■朱魯榮

（中國水利水電第十六工程局有限公司，福州　350003）

過江隧道盾構(gòu)井基坑技術(shù)研究

■朱魯榮

（中國水利水電第十六工程局有限公司，福州350003）

在總結(jié)和分析長江一級階地地層和工程地質(zhì)特征的基礎上，以武漢過江隧道盾構(gòu)接收井最大開挖深度21.555m的深基坑工程為例，闡述了該地層深基坑設計和施工時的特點，提出了針對性的支護措施，并通過各工況下基坑支護內(nèi)力和位移計算對基坑開挖的安全和穩(wěn)定性進行了科學評估。結(jié)果表明，長江I級階地土體具有強度低、可壓縮性高、自穩(wěn)能力差，同時含水層復雜且地下水豐富的特點，故深基坑施工的關鍵是擋土支護結(jié)構(gòu)的施工和對含水層的治理。盾構(gòu)井深基坑的施工把握了該類地層的工程特性，采取了地下連續(xù)墻加鋼支撐結(jié)合中深井降水等方法，起到了很好的處理效果。

長江一級階地基坑盾構(gòu)接收井過江隧道

0　前言

長江中下游河段，由于水流分選作用，由上至下沉積顆粒由粗到細，河漫灘相具有典型的相變規(guī)律［1］。

由于長江一級階地典型的二元結(jié)構(gòu)地層組合特點，含水地層的滲透性能基本上隨深度呈單調(diào)增長。賦存的地下水可分為3層，即①上層填土和粘性土中存在的上層滯水或潛水。②中間過渡相承壓含水層，巖性為粉質(zhì)粘土與粉土、粉砂互層③下層砂性土承壓含水層，巖性以粉砂、粉細砂和細砂為主，底部中粗砂、卵礫石層滲透系數(shù)則更高。基巖是該承壓含水層的隔水底板。長江一級階地上全新統(tǒng)砂層中的承壓水與長江有密切的水力聯(lián)系。承壓水水頭的絕對標高較高，如漢口地區(qū)在長江汛期約為18～20m，僅低于自然地面1～3m；枯水期約為15～16m，年自然變幅約2～4m。因此可以推斷，該類型地層滲透性呈極明顯的各向異性，過渡層易發(fā)生流土和管涌［2-3］。

1　工程概況

1.1工程布置

擬建長江隧道盾構(gòu)接收井江北盾構(gòu)井段位于魯茲故居北側(cè)，盾構(gòu)接收井起點里程為RK2+711.2，終點里程為RK2+740.3，魯茲故居離基坑圍護外緣的距離約為20m。場區(qū)現(xiàn)狀地面標高約 25.45m，接收井長 43.7m×寬30.99m，距江北長江大堤約500m。因周邊環(huán)境變形監(jiān)測的需要，在盾構(gòu)接收井周邊共布設沉降監(jiān)測點11處，盾構(gòu)接收井位置及周邊建筑物沉降監(jiān)測點平面布置如圖1所示。

圖1　長江隧道江北盾構(gòu)接收井位置及周邊建筑物沉降監(jiān)測點平面布置圖

1.2工程地質(zhì)條件

江北盾構(gòu)接收井段各巖土層地層結(jié)構(gòu)及巖土工程特性見表1。盾構(gòu)井底部位于中密粉細砂層中，施工時，粉細砂層中承壓水對施工影響較大。其地層結(jié)構(gòu)為典型的二元地層結(jié)構(gòu)，上部以軟-可塑粘性土為主，具有中等-中等偏高壓縮性和較低強度特點，粘性土層及上覆人工填土層中賦存水量較小的上部滯水，下部以中密-密實粉細砂層為主，呈中等-低壓縮性、強度較好的特點。砂土層構(gòu)成了承壓水的含水層。

表1　地層結(jié)構(gòu)及工程特性表

2　盾構(gòu)接收井基坑支護設計與施工

2.1基坑支護體系

根據(jù)本段工程所處的周圍環(huán)境，按照當?shù)丶夹g(shù)標準《深基坑工程技術(shù)規(guī)定》［4］，基坑安全等級定為一級。圍護墻最大允許水平位移量≤40mm，抗隆起安全系數(shù)Ks≥1.5。由于周邊環(huán)境較為復雜且距盾構(gòu)井很近，盾構(gòu)井施工作業(yè)場地狹窄，不具備放坡開挖條件，同時作為盾構(gòu)進出工作井，其結(jié)構(gòu)必須滿足井壁支護及盾構(gòu)推進的后座強度的剛度要求，且盾構(gòu)井深達中密粉細砂層，已進入承壓含水層中，承壓含水層的水頭較高，該承壓水的處理方案是盾構(gòu)井基坑施工成敗的關鍵。

