富水易液化砂层地铁基坑开挖涌水涌砂防治探讨

郑晓飞 中交隧道工程局有限公司南京中心

社会经济水平不断提高的背景下，越来越多城市修建了地铁，但在地铁车站基坑开挖施工中时常发生涌水、涌砂险情，对周边环境及人员的生命安全造成了一定的威胁[1]。特别是某些富水易液化砂层的地区会频繁发生基坑涌水、涌砂事故，严重时还可能破坏基坑安全。基于此，针对富水易液化砂层地铁基坑开挖施工制定涌水涌砂防治措施，已成为顺应新时代城市发展的必然选择。

1 工程概况

沙岗站位于魁奇西路与雾岗路交叉口处，沿魁奇西路设置，靠近魁奇西路南侧，呈东南至西北走向，北向为居住用地及商业金融业用地。车站主体基坑标准段深约17.8 m，宽19.2 ～23.6 m，主体段为明挖双层双跨钢筋混凝土箱型框架结构，车站配线段为明挖单层双跨折形顶板钢筋混凝土结构[2]。本车站的主体支护结构采用地下连续墙及钻孔灌注桩，地下连续墙厚度为800 mm，桩直径为1 000 mm，间距为1 150 mm，桩间采用网喷钢筋混凝土作为桩间挡土措施。车站长度较长，地层情况变化较大，沙岗站的原始地貌为台地地貌，地表已被填挖成魁奇西路，地势较平坦，地面高程一般为5.13 ～7.09 m，上覆素填土、杂填土、淤泥、淤泥质土、淤泥质粉细砂、淤泥质中粗砂、粉质黏土、粉土、粉细砂以及中粗砂，下伏基岩主要为泥岩、砂质泥岩、泥质砂岩以及砂岩。

2 支护结构出现涌水、涌砂的原因及防治技术

2.1 支护结构出现涌水、涌砂的原因

涌水、涌砂绝大部分出现在支护结构地下连续墙的接头处，少量发生在地下连续墙非接头处，还有少量发生在基底处。该工程项目的砂层较厚，地连墙施工时如果接缝处理不好，那么极易出现夹泥、夹渣。当开挖基坑时，由于成槽环节刷壁不到位，导致残留型钢内部仍然存有泥浆、绕流混凝土、接头回填沙袋，使得接缝位置形成一个过水通道，并伴随着涌水、涌砂的情况[3]。

在基坑开挖过程中，地连墙钢筋笼并未真正进入H 型钢内，使得接缝处存在开叉和夹泥的情况。这种接缝缺陷引发的后果最严重，很可能使得相邻两幅地连墙出现错位、受力不同步的情况，并在基坑变形的影响下发生安全事故。坑外的泥沙将会在接缝开叉处涌进坑内，并在短时间内快速扩散险情，无形中增加抢险的难度。

混凝土浇筑过程中，地连墙易出现质量问题，并且水下混凝土在浇筑过程中很可能受到槽壁失稳、导管堵塞以及导管拔出等外在因素的影响，从而使得地连墙墙身处存在局部夹泥。而墙身质量缺陷又无法满足设计刚度要求，使得基坑开挖中存在严重的变形问题，并且地墙接缝与墙身位置处也伴随着一定的涌水、涌沙现象[4]。

2.2 具体的防治技术

地铁车站的开挖深度一般为17.8 m，而砂层主要位于2 ～13 m 的位置，粉细砂层较厚。在基坑外，水土压力、承压水的共同作用会导致泥沙从较为薄弱的接缝位置处涌出。车站基坑与既有主干道路之间还有6.5 ～8 m 的距离，市政管线周边遍布着复杂的管道，一旦发生严重的险情就会中断交通，将会导致管线破裂，且对周边环境造成恶劣的影响。基于此，为避免基坑开挖施工中发生严重的安全事故，在正式施工前应采取以下几点技术措施。

第一，地连墙施工时要严把质量关，严格控制泥浆的质量、接头清理的质量以及混凝土的质量，并做好施工记录，开挖前针对有问题的地方作补强处理。

第二，地铁站北侧机动车道与基坑之间的距离较小，在前期管线改迁工作中很可能对周边土体造成不同程度的破坏，充分考虑地连墙施工、降水等外在因素后再规避空洞、脱空等问题，依托于地质雷达着重检测路面下方是否存在脱空问题或不密实部位，从而采取旋喷注浆加固措施。

第三，分析基坑地连墙接缝、墙身位置处的风险问题时，可以参考地质雷达检测报告和地墙施工记录，并在地连墙接缝薄弱避位处实施补强加固处理，接着在基坑外侧添设三重管高压旋喷桩，同时封堵地连墙接缝处，以免基坑开挖施工中发生险情，最大限度地降低变形预警的发生概率[5]。针对墙身缺陷位置采取补强措施时，还需要以整幅墙为主体，将补强范围扩大为地墙幅宽的两倍，使得相邻地墙之间得以有效搭接。若接缝缺陷过于严重，则可以利用两排旋喷桩进行咬合加固。

