岩溶地区地铁基坑监测方案研究

李潇

(广州地铁设计研究院股份有限公司 广东广州 510000)

岩溶发育地区地铁基坑工程经常出现基坑周边地面沉降、基坑涌水涌砂等工程事故，影响基坑工程安全甚至造成重大的社会影响。基坑工程监测可提供及时、可靠的监测信息以评定工程在施工期间的安全性及对周边环境的影响，并做出有关预报，以便跟踪和控制施工进程，对可能出现的险情及时报警，做到信息化设计、施工。

1 工程概况

深圳某车站位于深圳市龙岗区。车站总长234.4 m，站台宽12 m，车站标准段宽度为20.7 m，底板埋深约16.95 m,顶板覆土约3 m。为地下2层岛式车站，采用明挖顺筑法施工。

图1 本地铁基坑地质剖面图

图2 基坑南侧建筑物

车站所处地层从上而下依次为：素填土、可塑状粉质黏土＜5-4-1＞、砾砂层＜5-7＞、可-硬塑状粉质粘土层＜8-3-3＞、溶槽堆积粉质黏土＜9-1＞、微风化大理岩＜31-4-12＞，基底主要位于溶槽堆积粉质粘土层，其中砾砂层厚约1～8.2 m，为主要含水层，非液化。该工点位于龙岗向斜，属于汇水构造，向斜北西翼岩层出露不全，岩层产状整体缓倾，基岩垂向裂隙较发育，易形成溶沟溶槽；且存在可溶性岩与非可溶性岩接触带或不整合面，易于地下水垂向及水平向活动，从而也容易形成溶洞等岩溶发育形态。该工点广泛揭露大理岩，均分布于基底以下，发育溶（土）洞，见洞率约51.3%，线岩溶率为24%，岩溶发育等级为强烈发育。岩溶水赋存于石炭系石大理岩中，溶蚀裂隙和溶洞发育，水量中等丰富，具承压性，承压水水头11.0～45.0 m。溶槽堆积粉质粘土层以可塑状为主，系溶蚀成因堆积而成，主要由黏性土、卵石、角砾、砂土等组成，局部含灰白色溶蚀残积物，地质参数较差，渗透系数大。

站点北侧原为工业厂房，在车站围挡前以完成拆迁。站点东南为城中村（浅基础），型式，距离基坑约32 m。南侧有新建成的居住区（桩基础）、学校，距离基坑约33 m。

基坑主要采用800 mm厚地下连续墙+内支撑的结构形式。基坑大部分连续墙穿透砾砂层及溶槽堆积粉质粘土层进入微风化大理岩1.5 m。局部微风化大理岩面较深处连续墙未入岩，但保证嵌固深度不小于8 m且穿过砾砂层下不小于3 m。

2 监测等级的调整

工程监测等级的划分主要依据《城市轨道交通工程监测技术规范（GB 50911-2013）》[1]。工程的监测等级主要根据基坑工程的自身风险等级、周边环境风险等级和地质复杂程度进行划分，工程监测等级可按图3 划分，并应根据当地经验结合地质条件复杂程度进行调整。

图3 规范图、工程监测等级

该工程自身风险等级二级、周边环境风险等级二级，根据表1 初步判定工程监测等级为二级。该工程岩溶强烈发育，需要专门进行研究和处理，根据上述规范2条，地质条件复杂程度可划分为复杂。

表1 地质条件复杂程度

工程周边岩土体是工程支护结构和周边环境对象的载体，也是两者之间相互作用的介质。两者的安全状态及稳定性都受工程地质条件的影响。因此，工程监测等级与工程地质条件的复杂性有很密切的关系。在已有分级的基础上，还需要根据工程地质条件复杂程度对监测等级进行调整。工程地质条件复杂程度为中等或简单时监测等级可不进行调整，工程地质条件为复杂时监测等级上调一级，上调后最高为一级。

3 地下水位的监测尤为重要

岩溶涌水涌砂是富水岩溶地区深基坑施工中常见的地质灾害，给基坑的正常施工与安全生产造成极大影响。通过分析基坑工程所在场地岩溶地下水通道类型，有针对性地进行基坑内、外地下水位监测，能够在一定程度上预测岩溶涌水涌砂的可能性，并验证及检验岩溶处理的效果[2]。

