劉康 LIU Kang

（中鐵十四局，濟(jì)南 250000）

0 引言

濟(jì)南市作為泉城馳名中外，獨(dú)特的地質(zhì)條件形成獨(dú)特的城市。近年來隨著各城市軌道交通的蓬勃發(fā)展，濟(jì)南市軌道交通起步較晚，獨(dú)特的地質(zhì)條件更是增加了城市軌道交通的建設(shè)難度。城市軌道交通作為地下空間的開發(fā)的重要組成部分，對(duì)城市的地下空間建設(shè)具有探索指導(dǎo)意義。盡管濟(jì)南地區(qū)泉水成因各學(xué)術(shù)專業(yè)未達(dá)成共識(shí)，但濟(jì)南復(fù)雜的地質(zhì)條件及獨(dú)特地形已是公認(rèn)的事實(shí)。泉城地質(zhì)條件富水且地下水流速快、補(bǔ)給快，地層地質(zhì)既有過水通道又有隔水層。濟(jì)南有作為山東省省會(huì)城市，城市管線復(fù)雜，如各鐵路線電力線、通訊線、國防光纜、給水、燃?xì)獾雀鞣N管線，地下空間開發(fā)必然面臨諸多問題。在濟(jì)南這種復(fù)雜的泉域地質(zhì)條件下，深基坑工程必然面臨基坑涌水、常規(guī)圍護(hù)結(jié)構(gòu)缺陷等技術(shù)難點(diǎn)，本文通過濟(jì)南地鐵R1線大楊站深基坑工程出現(xiàn)的相關(guān)問題及解決技術(shù)措施進(jìn)行總結(jié)分析，希望對(duì)相關(guān)地質(zhì)條件下深基坑施工提供一定的借鑒意義。

1 工程簡介

1.1 總體概況 大楊莊站總長514m，標(biāo)準(zhǔn)段寬22.7m，盾構(gòu)井段寬27m，換乘節(jié)點(diǎn)段寬40.7m。車站標(biāo)準(zhǔn)段基坑深16.4m，坑底位于細(xì)砂層或卵石層，采用明挖順做法施工，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用套管咬合樁；換乘節(jié)點(diǎn)段基坑深27m，坑底位于粉質(zhì)粘土層，采用明挖順做法施工，圍護(hù)結(jié)構(gòu)選用1000mm厚地下連續(xù)墻。

1.2 水文地質(zhì)情況 大楊站處于濟(jì)南濟(jì)西水源地臘山片區(qū)，周圍地下水豐富，為濟(jì)南泉水補(bǔ)給地。大楊站地質(zhì)情況揭露依次為①1雜填土①2素填土⑦黃土⑧粉質(zhì)粘土⑧1卵石⑧2細(xì)砂⑧3粉土⑧4粘土⑩粉質(zhì)粘土⑩1卵石⑩2細(xì)砂⑩4粘土1○粉質(zhì)粘土1○1卵石1○2中砂11○4粘土；由于濟(jì)南巖溶水的頂托補(bǔ)給作用，在⑩粉質(zhì)粘土中形成了一系列的水流通道，使得⑩粉質(zhì)粘土孔隙比進(jìn)一步增大，滲透性增強(qiáng)。在⑩粉質(zhì)粘土原始結(jié)構(gòu)未受擾動(dòng)時(shí)，由于鐵質(zhì)氧化物的膠結(jié)作用，⑩粉質(zhì)粘土具有較高的力學(xué)強(qiáng)度和較低的壓縮性，力學(xué)性質(zhì)相對(duì)較好，較適宜作為基礎(chǔ)持力層。然而一旦⑩粉質(zhì)粘土的原始結(jié)構(gòu)被擾動(dòng)或受水浸泡軟化、膨脹，其力學(xué)性質(zhì)會(huì)迅速降低。車站地下水位埋深4m-8m。

1.3 復(fù)雜管線 大楊站南端頭位于經(jīng)十路與齊魯大道交叉口，管線錯(cuò)綜復(fù)雜，主要管線有110kV電力管溝、1000mm給水管、400mm給水管（共計(jì)5條）、1000mm雨水管等若干；1號(hào)風(fēng)亭基坑平面面積3000m2，異形超大基坑，管線有220kV電力拉管（京滬高鐵線），橫跨基坑，埋深3.5m-7.1m，無法遷改。