根據(jù)武漢市深基坑工程施工經(jīng)驗及長江I級階地地層特點，擋土結(jié)構(gòu)宜采用地下連續(xù)墻，順作法施工。地面標高約為25.45m，基坑實際開挖深度為21.555m，地下連續(xù)墻厚度0.8m，長度根據(jù)嵌入深度驗算采用34.5m（墻底標高-9.264m），地下連續(xù)墻采用C30鋼筋混凝土。在基坑深度范圍內(nèi)設1道冠梁及5道鋼支撐，冠梁尺寸為1500×900mm，鋼支撐采用Ф609mm鋼管，壁厚12mm。冠梁（地下連續(xù)墻）頂標高略低于地面，為25.236m，基坑底標高為3.895m?？又虚g沿寬度方向設置每層4根長達29.3m的Ф609mm鋼管對撐，下部采用6根立柱+鋼梁頂托，并輔以地下連續(xù)墻接縫處旋噴樁止水及中深井減壓降水的方法進行基坑施工?；又ёo體系平剖面如圖2、圖3所示。

圖2　盾構(gòu)井圍護體系平面布置圖

圖3　盾構(gòu)井圍護體系A-A剖面圖

2.2結(jié)構(gòu)計算

2.2.1計算模型

地下連續(xù)墻在施工階段作為圍護結(jié)構(gòu)承受側(cè)向水土壓力，運營階段地下連續(xù)墻與內(nèi)襯結(jié)構(gòu)作為重合結(jié)構(gòu)共同受力［5］。

2.2.2計算結(jié)果

地下連續(xù)墻的內(nèi)力計算結(jié)果如圖4所示。

圖4　地下連續(xù)墻施工期間內(nèi)力包絡圖

計算結(jié)果表明，基坑抗隆起安全系數(shù)為2.43＞1.5；抗?jié)B流安全系數(shù)為 2.7＞1.7；抗傾覆穩(wěn)定性安全系數(shù)為

1.44＞1.2。以上計算說明支護體系是安全和可靠的。但最大地表沉降為30mm，為了保證魯茲故居的安全，還須對魯茲故居進行加固 （采用高壓旋噴樁在接收井與故居間進行止水加固，實際效果良好，詳見相關文獻，文中不再贅述）。

2.3基坑防水及承壓水治理

漢口盾構(gòu)接收井基坑周邊均為建筑物，基坑底主要位于粉土、粉細砂等透水層中，與長江僅相距約500m，相互之間水力聯(lián)系緊密，承壓水頭較高。為確?；邮┕ぬ幱诟稍锏沫h(huán)境，同時達到控制地面沉降、保護建筑物及地下管線、降低造價的目的，施工中重點對側(cè)向滲水及地下承壓水進行了治理。

圖5　降水井及觀測井平面布置圖

對基坑側(cè)向防水處理采用地下連續(xù)墻接縫處旋噴樁止水的措施。地下連續(xù)墻的分幅處采用3根Ф600mm旋噴樁呈“品”字形布置止水（樁長同地下連續(xù)墻）。治理地下承壓水則采取在坑內(nèi)布置21口深度達35.5m的中深井進行減壓降水的方法。21口降水井及4口觀測井平面布置如圖5所示：

實踐證明，長江一級階地該地質(zhì)條件下適宜采用將地下連續(xù)墻接縫處止水與深井降水相結(jié)合的綜合性措施治理側(cè)向滲水和地下承壓水，該技術(shù)有效縮短了施工工期、控制了施工成本，創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟效益及社會效益。

3　盾構(gòu)接收井施工對周邊環(huán)境的影響

江北盾構(gòu)井基坑南側(cè)為魯茲故居（沉降監(jiān)測點編號為J1-*），3層磚木結(jié)構(gòu)，距基坑最近約20m；東側(cè)為鄱陽街小學分校 （沉降監(jiān)測點編號為J5-*），6層磚混結(jié)構(gòu)，距基坑最近僅2m；西側(cè)為居民小區(qū)（沉降監(jiān)測點編號為J2-*、J4-*），6層磚混結(jié)構(gòu)，距基坑最近約15m。上述建筑物基礎形式均為條形基礎。周邊建筑物沉降監(jiān)測點布置見圖1。沉降監(jiān)測成果曲線如圖6所示。

