姜 皓 （中交隧道工程局有限公司，北京 100102）

0 前言

隨著社會(huì)的快速發(fā)展，地下空間也被充分地利用起來(lái)，地下工程的開(kāi)發(fā)與建設(shè)正如火如荼地進(jìn)行，其中，地下交通也成了城市發(fā)展中的關(guān)鍵之處，但地鐵軌道建設(shè)中的地理?xiàng)l件對(duì)工程安全性的影響也隨之暴露出來(lái)[1-2]。本工程的哈爾濱地鐵三號(hào)線地處富水砂層[3-4]，地鐵車站基坑深，水位高，四周緊鄰老舊的歷史建筑、住宅樓及商場(chǎng)，車流和人流密集，因此，如何制定深基坑降水方案及施工措施是本工程面臨的重大難題之一。

近年來(lái)，許多學(xué)者已經(jīng)對(duì)地處富水砂層地鐵車站的深基坑地下水處理方案進(jìn)行了缺陷量分析。智慧淵[5]和周紅波[6]等人通過(guò)分析基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻的滲漏和涌沙涌水等事故的原因和后果，提出了針對(duì)性的防治措施，為相似的工程施工提供了參考。張瑾[7]通過(guò)分析上海市地鐵發(fā)生基坑滲漏的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、變形規(guī)律等，得出了其變形原理，提出了相應(yīng)的治理措施和建議。熊仲明等人[8]針對(duì)富水砂層地區(qū)盾構(gòu)井加固問(wèn)題，采用MJS工法樁進(jìn)行加固，并數(shù)值模擬分析，結(jié)果表明，MJS樁在該工況下的應(yīng)用效果較好，可應(yīng)用在其他相似地區(qū)。張子新[9]和梁利[10]等人研究了MJS工法的技術(shù)背景、原理和施工參數(shù)等，結(jié)果表明，相對(duì)于傳統(tǒng)工法，MJS工法有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)基坑和支護(hù)結(jié)構(gòu)的加固，并大幅度地減少對(duì)周邊土體的擾動(dòng)，值得類似重要工程借鑒和應(yīng)用。王中兵[11]針對(duì)厚砂層導(dǎo)孔而孔壁不穩(wěn)及易出現(xiàn)埋鉆等現(xiàn)象，提出了對(duì)MJS工法半圓樁作為地下連續(xù)墻外側(cè)的止水帷幕施工工法的改進(jìn)措施，推動(dòng)了MJS工法在較厚砂層或超深區(qū)域止水帷幕施工中的發(fā)展。

綜上所述，對(duì)于富水砂層地區(qū)圍護(hù)結(jié)構(gòu)地連墻深基坑降水問(wèn)題，本工程進(jìn)行了相應(yīng)的降水方案設(shè)計(jì)，并應(yīng)用MJS工法樁處理地連墻接縫處地下水的滲漏問(wèn)題，為相似的富水砂層施工設(shè)計(jì)提供參考。

1 工程簡(jiǎn)介

1.1 工程概況

本工程以哈爾濱軌道交通3號(hào)線二期工程為項(xiàng)目背景，全長(zhǎng)138m。其中靖宇五道街站位于道外區(qū)，位于靖宇街上，東西方向沿街布置。該車站位于松花江階地與松花江漫灘地貌單元上，地基土呈不均勻性分布，土壤性質(zhì)差異明顯，地層富水性好，透水性強(qiáng)，地下水位高；車站四周建筑物分布緊密，人流、車流較為密集，周邊環(huán)境極其復(fù)雜。

本項(xiàng)目的深基坑采用蓋挖順作法施工，其開(kāi)挖深度達(dá)到25.9m，其圍護(hù)結(jié)構(gòu)由67幅地下連續(xù)墻和5道豎向支撐組成，其中地連墻厚度為800～1000mm，43-44m深；第一、三道混凝土支撐，其余用Φ609鋼支撐。地連墻兩側(cè)采用高壓旋噴樁做隔離樁，在基坑范圍內(nèi)平均分布兩排大口井點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)坑內(nèi)降水。車站結(jié)構(gòu)范圍圖如圖1所示。

圖1 車站結(jié)構(gòu)范圍圖

1.2 水文地質(zhì)條件

本工程位于松花江漫灘，地下水埋藏淺，含水量豐富。其中，地下水主要為孔隙潛水及孔隙承壓水?？紫稘撍跻?jiàn)水位埋深較淺，主要賦存于第四系全新統(tǒng)沖積層中（2-4）層中砂、（2-4-1）層礫砂、（2-4-3）層粉砂中，該處的含水層厚度約為17m，隔水時(shí)的黏土為（7-1）層黏土；下部孔隙內(nèi)承壓水埋深較深，主要賦存于第四系下更新統(tǒng)東深井組冰水堆積層中（7-1-2）層粉砂、（7-1-3）層中砂、（7-2）層中砂、（7-2-1）層礫砂、（7-2-3）層粉砂層中；另外，場(chǎng)地底部的基巖內(nèi)還會(huì)儲(chǔ)備一些小塊的基巖裂隙水。場(chǎng)區(qū)各土層滲透系數(shù)見(jiàn)表1。