2 特殊泉域條件下深基坑技術(shù)難題及處理措施

面對(duì)以上復(fù)雜條件，針對(duì)泉城的保泉要求，提出了總體采用“排、灌、堵、疏、導(dǎo)、凍、平”的綜合保泉處理技術(shù)。排：基坑降排水，基坑盡量采用淺埋方式，減少基坑降水排水量；

灌：采用回灌技術(shù)，基坑降水采用一體化回灌，保證回灌率80%以上；

堵：采用注漿封堵基底等，保障基坑安全開挖，減少抽排水；

導(dǎo)：基底碎石+土工布換填，保障結(jié)構(gòu)完成后基底泉水流動(dòng)疏導(dǎo)暢通；

凍：采用液氮凍結(jié)、鹽水凍結(jié)技術(shù)處理關(guān)鍵部位（聯(lián)絡(luò)通道、盾構(gòu)接收、1號(hào)風(fēng)亭圍護(hù)結(jié)構(gòu)止水帷幕缺口），保障盾構(gòu)安全接收及基坑安全開挖，降低對(duì)泉水水質(zhì)的污染；

平：基坑中板采用水中接收、平衡內(nèi)外水頭，減少抽排水量；凍結(jié)基坑采用分層分步降水，有效保護(hù)泉水水質(zhì)、平衡降水量與凍結(jié)壁消融關(guān)系。

2.1 泉域富水地層及復(fù)雜管線條件下深基坑施工技術(shù)問題及解決方法

技術(shù)難題1：粉質(zhì)黏土層透水性強(qiáng)、隔水效果差，造成基坑降水難度大基底大量涌水。

解決方法及不足：傳統(tǒng)鉆孔灌注樁+旋噴樁止水帷幕變更為全套管咬合樁或地下連續(xù)墻形式。采用咬合樁、地下連續(xù)墻所取得一定效果，但須重點(diǎn)關(guān)注樁身插入比與基坑降水內(nèi)在聯(lián)系。例如：換乘點(diǎn)地下連續(xù)墻插入比較大、基坑深26.5m，基坑降水較少；標(biāo)準(zhǔn)段咬合樁插入比不足，未有效隔離承壓水，基坑降水量大且降水困難。

技術(shù)難題2：盾構(gòu)接收加固區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，存在砂卵石層，由于管線等環(huán)境條件無法有效加固接收區(qū)，盾構(gòu)接收安全風(fēng)險(xiǎn)大。

解決方法：液氮垂直凍結(jié)+車站水下接收綜合方法；液氮垂直凍結(jié)解決洞門破除安全性及時(shí)效性優(yōu)點(diǎn)；車站中板水下接收解決接收安全風(fēng)險(xiǎn)，但注意車站結(jié)構(gòu)支撐體系、防水體系處理。

技術(shù)難題3：重要管線原位保護(hù)對(duì)富水地層深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)止水結(jié)構(gòu)影響，圍護(hù)結(jié)構(gòu)不能全封閉，基坑止水結(jié)構(gòu)封閉困難，存在基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)缺口，存在基坑涌水涌沙基坑坍塌風(fēng)險(xiǎn)。

解決方法：整體圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻，管線缺口采用高配筋鉆孔灌注樁+地表深孔注漿、缺口鹽水垂直凍結(jié)止水技術(shù)解決問題。

2.2 特殊地質(zhì)基底涌水問題及解決方法

大楊莊站基坑底部位于砂卵石地層，為透水層，砂卵石層上層、下層均為粉質(zhì)粘土層，土層物力性質(zhì)較好，在傳統(tǒng)意義上為隔水層。但在實(shí)際基坑開挖過程中，粉質(zhì)粘土層在地下承壓水作用下，形成豎向過水通道，無法有效阻隔下部承壓水，基底出現(xiàn)涌水現(xiàn)象。且粉質(zhì)粘土在地下水浸泡和施工擾動(dòng)作用下性質(zhì)變差，呈泥漿狀態(tài)，給基坑土方開挖、外運(yùn)造成較大困難。

