鐘文京，權(quán)永華，毛亞軍，黃思宇，朱考飛，張可能

（1.中建隧道建設有限公司，重慶401320；2.中南大學地球科學與信息物理學院，長沙410083；3.有色金屬成礦預測與地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測教育部重點實驗室（中南大學），長沙410083）

1 引言

我國的地鐵建設速度驚人，截至2018年底，全國大陸運營軌道交通線路185條，運營總里程5 761.4km；預計到2020年，全國地鐵總里程將達到6 000km【1】。緊鄰建（構(gòu)）筑物的地鐵施工是工程中的重難點，尤其在軟巖、砂層等水敏性地層中，地層穩(wěn)定性對含水量敏感，易發(fā)生變形破壞。板巖作為一種典型的軟巖，分布廣泛，通常具有密集板狀劈理【2】；組成成分以黏土礦物為主【3】。板巖的成分及結(jié)構(gòu)使得其易發(fā)生軟化崩解，體積膨脹，力學性質(zhì)顯著劣化【4】。在地鐵施工中，板巖地層的基坑施工常面臨遇水敏感、施工控制困難等問題，部分學者開展了相關(guān)研究。崔凱等【5】等通過室內(nèi)水巖作用試驗，揭示了水巖作用下板巖的劣化規(guī)律，探討了板巖的劣化機理。張可能等【6】對某泥質(zhì)板巖基坑工程進行了支護設計優(yōu)化研究與變形判定分析，通過實際應用驗證了優(yōu)化方案的可行性。鄭邦友等【7】對某車站強風化板巖地層基坑施工技術(shù)進行了研究。龍海濱【8】針對某基坑板巖地層特點，對深基坑的支護參數(shù)進行優(yōu)化研究。風化板巖基坑由于工程條件差異，風化板巖地層性質(zhì)及其對支護結(jié)構(gòu)施工工藝的影響有待進一步研究。

本文基于長沙地鐵5號線水渡河站基坑施工，通過分析風化板巖地層水敏性特性及其對基坑施工的影響，總結(jié)了基坑鉆孔灌注樁施工工藝。

2 工程概況

長沙地鐵5號線一期工程設18座車站，均為地下車站，水渡河站為該線路最北端的車站，位于萬家麗北路與蟠龍路交叉口，車站呈南北向布置，為地下2層島式站臺車站，外包總長477.26m，標準段寬20.7m。車站基坑采用φ1 000mm鉆孔樁+內(nèi)支撐的支護方式。車站標準段基坑深度約為18.26m，圍護結(jié)構(gòu)入土深度最深達23.8m。車站兩端均為盾構(gòu)始發(fā)井，共計4臺盾構(gòu)先后始發(fā)，工程量大、施工工期緊張，是全線控制性工點。

車站北端東側(cè)為興隆麗景的地塊，南端西側(cè)為榮盛花語城地塊?；邮┕み^程中需要重視變形控制，防止臨近建（構(gòu)）筑物出現(xiàn)變形。車站主體結(jié)構(gòu)施工范圍內(nèi)管線繁雜，主要有雨污水、給水、燃氣、電力、軍纜、弱電、路燈等管線，大部分為埋地敷設，需要控制基坑側(cè)壁變形以防止管線破損。

3 地質(zhì)條件分析

3.1 車站基坑地質(zhì)條件

水渡河站基坑所處地層由上至下為第四系沖積層、全風化板巖、強風化板巖、中風化板巖。全風化板巖為泥質(zhì)成分，巖石風化近土狀，原巖結(jié)構(gòu)較清晰，大部分礦物已風化變質(zhì)，節(jié)理裂隙很發(fā)育，巖塊用手可捏碎。強風化板巖為變余泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯較破碎，呈碎塊狀及短柱狀，為極軟巖，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ類。中風化板巖為變余泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，為軟巖，巖體質(zhì)量等級為Ⅳ類。據(jù)巖礦鑒定報告，中風化板巖主要由黏土礦物組成，含少量微粒石英+石英粉砂，風化蝕變強烈，結(jié)構(gòu)松散。風化板巖相關(guān)測試參數(shù)見表1。

表1風化板巖物理力學性質(zhì)