第四，可以利用背贴钢板加固地连墙接缝位置，进而有效控制开挖施工与结构回筑时间，从根本上避免出现严重的变形、涌水以及涌砂问题。

第五，在基坑开挖中配套WSS 后退式双液注浆钻注一体机，同时指派专门的工作人员全过程监督基坑开挖作业。一旦发现基坑开挖施工中存在渗漏风险，就需要立即在该位置注入双液浆，进而完成整个补强工作。

3 富水易液化砂层地铁基坑开挖涌水涌砂防治措施

3.1 地下连续墙施工阶段的控制措施

地连墙的终孔深度必须满足设计要求，如果终孔的地层地质与地勘报告不符，则要及时进行变更，确保地连墙进入相对不透水层。地连墙接头处宜采用强制式刷壁机进行刷壁，利用钢丝绳吊重锤作为导向使刷壁器在刷壁过程中能紧贴接头处，确保刷壁效果。此外，刷壁机的刷头需根据接头形式进行调整，使刷壁机贴紧接头，反复几次，直到刷壁机上没有附着物。

地连墙施工过程中要严格控制成槽的垂直度和泥浆指标，每幅槽都要通过超声波检测垂直度后才能进行下一道施工。钢筋笼安装完成后，要求尽快浇注支护结构混凝土，在钢筋笼下放完成后的4 h 内浇筑完混凝土。浇筑前要再次检查孔深、泥浆指标以及沉渣厚度，确保满足相关规范要求后才能浇筑混凝土。混凝土应连续浇筑，中间间隔时间不得超过混凝土的初凝时间。坍落度要满足设计要求，导管埋深控制在2～6 m，提升时要缓慢，不可猛拔。此外，施工期间做好记录，对异常情况进行重点记录与分析，并采取相应的措施进行补强。

3.2 基坑开挖过程中的技术措施

支护结构施工完成后，应先设计降水井，对基坑进行降水，待降水深度满足要求后才能进行基坑开挖作业。基坑开挖过程中，应严格遵循分层、分段、对称、均衡以及适时的开挖原则，并做好基坑内排水工作。支护应紧跟开挖进度，严禁开挖面出现裸露时间过长的情况。土方开挖应先开挖基坑两侧的接头位置，一旦发现问题要及时采取措施进行处理，解决问题后才能继续进行开挖。

基坑开挖过程中，应随时观察基坑侧壁是否存在渗漏水情况，一旦发现出现渗漏水或基底水量增大的情况，应立即采取措施进行处理。对于无压、水流较小的渗漏点，应埋设塑料软管引流，周围用快速水泥进行封堵，待水泥凝固达到一定强度后将软管折弯截断水流，达到封堵渗漏点的目的。当渗漏水较大且伴有泥沙时，应立即停止开挖，对渗漏点回填沙袋或对土方进行反压，压住流砂后采用快凝压力注浆或灌注快凝砼堵住涌口。过程中采取抽水措施降低坑内水位，提高降水井的降水能力，降低基坑周围地下水位。制止住基坑涌水、涌砂后，对基坑周围地层加强注浆，固化基坑外围地层。

此外，基坑开挖过程中应加强监控量测工作，做到信息化施工，每天检查基坑内外的抽水情况，加强水位监测，严格控制基坑内外的水位差。同时，对于完成的支护面，应随时观察是否出现裂纹与变形等现象，正确指导施工。

3.3 应用地质雷达、高密度面波综合检测技术

该工程项目施工中必须考虑车站构筑特点及现场条件，同时采集现场探测数据及相关参数，严格按照施工要求与规范标准应用地质雷达、高密度面波综合检测技术，以此保证车站周边道路检测结果的规范性和准确性。在应用踏勘、测量等方法探测现场时，还需要进一步确定待检测区域的测量范围，充分利用地质雷达、高密度面波检测技术完成无损检测工作，逐一排查该区域是否存在疏松与脱空等隐患。

3.4 结合工程概况不断调整相关参数及施工工艺

对于地连墙接缝位置涉及的评估风险，可以选用直径为800 mm、间距为500 mm 的高压旋喷桩实行加固处理，进而避免基坑外泥沙从地连墙接缝缺陷位置涌到基坑内。在现场试验中还可以对高压旋喷桩采用三重管法，确保水泥掺量达到20%，同时结合工程概况不断调整相关参数及施工工艺。在试验中掺加P42.5 级普通硅酸盐水泥时，还需要结合现场情况确定水泥最终掺量和外加剂的比例，并将水灰比控制为0.8 ～1.2，而高压水泥浆压力也需要高于20 MPa，且流量不低于30 L/min、气流压力不低于0.7 MPa。