土層滲透系數(shù) 表1

2 地下水控制重難點(diǎn)分析

本工程位于松花江漫灘區(qū)，地層多為富水砂層，具有透水性好、地下水位高等特點(diǎn)，且基坑較深、水頭大，如何控制地下水是該工程面臨的主要問(wèn)題。故對(duì)本工程降水難點(diǎn)進(jìn)行分析總結(jié)，結(jié)果如下：

①基坑北側(cè)緊鄰松花江，松花江增強(qiáng)了基坑地下水的滲漏，加大了深基坑降水的難度，此外，基坑降水井較深、單井的出水量大，故如何設(shè)計(jì)降水井的井深、間距、井徑等參數(shù)保證基坑降水效果是本工程的難點(diǎn)；

②由于采取坑內(nèi)降水，故基坑開(kāi)挖后基坑內(nèi)外水頭差大，而且地層多為富水砂層，地下水補(bǔ)給充分，水力聯(lián)系緊密，基坑降水相對(duì)困難，一旦地連墻接縫位置止水效果不佳，在外部水頭壓力作用下，地下水將攜砂土顆粒流入基坑，造成土體損失，導(dǎo)致基坑變形，甚至發(fā)生基坑滲流、突涌等災(zāi)害；

③本工程周邊環(huán)境復(fù)雜，周邊建（構(gòu)）筑物距離基坑最近約1.96m，基坑降水容易導(dǎo)致周邊建筑產(chǎn)生不均勻沉降[8]，降水過(guò)程中如何有效地控制降水對(duì)周邊環(huán)境的影響并應(yīng)對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲漏也是本工程的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

3 基坑降水設(shè)計(jì)

3.1 基坑涌水量估算

本工程基坑降水主要針對(duì)的是第四系孔隙潛水和底部承壓水，由于基底相對(duì)隔水層較薄弱，底部承壓水易引起基坑突涌，必須進(jìn)行減壓降水?；佑克康挠?jì)算公式見(jiàn)式1和式2。

經(jīng)計(jì)算可知，本工程潛水總涌水量為20592.4m3/d，承壓水總涌水量為10412.3m3/d，基坑涌水量大，地下水對(duì)施工有很大影響。

3.2 降水井深度及單井出水能力計(jì)算

通過(guò)基坑底部的深度、降水的深度、含水層的埋藏分布、地下水類型、降水井設(shè)備以及降水期間的地下水情況等，可計(jì)算降水井深度，計(jì)算公式見(jiàn)式3，單井涌水量計(jì)算公式見(jiàn)式4。

經(jīng)計(jì)算可知，標(biāo)準(zhǔn)段降水井深度約34.9m，端頭段降水井深度約35.4m，單井用水量為1664.5m3/d。

由于地層差異性和成井質(zhì)量均會(huì)影響基坑實(shí)際出水量，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)結(jié)果，考慮群井抽水的影響，本工程設(shè)計(jì)單井涌水量取為1400m3/d。

3.3 降水井?dāng)?shù)目計(jì)算

①單井出水?dāng)?shù)

經(jīng)計(jì)算在基坑內(nèi)部需要設(shè)置的降水井?dāng)?shù)為27口。

②坑內(nèi)疏干降水深井?dāng)?shù)

其中，a為單井有效疏干面積，根據(jù)本工程的地質(zhì)條件，取為200m2。經(jīng)計(jì)算可得，坑內(nèi)疏干降水深井?dāng)?shù)為18口。

結(jié)合3號(hào)線二期類似車站多次發(fā)生止水帷幕漏水的現(xiàn)狀，為確保本工程的降水順利，故降水井?dāng)?shù)目取19口。

4 MJS工法接縫止水方案

本工程的靖宇五道街站處于全線環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)最高的區(qū)段，鄰近松花江富水砂層地質(zhì)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)地連墻極易發(fā)生涌水涌砂質(zhì)量事故，且大部分涌水涌砂發(fā)生于地連墻接縫位置。因此，提高接縫止水質(zhì)量至關(guān)重要。根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，本工程采用單根大直徑半圓形MJS樁替代三根“品”字型常規(guī)旋噴樁，力求增大加固體截面積的同時(shí)提高成樁質(zhì)量。

4.1 MJS工法簡(jiǎn)介

MJS（Metro Jet System）工法，是在高壓噴射注漿法的基礎(chǔ)上，通過(guò)特別的多孔管和前端強(qiáng)制吸漿設(shè)備，在孔內(nèi)強(qiáng)制排漿，有效進(jìn)行基坑底部排泥和控制基坑壓力[9]，避免在施工過(guò)程中產(chǎn)生地表變形，如圖2所示。與原有的高壓噴射工藝對(duì)比可知，MJS工法能有效控制地內(nèi)應(yīng)力，同時(shí)在較深地層下能保證旋噴樁樁徑，確保加固樁體質(zhì)量[8]。此外，MJS工法能夠明顯減小對(duì)周邊環(huán)境的擾動(dòng)，避免出現(xiàn)擠土效應(yīng)，有效避免施工中的地面的變形、周邊建筑產(chǎn)生裂縫和發(fā)生微小位移等情況。