圖6建筑物各觀測點沉降曲線圖　

江北段盾構(gòu)井于2006年12月開始挖土施工并開啟降水井，2007年4月9日底板澆筑完畢，2007年4月28日關閉所有降水井，2007年5月16日側(cè)墻及中梁施工完畢滿足結(jié)構(gòu)抗浮后降水井全部封堵。從建筑物各監(jiān)測點沉降曲線可看出，自從基坑底板基坑澆筑完畢并養(yǎng)護達到一定的強度后，各建筑物角、邊變形觀測點的沉降速率明顯變小，并從2007年4月23日以后，各建筑物沉降趨于穩(wěn)定。

由圖6可知，2007年2月11日至18日西側(cè)民房監(jiān)測點J4-3、J4-4出現(xiàn)異常不均勻下沉，此現(xiàn)象的發(fā)生與2月9日基坑西南角地下連續(xù)墻接縫處突發(fā)滲漏有關，在對滲漏點進行緊急處理后，該建筑的沉降速率大幅降低并逐漸穩(wěn)定。

基坑南側(cè)的魯茲故居（距基坑約20m）因?qū)僦攸c保護單位事先進行了加固處理，沉降量較小，約20～45mm；西側(cè)的民房（距基坑約15m）因受地下連續(xù)墻滲漏影響，最終沉降量較大，在25～40mm和55mm～65mm之間；東側(cè)的鄱陽街小學因距離基坑支護體僅2m，受施工及降水影響最為顯著，最終沉降量約60～70mm。

根據(jù)長期跟蹤監(jiān)測，由于盾構(gòu)井基坑周邊密集分布各類建筑物（僅2～20m），盡管建筑物均出現(xiàn)了不同程度的沉降變形，但基坑施工并未造成建筑物結(jié)構(gòu)或功能上的破壞。

4　結(jié)束語

2008年5月，武漢長江隧道工程東、西線盾構(gòu)機陸續(xù)由江北段盾構(gòu)井出洞，從而順利實現(xiàn)了長江隧道主體工程的全線貫通。從現(xiàn)場施工及后期投入使用情況來看，該盾構(gòu)井施工方案取得了很好的效果，確保了施工期間基坑的穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)運行的安全。

長江一級階地因其特殊的地質(zhì)沉積環(huán)境造成了土體強度低、可壓縮性高、自穩(wěn)能力差等缺點，同時含水層復雜、地下水豐富等原因都使深基坑開挖及支護變得異常困難。從文中對江北盾構(gòu)井基坑工程的施工分析可以看出，地下連續(xù)墻起到了較好的擋土和防滲作用，結(jié)合鋼支撐限制了基坑的變形；同時由于盾構(gòu)井深達中密粉細砂層，已進入承壓含水層中，承壓含水層的水頭較高，采用將地下連續(xù)墻接縫處止水與深井降水相結(jié)合的綜合性措施治理側(cè)向滲水和地下承壓水，成為了盾構(gòu)井深基坑施工成敗的關鍵。從整體上講，上述一系列的支擋和止水措施在整個基坑工程建設中取得了明顯的效果，并確保了基坑施工的安全和穩(wěn)定，為長江一級階地其它深基坑工程設計和施工方案的選擇提供了有益的參考。

［1］劉世凱，徐凱燕，劉浩，周偉.長江中下游港口建設地質(zhì)環(huán)境評價［J］.地球科學，2001，26（4）：437-439.

［2］徐楊青，朱小敏.長江中下游一級階地地層結(jié)構(gòu)特征及深基坑變形破壞模式分析［J］.巖土工程學報，2006，28（增）：1974-1978.

［3］王翠英，馮曉臘，王繼偉.二元結(jié)構(gòu)中弱透水層基坑降水的水文地質(zhì)特性［J］.人民長江，2004，9（35）：27-29.

［4］武漢市建設管理委員會.《深基坑工程技術(shù)規(guī)定》（DB42/159-1998）［S］.1997.

［5］深基坑工程設計施工手冊［M］.龔曉南主編.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1998，74-137.