岩溶区地铁车站基坑突涌水机理分析及处理实践

陈臣

摘 要：岩溶可诱发基坑涌水、涌泥等灾害，给在富水岩溶区及断层破碎带区域地铁基坑施工带来诸多难题。本文以广州市某地铁车站基坑岩溶涌水治理工程为背景，系统分析了该车站所处地层的岩溶发育特点和涌水条件，针对涌水具体情况，采取相应有效的抢险措施，控制涌水量，确保了基坑后续顺利开挖，为类似岩溶可诱发条件下的地铁车站基坑涌水防治方案的设计和施工提供有益参考。

关键词：灰岩;涌水;危害

中图分类号：TU758.11文献标识码：A

岩溶是水动力对可溶性岩石的化学溶解作用所形成的地表和地下的各种景观与现象，以地下复杂贯通的岩溶通道系统，地表奇特的喀斯特地貌景观为典型[1]。水的冲蚀作用，使可溶性岩石内裂隙与通道不断扩展变大，从而形成洞穴，当水流继续不断冲蚀，上部土体发生重力崩塌，甚至可直达地表，造成地陷灾害。

本文从涌水分析、涌水治理到监测验证，全方位介绍了广州某地铁车站深基坑岩溶涌水治理情况，对类似岩溶可诱发条件下的地铁车站基坑涌水防治方案的设计和施工具有参考作用。

1 工程概况

广州地铁某车站为地下2层（换乘节点处3层）岛式车站，全长575.1m，标准段宽为23.10m，明挖顺做法施工，基坑开挖深度为17.3m（换乘节点处27.2m）。

根据地勘报告，车站基坑开挖范围内除了表层填土外，开挖土层以冲洪积砂层、河流相沉积淤泥质土为主，基底大多位于砾砂与石炭系灰岩交界附近。车站北部C2+3ht灰岩中岩溶见洞率74.3%，平均的线性岩溶率为17.7%，属于岩溶强发育区段。

基坑支护方案采用地下连续墙+3道（节点处4道）内支撑的支护形式。连续墙嵌固深度满足穿透砂层且进入中风化层不小于2.5m，微风化层不小于1.5m的要求。本车站基坑开挖前均按上述要求完成溶土洞注浆处理及注浆效果检测工作，检验结果为合格。

2 岩溶区基坑开挖涌水情况及原因分析

本车站底板大多直接位于基岩上，灰岩岩溶（溶洞、溶蚀沟槽）发育，基坑基底基岩裂隙水或岩溶水极可能诱发突涌[2]。

2.1 涌水情况

本站基坑施工过程中，于2016年11月30日下午3时，车站55-56轴挖到基底垫层处时，基底突然涌水，初始涌水量约80立方米/小时，此时，基坑开挖深度约18m;基坑涌水位置周边建筑物多为市场商铺，年代已久，基础薄弱，管线众多，道路繁忙，环境复杂。

基坑内出现涌水后，各监测数据变化速率过大，水位、建筑物沉降速率已经超过报警值。其中，涌水点位置东侧地下水位观测点累计变化量为-4.3m;东侧周边建筑物茶叶城门柱变化速率-43mm/d，累计变化量为-26.3mm;地表沉降变化速率-2.05mm/d，累计变化量为-42.5mm。

发现该情况后，立即采取引流管导流混凝土反压的方式进行涌水处理，并在基坑外侧施加止水帷幕，基坑内钻孔注浆兜底封堵涌水通道。前期对基坑外注浆过程中，采用孔口混合的注浆方式，效果不理想，表明孔口混合的注浆方式不适用于大水量渗水通道的封堵。后期调整注浆工艺，采用孔底混合配合大直径的注浆芯管注浆，增大了双液浆浓度及瞬时注浆量，达到了封堵效果。直至12月22日，基坑外注浆结束后，各监测点变化速率已趋于稳定，且远小于报警值。

2.2 涌水原因分析

本车站北端头35轴-66轴基岩均为石炭系中上统壶天群灰岩，岩溶发育强烈，见洞率高达74.3%，针对本次涌水位置，结合现场开挖情况，认为该段为地质整合接触面（C和P），在应力作用下形成了褶曲，该位置岩层岩心破碎，岩带宽度不大，约1～2m左右，破碎状岩层可能与溶洞裂隙水通道联通，形成溶洞裂隙水的渗透通道。

基坑涌水现象主要以开挖揭露和钻孔揭露两种方式体现，本次基坑涌水为开挖揭露。基坑涌水毫无预兆，基坑内岩溶发育，开挖过程中随时有涌水的可能，且涌水量由小变大的缓冲时间较短，大大增加了基坑涌水的不可控性。岩溶基坑涌水具有突发性、富水性、高压性、破坏性。本车站基坑就是在开挖到55-56轴基底垫层处时，基底突然涌水，涌水达到80立方米/小时。

基坑涌水模式分为渗漏型涌水、岩溶管道涌水、阻水断层揭露型和水力劈裂型四种。渗漏型涌水在基坑侧壁上较为常见，随着水流不断滴落，排水量逐渐减少;岩溶管道揭露型涌水在富水岩溶区的深基坑突水中最为常见，但本车站基坑开挖前均已完成溶土洞注浆处理，因此此次涌水不属于岩溶管道揭露型涌水;本站地勘并未揭露阻水断层，故也不存在阻水断层揭露型可能。