鉆孔灌注樁在砂卵石地層施工難度大，且易產(chǎn)生塌孔、縮頸等問題。

高壓旋噴在砂卵石地層易產(chǎn)生流漿、串漿的現(xiàn)象，浪費(fèi)大量原材且難以連接成整體，孔隙較多，無法發(fā)揮止水的效果。

例如：大楊莊站某出入口圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁+高壓旋噴樁施工?；自O(shè)計(jì)有1個(gè)局部深2m集水坑，位于砂卵石地層，在開挖過程中出現(xiàn)涌水，且水中夾雜泥沙，因涌水量大，且水具有承壓性，造成工期多次延后；后增加基底旋噴樁封底或袖閥管，取得較好效果，順利完成結(jié)構(gòu)施工，但工期比計(jì)劃延期6個(gè)月。

同區(qū)域位置采用鉆孔灌注樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)基底出現(xiàn)大面積涌水現(xiàn)象。經(jīng)過先期對(duì)大楊站水文地質(zhì)的深入了解和勘測，大楊站圍護(hù)結(jié)構(gòu)換乘點(diǎn)采用地下連續(xù)墻，標(biāo)準(zhǔn)段個(gè)全套管咬合樁，基本解決基底大面積涌水現(xiàn)象。

大楊莊站換乘點(diǎn)基坑深27m，采用地下連續(xù)墻作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，插入比為17/27=0.63，基坑封閉性較好，止水效果明顯，降水量較少；標(biāo)準(zhǔn)段采用咬合樁作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，插入比為8/17=0.53，基坑封閉效果較好，但由于樁身插入比不足，粉質(zhì)黏土透水性強(qiáng)存在豎向過水通道等原因?qū)е虏荒苡行Ц綦x卵石層承壓水，基坑降水量大且降水困難，降水成本加大。

對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在濟(jì)南泉域地層中設(shè)計(jì)插入比適當(dāng)增加有助于減少施工成本進(jìn)而減少項(xiàng)目總成本。

3 關(guān)鍵施工技術(shù)應(yīng)用

3.1 復(fù)雜管線條件下液氮垂直凍結(jié)、車站中板盾構(gòu)水中接收綜合施工技術(shù)

大楊莊站接收加固區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，存在砂卵石層，旋噴樁加固效果不理想，現(xiàn)場對(duì)區(qū)間接收端頭兩個(gè)洞門進(jìn)行水平探孔檢查，洞門出現(xiàn)涌水涌沙現(xiàn)象；

大楊莊站盾構(gòu)接收端上方管線眾多，錯(cuò)綜復(fù)雜，有①2.1*2.0m電力管溝，埋深2m，內(nèi)有110kV高壓線3根，10kV高壓線20根；②直徑1000mm高壓供水管，埋深1.5m；③直徑1000mm雨水管，埋深1.5m；④通信管線，埋深1.2m，不滿足地面重新施做樁墻等加固條件。

大楊莊站位于濟(jì)西水源地，地下水異常豐富為保障盾構(gòu)安全順利接收，經(jīng)各參建方論證采用液氮垂直凍結(jié)、車站中板水中接收綜合施工技術(shù)。預(yù)先對(duì)工作井基坑連續(xù)墻外側(cè)一定范圍內(nèi)的含水地層進(jìn)行加固，使之具有一定的強(qiáng)度和封水性，且具有一定承載作用。洞門破除時(shí)可確保地層穩(wěn)固，降低地層涌水涌沙、坍塌等風(fēng)險(xiǎn)。

因盾構(gòu)機(jī)接收位于中板上方，在車站中板結(jié)構(gòu)上增加一圈擋水墻作為蓄水池，為水中接收提供條件。為增加中板承載力，在中板下施做14根1000mm*1000mm方形支撐柱，保證接收時(shí)車站結(jié)構(gòu)安全。盾構(gòu)機(jī)在出洞過程中，及時(shí)調(diào)整蓄水池液位，保持端頭內(nèi)外水土平衡，避免涌水涌沙，為盾構(gòu)安全接收提供保障。盾構(gòu)機(jī)車站中板接收結(jié)構(gòu)斷面如圖1所示。

圖1 盾構(gòu)機(jī)中板接收斷面圖

3.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)缺口處理施工技術(shù)