圖2 MJS工法與傳統(tǒng)旋噴工藝對(duì)比示意圖

4.2 MJS工法施工方案

4.2.1 MJS設(shè)計(jì)方案

本工程靖宇五道街站地連墻外側(cè)采用Φ800@550旋噴樁槽壁加固，旋噴樁外放量200～300mm，加固范圍的地連墻接縫處MJS樁的施工步驟：①地連墻的接縫位置均打入1根直徑為2000 mm的MJS樁，樁長(zhǎng)37m，樁中心距地連墻的外邊線600mm，在旋噴樁位置引孔，通過(guò)180°噴射完成樁體切割，從而得到半圓形樁體；②為確保順利下鉆，先進(jìn)行引孔并下放護(hù)筒，引孔深度為39m，樁體噴射范圍為地下2～39m。非加固處地連墻接縫MJS實(shí)施方案與加固處的區(qū)別之處：MJS樁中心偏移地連墻外線700mm。MJS樁布置圖如圖3所示。

圖3 MJS樁布置圖

4.2.2 MJS施工流程

MJS施工工藝如圖4所示。重點(diǎn)控制質(zhì)量的措施有：①在下放和提升MJS樁時(shí)，使螺桿勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，下鉆和提升保持速度不變；②嚴(yán)格按照要求進(jìn)行水泥漿配比，為防止?jié){液離析，水泥漿放置時(shí)間最長(zhǎng)不多于2h；③使用定位卡，以確保樁位的準(zhǔn)確性和垂直度，在進(jìn)行引孔和鉆孔時(shí)，需時(shí)刻調(diào)整樁機(jī)水平，以免由于施工過(guò)程中的機(jī)械對(duì)土體產(chǎn)生振動(dòng)或地面的濕陷而使鉆孔的垂直度產(chǎn)生過(guò)大誤差；④選用直徑Φ150mm引孔進(jìn)行成孔，以便安放注漿管，巖芯管的長(zhǎng)度至少為2.0m。通過(guò)砂層時(shí)，采用濃泥漿護(hù)壁成孔，必要時(shí)使用套管進(jìn)行護(hù)壁，避免孔洞塌陷。

圖4 MJS施工工藝流程圖

4.2.3 MJS施工難點(diǎn)及處理措施

①本工程周圍環(huán)境較多樣，道路交通繁忙，基坑與周邊建筑物距離較近，基坑的開(kāi)挖等級(jí)為一級(jí)，保護(hù)要求高。

處理措施：施工前，進(jìn)行試樁；施工過(guò)程中嚴(yán)格控制地內(nèi)壓力，以確保倒吸泥漿管道的通暢；局部采用跳孔施工，避免連續(xù)性施工時(shí)局部區(qū)域產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中現(xiàn)象。

②MJS施工區(qū)域距離周邊建筑物過(guò)近，且為已施工高壓旋噴槽壁加固區(qū)域。

處理措施：地下2m不進(jìn)行噴漿作業(yè)，以防止地表因地下壓力變化而隆起；采用專用引孔設(shè)備WD112E型機(jī)，并結(jié)合直徑達(dá)Φ220的鋼套管進(jìn)行引孔，引孔垂直度高，具體施工設(shè)備如圖5所示。

圖5 定位照片及鉆機(jī)引孔設(shè)備

5 結(jié)論

本文以哈爾濱市軌道交通3號(hào)線靖宇五道街站為背景，介紹了富水砂層條件下基坑降水方案、施工工藝及質(zhì)量控制重難點(diǎn)等，可有效地保證基坑降水的安全性，得到的結(jié)論如下：

①本工程的靖宇五道街站分布在松花江階地和松花江漫灘地貌單元上，基坑處于富水砂層，周邊環(huán)境復(fù)雜，依據(jù)施工組織設(shè)計(jì)的要求應(yīng)進(jìn)行平整現(xiàn)場(chǎng)、疏散交通，并秉持“先地下、后地上”的準(zhǔn)則，做好地上和地下水、電力、通訊等管線的鋪設(shè)工作；

②本工程采用止水帷幕+管井降水+明排的方式控制地下水，通過(guò)計(jì)算基坑涌水量，設(shè)計(jì)了降水井?dāng)?shù)目、水泵型號(hào)和降水井布置方式，保證了基坑內(nèi)部降水安全；

③本工程采用MJS工法，進(jìn)行基坑圍護(hù)地連墻接縫處止水處理，能有效控制由于噴射攪拌而產(chǎn)生的地表塌陷、鼓起等現(xiàn)象，大幅度減小對(duì)周邊土體的擾動(dòng)。