结合本车站溶土洞处理与涌水点位置关系及现场基坑开挖情况，基坑涌水应属于水力劈裂型涌水，即基坑开挖至基底后，地质整合接触面在基坑外侧高压水头作用下产生劈裂，形成过水通道，从而使水头压力得到释放。

3 基坑涌水止水措施研究

3.1 混凝土反压及预埋引流桶

从11月30日基坑涌水至12月5日共进行3次混凝土反压，并在涌水点设置引流桶，引流桶底部四周采用土工布+堵漏剂进行封边，使涌水全部从引流桶内流出，之后在引流桶周边浇筑混凝土进行二次封边。

基坑内反压混凝土减小了基坑内外的水头差，并起到增加基坑稳定性的作用，有利于基坑外注浆效果，且反压混凝土对控制基坑内涌水量起到一定作用;预埋引流桶将出水点汇集到一处，方便集中钻孔注浆处理和观察。[3]

3.2 钻孔注浆

3.2.1 确定涌水通道

根据地质情况分析，现场采用投放颜料和注浆过程中基坑内反浆两种方式最终判定涌水通道位置。

先行在东侧LXQ132、LXQ133外侧注浆，先注水泥浆（投放颜料）查找涌水通道，结果颜料从基坑内流出，且注浆过程中，存在反浆的现象。从而确定基坑东侧LXQ132、LXQ133、LXQ130位置为主要流水通道，通过对涌水通道位置打孔、注浆及砼反压等措施，基坑內涌水流量从80m3/h减少为40m3/h。

3.2.2 注漿工艺选取

由于涌水通道内水量较大，在注浆过程中浆液随水流从基坑内涌水点位置冒出，无法在涌水通道内凝结，达不到封堵效果。因此对于非连通孔，采用单、双液浆注浆液注浆;对于连通孔，通过浆液孔底混合注浆、聚氨酯注浆、掺入陶（塑料）粒注浆3种不同方式改进注浆工艺，并在注浆过中不断进行现场试验，逐步改善注浆效果。

通过调整注浆工艺，反复调试最终确定加入陶（塑料）粒注浆的方式较为有效，采取对涌水通道位置打孔、注浆及砼反压等措施，基坑内涌水流量从40m3/h减少为35m3/h;后续对剩余联通孔位继续进行陶粒、塑料颗粒封堵与注单（双）液浆注浆，基坑内涌水流量从35m3/h减少为7m3/h，由是基坑内侧涌水量得到有效控制，注浆达到预期效果。

3.3 基坑内钻孔及注浆

基坑内钻孔采用地质钻机+潜孔钻的方式进行钻孔。钻孔过程中发现基底以下溶洞发育，溶洞填充物多为全填充、局部为半填充，填充物中细砂为主。基坑内注浆采用单、双液浆注浆，为防止注浆过程中相邻孔位冒浆，采用“成一孔，注一孔”的注浆方式。基坑内注浆结束后，涌水点处涌水量由7m3/h较少到2m3/h。

4 基坑涌水处理效果

为确定本次基坑涌水处理过程中各措施有效，在基坑内布设监测孔以监测验证涌水处理真实情况，基坑内检测孔孔深77m，孔底控制在基底以下5m。钻孔取芯孔内无出水情况，充填密实，存在凝固的水泥浆，处理效果良好。通过地面注浆加固措施封堵处理后，基底涌水完全止住，根据芯样情况，现场认为达到开挖条件。

该车站后续基坑开挖顺利进行，验证本次基坑涌水处理过程中采取的处理措施是正确的，涌水孔得以彻底封堵，有效阻隔灰岩裂隙水与周边地下水的联系通道，止水效果显著，达到了良好的效果。

5 结论

对于发生在岩溶地区基坑突涌险情能够取得成功治理，总结以下几点：

（1）对于基坑涌水量较大时，采用基坑混凝土反压泄压等方式稳定涌水量，且采用竖向大直径的引流管，对基坑内涌水起到明显的导流作用，便于集中封堵处理，并能更好的观测基坑内涌水量的大小。

（2）基坑内突涌处理采用钻孔注浆方式，由于涌水通道内水量较大，在注浆过程中浆液随水流从基坑内涌水点位置冒出，无法在涌水通道内凝结，达不到封堵效果。需实时根据孔内连通情况灵活调整注浆压力及注浆液配比，采用孔底混合配合大直径的注浆芯管注浆，增大了双液浆浓度及瞬时注浆量，从而达到封堵效果。

（3）针对岩溶裂隙发育区的基底涌水，采取围护结构内两侧注浆封堵措施，其效果在本车站得到了很好的验证，该实践经验可供同类工程参考。

参考文献：

[1]卢耀如.岩溶：奇峰异洞的世界[M].暨南大学出版社.清华大学出版社，2005.

[2]张炜.某隧道岩溶发育特征与涌水量初步预计[J].安徽建筑工业学院学报（自然科学版），2010（2）：17-20.

[3]吕波，等.南宁市某地铁车站基坑涌水原因分析及处理措施[J].施工技术，2018，47（3）：88.