3.2.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)缺口問題

大楊站水文地質(zhì)條件復(fù)雜，周邊管線及其重要，涉及全市60%以上供水、京滬高鐵供電、區(qū)域干線光纜、周邊軍用光纜。更重要的是基坑深度27m，基坑距運(yùn)營的京滬高鐵不足80m，幾乎在本地區(qū)無類似深度基坑經(jīng)驗(yàn)可循。

例如：2017年9月21日，基坑發(fā)生涌水事故，造成大量財(cái)產(chǎn)損失。發(fā)生的原因?yàn)樯奥咽胺凵暗貙右Ш蠘杜c地下連續(xù)墻接縫存在10cm縫隙，開挖后造成涌水。

3.2.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)缺口采用垂直凍結(jié)解決電力管線原位保護(hù)施工技術(shù)

大楊莊附屬結(jié)構(gòu)1號(hào)風(fēng)亭上方管線橫跨基坑，且埋深較深，深度7.1m。圍護(hù)結(jié)構(gòu)不能全封閉，極易導(dǎo)致開挖過程中出現(xiàn)涌水涌沙、基坑坍塌的風(fēng)險(xiǎn)，威脅京滬高鐵運(yùn)行安全；采取方案為整體圍護(hù)采用地下連續(xù)墻，管線缺口采用高配筋鉆孔灌注樁+地表深孔注漿、鹽水垂直凍結(jié)技術(shù)解決止水問題。設(shè)計(jì)平面布置如圖2所示，現(xiàn)場電力保護(hù)套管安裝實(shí)景如圖3所示。

圖2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)缺口處平面設(shè)計(jì)

圖3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)缺口處管線原位保護(hù)

每側(cè)將3根1.2m樁基護(hù)筒及12根200mm冷凍管預(yù)埋管位置挖出，深度要超過管線底50cm，4根200mm注漿管護(hù)筒以及2根觀測管埋設(shè)。凍結(jié)壁未達(dá)到實(shí)際要求前基坑內(nèi)禁止降水，以免造成溫度損失，影響凍結(jié)效果；凍結(jié)進(jìn)尺23m，凍結(jié)施工周期40d。凍結(jié)壁達(dá)到實(shí)際要求且穩(wěn)定后進(jìn)行基坑降水，基坑降水量與對(duì)凍結(jié)溫度影響如表1所示：基坑降水一周后隨著降水量的減少凍結(jié)消融與補(bǔ)充基本平衡，凍結(jié)壁深度維持在17.5m左右，累計(jì)消融5.5m。

表1 基坑降水量與對(duì)凍結(jié)溫度影響

4 結(jié)束語

濟(jì)南素有泉城之稱，地質(zhì)條件較為復(fù)雜，含砂層、卵石層較多，并有地下溶洞碎巖等地質(zhì)情況，地下水系發(fā)達(dá)，流動(dòng)性較大并具有一定的承壓性；單一的基坑圍護(hù)形式不能很好的起到基坑封閉止水的作用，易導(dǎo)致基坑降水量大、降水難和基底涌水涌沙現(xiàn)象的發(fā)生，進(jìn)而導(dǎo)致深基坑面臨較大坍塌安全風(fēng)險(xiǎn)，或增加深基坑過程基坑降水、基底清淤工程量，增加工程風(fēng)險(xiǎn)和施工成本，或過度降水對(duì)濟(jì)南泉域地下水破壞及污染嚴(yán)重。泉水是濟(jì)南的名片，泉城地下水尤為珍貴深基坑建設(shè)尤要注意基坑圍護(hù)方案做到全封閉、深插入、少降水。結(jié)合本工程實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)，濟(jì)南地區(qū)水文地質(zhì)條件的特殊性，做好保泉保水工作。地下工程施工必須采用多種形式結(jié)合的圍護(hù)結(jié)構(gòu)+基坑降水回灌+特殊位置凍結(jié)等綜合施工技術(shù)，能有效增強(qiáng)基坑封閉性、減少基坑降水量，降低基坑降水造成的地下水資源的浪費(fèi)，降水回灌對(duì)補(bǔ)充地下水資源、減少地下水流失效果明顯，是保水保泉的重要方式。