根据岩溶地下水理论分析，岩溶地下水通道可分为富水岩溶管道、岩溶裂隙通道、断层岩溶通道、地下河通道、层间岩溶通道、覆盖岩溶通道和隐伏岩溶通道等[3-4]。根据此工程勘察报告[5]，该地铁车站基坑内岩溶地下水通道主要为富水岩溶管道，基坑大理岩岩层在地下水的溶蚀和侵蚀作用下，经过漫长的地质作用，形成了大规模的岩溶地下水管道网络，其连通性较好，水量丰富，与上部砂土层孔隙水水力联系密切，并且网络系统随着时间的推移在不断地演变和交替。该工程溶槽堆积粉质粘土层可塑状为主，系溶蚀成因堆积而成，主要由黏性土、卵石、角砾、砂土等组成，局部含灰白色溶蚀残积物。可认为是大理岩在地下水长期溶蚀作用下，节理裂隙不断扩大并最终与溶洞填充物一起形成的溶蚀残积层。该堆积层地质参数较差，透水性强，位于大理岩层之上，作为基坑底板下的相对隔水层，当隔水层下大理岩层存在承压水时，承压水有突破隔水层的可能。

根据以上情况，建议该工程地下水位监测着重考虑以下措施。

大理岩层应设置单独的水位监测孔，用以在基坑施工过程中长期观测并跟踪岩溶水的演变和交替。大理岩层水位监测孔宜结合岩溶分布进行布设，可利用岩溶处理检查孔进行观测。岩溶处理效果检查孔法是在注浆处理结束后设置检查孔，分别查看检查孔成孔时及放置一段时间后是否完整，是否涌水、涌砂、涌泥，检查孔是否塌孔等，可定性评定注浆效果。

基坑封闭后开挖前在基坑内设置水位监测孔，在监测水位的同时可在监测孔中进行抽水试验，通过抽降水与水位恢复速率判断岩溶处理效果及基坑隔水效果。

该工程溶槽堆积粉质粘土层上为深厚富水砾砂层，在基坑底部及基坑深度内均有分布。虽然基坑围护结构全部穿透砂层并进入砂层下不小于2 m，但考虑到地层分布的不确定性及砾砂层潜水水力联系复杂性，根据情况可以在基坑外砾砂层内进行地下水位监测，以针对因砾砂层水力流失造成上部土层固结沉降导致的地面沉降房屋开裂等现象进行预测及采取相应措施。

4 土体深层水平位移

溶洞注浆效果的好坏决定了地下水的通道，对支护结构承受的水土压力有较大影响，且溶洞的存在改变原始土体应力状态，溶洞发育地区与不发育地区基坑及坑外土体水平方向变形差别较大，直接影响着基坑整体稳定性[6]。

大量监测数据表明，岩溶区域土体深层水平位移累计值及变形速率明显大于非岩溶区域。岩溶区域的土体产生深层水平位移，可能原因为岩溶处理不到位造成溶土洞开始产生塌陷等。土体产生较大深层水平位移往往最终会导致产生地面沉陷及建构筑物变形，所以岩溶区域城市轨道交通基坑工程基坑外土体深层水平位移建议列为应测项目[7]。

5 监测方案应与基坑施工工况进行联动

明挖基坑在基坑回筑阶段，每一层主体板施工完成后进行所在位置临时支撑的拆除，每一道临时支撑拆除过程是围护结构（连续墙）内力重新分布的过程，必然导致连续墙水平变形也重新分布，基坑外土层塑性区的分布和发展也发生变化。因此，在支撑拆除过程及支撑拆除完成后3 d内连续墙深层水平位移、地表沉降及建构筑物沉降等监测项目的监测频率可以考虑适当增加。

一般基坑在基坑开挖前一周测定监测初值，在基坑开挖时开始进行各项监测工作。该工程围护结构在成槽过程中需要穿透深厚砾砂层并且大部分深入微风化大理岩层，可能会对砾砂层产生扰动导致砾砂层失水塌陷，还可能会因溶、土洞承载力不够，引起地面塌陷，影响邻近建筑物安全。因此，针对该工程情况建议在围护结构施工过程中同步进行地面沉降、砾砂层及岩溶的水位监测工作。

6 有必要推行自动化监测和信息化施工

该地铁基坑地处城市繁华区域，周围环境复杂，地质情况存在深厚砾砂层及岩溶强烈发育大理岩层。这种典型复杂岩溶条件下城市繁华区地铁深基坑工程对施工监测和信息化施工技术提出的新的要求，决定了必须对基坑工程进行自动化监测和信息化施工。自动化监测可进行缺失监测数据处理、建立监测信息反馈机制，及时掌握施工开挖过程中基坑的实际工作状态，指导修改设计参数，调整施工工艺，保证结构和施工安全。

7 结语

除了在设计和施工中采取相应的措施外，通过有针对性的基坑监测，不但能预测事故的发生、验证设计措施，还能为研究分析提供依据，值得引起相关工作者重视。如果能在对比研究的基础上编制专门的岩溶区基坑监测规范，则可以更好地为工程建设服务。