3.5 制定地连墙接缝的钢板封堵方案

若想保证基坑开挖施工的安全性，最大限度地避免基坑发生涌水、涌砂事故，则必须从长远的角度出发制定地连墙接缝的钢板封堵方案，有效预防基坑渗漏、涌水、涌砂风险。采用封堵钢板施工工艺时，需要利用电动工具凿平接缝位置处的地连墙混凝土，借助钢筋头自制工具清理接缝处表面的泥沙，同时利用快干水泥抹平接缝位置。为保证钢板位置与接缝位置之间的固定性，可以在扶住钢板后利用手钻钻孔将膨胀螺栓固定到封堵钢板上。最后，在钢板固定、封堵过程中，必须注意钢板是否进入主体侧墙结构限界。借助膨胀螺栓固定钢板后，还可以利用水不漏密封钢板四周。当首块钢板固定、封堵后，需要从上、下两个方向继续固定钢板，但应将钢板与钢板之间的空隙控制在1 cm 内，同时利用钢筋完成焊接拉结作业，进而有效提高封堵钢板的平稳性。

4 施工现场施工中的施工质量控制

木材模板的传热系数和热损耗低容易造成温度裂缝，而钢模板具有较高的热传导性，能够迅速将混凝土的内热散发出去，减少内外温差，从而减少混凝土的温度裂缝。钢模板可以通过对拉螺杆进行加固，很好地满足车站基坑工程的防水要求，而且具有较高的标准化、较稳定的尺寸参数以及较低的摩擦系数，因此安装时的效率更高，使用方便。

4.1 主体结构混凝土质量控制

在结构底板和侧墙施工前，通常很难解决支护结构渗漏问题，并且施工进度控制也未得到应有的重视。由此导致混凝土不能持续供给，混凝土浇筑旁站流于形式，只能通过人工操作的方式完成相关工作，无法真正落实分层分段浇筑施工，最终造成地下水位回升、结构渗漏等问题，无法达到一级防水标准。

在混凝土施工中，未及时进行抹刀收面和覆盖也同样会造成结构表面出现质量下降的问题，混凝土养护制度落实不到位，致使混凝土浇筑后14 d 内无法保持湿润状态。为了保证混凝土供应的及时性，应尽可能地选择两条生产线以上的供应商，若混凝土浇注量大，则泵车的台数不能少于两辆。在现场切实做到分层分段供应，杜绝混凝土浇筑出现冷缝，板类结构应及时压浆收面覆盖，侧墙、柱子混凝土拆模后应用薄膜覆盖，并配备超声波养护设备，以此充分发挥防水混凝土结构的防水作用。

根据施工需要进行现场浇筑施工，大体可分为全面分层、斜面分层以及分段分层3 类。分段阶梯浇注方法是目前最常用的大体积混凝土板施工方法，关键在于浇注从一头进行，浇注到5 ～8 m后再进行下一次浇注，每次浇注的厚度不超过30 cm，并应在施工结束后喷洒水分，至少两个星期。侧墙和端墙采用分层施工技术，以斜向施工的方式将两层间的施工间隔控制在2 h 以内，施工过程中的浇注速度需控制在200 cm/h，浇注厚度按0.5 m 计算。此外，为了使浇注效果最佳，还需要按照75 cm 的间隔分层振捣。

4.2 钢筋混凝土保护层厚度控制

保护钢筋可以有效地提高钢筋的耐久性和承载力，对钢筋砼结构的保护厚度进行有效控制同样具有重要的现实意义，而作为地下工程的地铁车站，其防护厚度的控制尤为重要。传统防渗加固技术已经无法满足地铁工程施工的质量要求，给工程施工带来了一定的困难。这种衬垫在生产时很可能未达到生产标准，从而产生很大的偏差，并因安装问题引起松动，尤其体现在封模和振捣方面。这些都将对钢筋砼保护层施工造成很大影响，甚至埋下严重的安全隐患，导致工程的机械性能和耐用性下降。采用钢筋保护层的塑胶垫片非常方便。为了节省时间和效率，橡胶垫片和钢筋之间不应简单的捆绑，而是需要直接固定在钢筋上，在保护土壤时发挥其独特的优点，并根据需要调整保护层的厚度，解决传统保护层带来的弊端。

此外，由于钢筋混凝土保护层具有原料丰富、工艺简单的优点，因此形成了较为成熟的工业生态体系，极大降低了使用成本。

5 结语

富水砂层地层地下连续墙施工具有流程复杂、不可预见因素多以及技术标准较高等特点，在实际施工过程中必须实时采集并处理相关数据信息，以此保证整个施工过程有据可循、可追溯。这就需要施工方做好日常监督与管理工作，详细记录施工过程中涉及的数据信息，同时分别标施工中出现的问题，并将其标注在地连墙CAD 图纸中的对应位置，深入研究与分析各个问题产生的主要原因，从长远角度考虑其在后续开挖施工中可能造成的影响，并采用单一或多种措施相结合的方式做好预处理工作。