3.2 風化板巖地層水敏性分析

未分化的板巖結(jié)構(gòu)致密，強度較高。隨著風化程度的加深，風化板巖的巖體結(jié)構(gòu)逐漸劣化，巖石中的孔隙逐漸增多，礦物膠結(jié)作用弱化，且風化蝕變作用導致部分礦物變質(zhì)，巖石進一步劣化。在干燥環(huán)境中，風化板巖自穩(wěn)性較好，遇水后強度將急劇下降，其原因主要是孔隙發(fā)育風化板巖易吸收水分。水體進入巖石中會和黏土礦物直接作用，部分黏土礦物（如伊利石等）遇水膨脹，水進入結(jié)構(gòu)單元層之間，巖石膠結(jié)作用隨之弱化。風化板巖長時間與水作用，表面及裂隙面出現(xiàn)泥化現(xiàn)象，巖體質(zhì)量降低，巖體孔隙裂隙逐步擴張，在基坑土石方開挖中易出現(xiàn)變形過大。

在車站基坑施工現(xiàn)場取得風化板巖樣品，對巖樣分別進行烘干、自然風干或保持其天然狀態(tài)等處理，然后放入水中靜置進行崩解軟化實驗，記錄崩解時間。并制備柱狀巖樣測試軟化系數(shù)，試驗結(jié)果如表2所示。

表2風化板巖巖樣崩解試驗結(jié)果

風化板巖地層穩(wěn)定性差，水理性質(zhì)、大變形特性極不利于地鐵工程建設。板巖具有明顯各向異性，遇水后極易發(fā)生明顯的軟化崩解，崩解指數(shù)與風化程度呈正相關(guān)；穩(wěn)定性隨含水量的增大而減小。試驗發(fā)現(xiàn)板巖越干燥，其遇水崩解效應越強，軟化系數(shù)越小，巖體長時間暴露干燥后遇水易在短時間內(nèi)完全崩解。在車站基坑開挖施工過程中，風化板巖極易產(chǎn)生遇水軟化崩解，發(fā)生大變形破壞甚至坍塌，由此引發(fā)強烈地層擾動，導致地表不均勻沉降；進而可能導致周邊地下管線損壞，建（構(gòu)）筑物傾斜變形甚至倒塌，嚴重危害地鐵施工及周邊建構(gòu)筑物安全。

在基坑土方開挖的過程中，應加快施工進度，風化板巖暴露后及時處理。在長時間降雨天氣施工時，需用防水篷布等材料盡量隔絕雨水對地層的沖刷，盡量控制風化板巖遇水軟化，避免出現(xiàn)基坑內(nèi)部坍塌掉塊等事故?；邮┕み^程中需要重視降水排水防水作業(yè)，降雨時及時抽排積水。

4 風化板巖灌注樁施工技術(shù)

水渡河車站基坑車站大部分處于風化板巖地層，基坑支護設計采用正循環(huán)鉆孔灌注樁，樁凈長為21m左右，嵌固深度為3m左右，樁徑1m。由于風化板巖遇水軟化強烈，采用清水鉆進易導致鉆孔地層軟化變形。工程中通過在施工場地設置造漿池，采用純堿配合膨潤土制備泥漿，根據(jù)施工工藝以及施工穿越土層情況，泥漿配比選用1.10，稠度為20。應用效果顯示泥漿成膜作用好，泌水率低，對于潤滑鉆頭及穩(wěn)定孔壁具有良好的效果。泥漿護壁成孔時采用孔口護筒，護筒采用8mm厚鋼板制作，內(nèi)徑大于鉆頭直徑，并在上部開設了2個溢漿孔，施工期間護筒內(nèi)的泥漿始終高出地下水位1m以上，清孔過程中置換泥漿的設備不斷運轉(zhuǎn)，直至灌注水下混凝土。

在灌注混凝土前，經(jīng)孔底測量，孔底500mm以內(nèi)的泥漿相對密度為1.15，含砂率為6%。鉆頭進入中風化板巖時，鉆速調(diào)至慢擋并安裝導正裝置，經(jīng)現(xiàn)場實踐表明可有效防止孔斜。在施工過程中嚴格控制了鉆進的沖擊時間間隔以保障成孔質(zhì)量，并在施工時綜合考慮地層巖土情況，調(diào)整鉆進深度。

5 結(jié)語

風化板巖具有明顯的水敏性，遇水后極易發(fā)生軟化崩解，且崩解作用與風化程度呈正相關(guān)，巖石結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性隨含水量的增大而減小，且板巖越干燥，其水敏性越強，軟化系數(shù)越小。在基坑施工中，需要重視地下水對風化板巖的影響，防止出現(xiàn)巖體軟化變形。長沙地鐵5號線水渡河站基坑灌注樁施工中，針對風化板巖地層的水敏性特性，配置專用泥漿解決了因其水敏性造成的鉆進困難問題。本基坑鉆孔灌注樁的相關(guān)施工工藝可供相似的項目參考。