堆積而成，主要由黏性土、卵石、角礫、砂土等組成，局部含灰白色溶蝕殘積物，地質參數較差，滲透系數大。

站點北側原為工業廠房，在車站圍擋前以完成拆遷。站點東南為城中村（淺基礎），型式，距離基坑約32 m。南側有新建成的居住區（樁基礎）、學校，距離基坑約33 m。

基坑主要采用800 mm厚地下連續墻+內支撐的結構形式?；哟蟛糠诌B續墻穿透礫砂層及溶槽堆積粉質粘土層進入微風化大理巖1.5 m。局部微風化大理巖面較深處連續墻未入巖，但保證嵌固深度不小于8 m且穿過礫砂層下不小于3 m。

2 監測等級的調整

工程監測等級的劃分主要依據《城市軌道交通工程監測技術規范（GB 50911-2013）》[1]。工程的監測等級主要根據基坑工程的自身風險等級、周邊環境風險等級和地質復雜程度進行劃分，工程監測等級可按圖3 劃分，并應根據當地經驗結合地質條件復雜程度進行調整。

圖3 規范圖、工程監測等級

該工程自身風險等級二級、周邊環境風險等級二級，根據表1 初步判定工程監測等級為二級。該工程巖溶強烈發育，需要專門進行研究和處理，根據上述規范2條，地質條件復雜程度可劃分為復雜。

表1 地質條件復雜程度

工程周邊巖土體是工程支護結構和周邊環境對象的載體，也是兩者之間相互作用的介質。兩者的安全狀態及穩定性都受工程地質條件的影響。因此，工程監測等級與工程地質條件的復雜性有很密切的關系。在已有分級的基礎上，還需要根據工程地質條件復雜程度對監測等級進行調整。工程地質條件復雜程度為中等或簡單時監測等級可不進行調整，工程地質條件為復雜時監測等級上調一級，上調后最高為一級。

3 地下水位的監測尤為重要

巖溶涌水涌砂是富水巖溶地區深基坑施工中常見的地質災害，給基坑的正常施工與安全生產造成極大影響。通過分析基坑工程所在場地巖溶地下水通道類型，有針對性地進行基坑內、外地下水位監測，能夠在一定程度上預測巖溶涌水涌砂的可能性，并驗證及檢驗巖溶處理的效果[2]。

根據巖溶地下水理論分析，巖溶地下水通道可分為富水巖溶管道、巖溶裂隙通道、斷層巖溶通道、地下河通道、層間巖溶通道、覆蓋巖溶通道和隱伏巖溶通道等[3-4]。根據此工程勘察報告[5]，該地鐵車站基坑內巖溶地下水通道主要為富水巖溶管道，基坑大理巖巖層在地下水的溶蝕和侵蝕作用下，經過漫長的地質作用，形成了大規模的巖溶地下水管道網絡，其連通性較好，水量豐富，與上部砂土層孔隙水水力聯系密切，并且網絡系統隨著時間的推移在不斷地演變和交替。該工程溶槽堆積粉質粘土層可塑狀為主，系溶蝕成因堆積而成，主要由黏性土、卵石、角礫、砂土等組成，局部含灰白色溶蝕殘積物?？烧J為是大理巖在地下水長期溶蝕作用下，節理裂隙不斷擴大并最終與溶洞填充物一起形成的溶蝕殘積層。該堆積層地質參數較差，透水性強，位于大理巖層之上，作為基坑底板下的相對隔水層，當隔水層下大理巖層存在承壓水時，承壓水有突破隔水層的可能。

根據以上情況，建議該工程地下水位監測著重考慮以下措施。

大理巖層應設置單獨的水位監測孔，用以在基坑施工過程中長期觀測并跟蹤巖溶水的演變和交替。大理巖層水位監測孔宜結合巖溶分布進行布設，可利用巖溶處理檢查孔進行觀測。巖溶處理效果檢查孔法是在注漿處理結束后設置檢查孔，分別查看檢查孔成孔時及放置一段時間后是否完整，是否涌水、涌砂、涌泥，檢查孔是否塌孔等，可定性評定注漿效果。

基坑封閉后開挖前在基坑內設置水位監測孔，在監測水位的同時可在監測孔中進行抽水試驗，通過抽降水與水位恢復速率判斷巖溶處理效果及基坑隔水效果。

該工程溶槽堆積粉質粘土層上為深厚富水礫砂層，在基坑底部及基坑深度內均有分布。雖然基坑圍護結構全部穿透砂層并進入砂層下不小于2 m，但考慮到地層分布的不確定性及礫砂層潛水水力聯系復雜性，根據情況可以在基坑外礫砂層內進行地下水位監測，以針對因礫砂層水力流失造成上部土層固結沉降導致的地面沉降房屋開裂等現象進行預測及采取相應措施。

4 土體深層水平位移

溶洞注漿效果的好壞決定了地下水的通道，對支護結構承受的水土壓力有較大影響，且溶洞的存在改變原始土體應力狀態，溶洞發育地區與不發育地區基坑及坑外土體水平方向變形差別較大，直接影響著基坑整體穩定性[6]。

大量監測數據表明，巖溶區域土體深層水平位移累計值及變形速率明顯大于非巖溶區域。巖溶區域的土體產生深層水平位移，可能原因為巖溶處理不到位造成溶土洞開始產生塌陷等。土體產生較大深層水平位移往往最終會導致產生地面沉陷及建構筑物變形，所以巖溶區域城市軌道交通基坑工程基坑外土體深層水平位移建議列為應測項目[7]。

5 監測方案應與基坑施工工況進行聯動

明挖基坑在基坑回筑階段，每一層主體板施工完成后進行所在位置臨時支撐的拆除，每一道臨時支撐拆除過程是圍護結構（連續墻）內力重新分布的過程，必然導致連續墻水平變形也重新分布，基坑外土層塑性區的分布和發展也發生變化。因此，在支撐拆除過程及支撐拆除完成后3 d內連續墻深層水平位移、地表沉降及建構筑物沉降等監測項目的監測頻率可以考慮適當增加。

一般基坑在基坑開挖前一周測定監測初值，在基坑開挖時開始進行各項監測工作。該工程圍護結構在成槽過程中需要穿透深厚礫砂層并且大部分深入微風化大理巖層，可能會對礫砂層產生擾動導致礫砂層失水塌陷，還可能會因溶、土洞承載力不夠，引起地面塌陷，影響鄰近建筑物安全。因此，針對該工程情況建議在圍護結構施工過程中同步進行地面沉降、礫砂層及巖溶的水位監測工作。

6 有必要推行自動化監測和信息化施工

該地鐵基坑地處城市繁華區域，周圍環境復雜，地質情況存在深厚礫砂層及巖溶強烈發育大理巖層。這種典型復雜巖溶條件下城市繁華區地鐵深基坑工程對施工監測和信息化施工技術提出的新的要求，決定了必須對基坑工程進行自動化監測和信息化施工。自動化監測可進行缺失監測數據處理、建立監測信息反饋機制，及時掌握施工開挖過程中基坑的實際工作狀態，指導修改設計參數，調整施工工藝，保證結構和施工安全。

7 結語

除了在設計和施工中采取相應的措施外，通過有針對性的基坑監測，不但能預測事故的發生、驗證設計措施，還能為研究分析提供依據，值得引起相關工作者重視。如果能在對比研究的基礎上編制專門的巖溶區基坑監測規范，則可以更好地為工程建設服務。