李瀟

(廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院股份有限公司 廣東廣州 510000)

巖溶發(fā)育地區(qū)地鐵基坑工程經(jīng)常出現(xiàn)基坑周邊地面沉降、基坑涌水涌砂等工程事故，影響基坑工程安全甚至造成重大的社會(huì)影響。基坑工程監(jiān)測(cè)可提供及時(shí)、可靠的監(jiān)測(cè)信息以評(píng)定工程在施工期間的安全性及對(duì)周邊環(huán)境的影響，并做出有關(guān)預(yù)報(bào)，以便跟蹤和控制施工進(jìn)程，對(duì)可能出現(xiàn)的險(xiǎn)情及時(shí)報(bào)警，做到信息化設(shè)計(jì)、施工。

1 工程概況

深圳某車站位于深圳市龍崗區(qū)。車站總長(zhǎng)234.4 m，站臺(tái)寬12 m，車站標(biāo)準(zhǔn)段寬度為20.7 m，底板埋深約16.95 m,頂板覆土約3 m。為地下2層島式車站，采用明挖順筑法施工。

圖1 本地鐵基坑地質(zhì)剖面圖

圖2 基坑南側(cè)建筑物

車站所處地層從上而下依次為：素填土、可塑狀粉質(zhì)黏土＜5-4-1＞、礫砂層＜5-7＞、可-硬塑狀粉質(zhì)粘土層＜8-3-3＞、溶槽堆積粉質(zhì)黏土＜9-1＞、微風(fēng)化大理巖＜31-4-12＞，基底主要位于溶槽堆積粉質(zhì)粘土層，其中礫砂層厚約1～8.2 m，為主要含水層，非液化。該工點(diǎn)位于龍崗向斜，屬于匯水構(gòu)造，向斜北西翼巖層出露不全，巖層產(chǎn)狀整體緩傾，基巖垂向裂隙較發(fā)育，易形成溶溝溶槽；且存在可溶性巖與非可溶性巖接觸帶或不整合面，易于地下水垂向及水平向活動(dòng)，從而也容易形成溶洞等巖溶發(fā)育形態(tài)。該工點(diǎn)廣泛揭露大理巖，均分布于基底以下，發(fā)育溶（土）洞，見(jiàn)洞率約51.3%，線巖溶率為24%，巖溶發(fā)育等級(jí)為強(qiáng)烈發(fā)育。巖溶水賦存于石炭系石大理巖中，溶蝕裂隙和溶洞發(fā)育，水量中等豐富，具承壓性，承壓水水頭11.0～45.0 m。溶槽堆積粉質(zhì)粘土層以可塑狀為主，系溶蝕成因堆積而成，主要由黏性土、卵石、角礫、砂土等組成，局部含灰白色溶蝕殘積物，地質(zhì)參數(shù)較差，滲透系數(shù)大。

站點(diǎn)北側(cè)原為工業(yè)廠房，在車站圍擋前以完成拆遷。站點(diǎn)東南為城中村（淺基礎(chǔ)），型式，距離基坑約32 m。南側(cè)有新建成的居住區(qū)（樁基礎(chǔ)）、學(xué)校，距離基坑約33 m。

基坑主要采用800 mm厚地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐的結(jié)構(gòu)形式?；哟蟛糠诌B續(xù)墻穿透礫砂層及溶槽堆積粉質(zhì)粘土層進(jìn)入微風(fēng)化大理巖1.5 m。局部微風(fēng)化大理巖面較深處連續(xù)墻未入巖，但保證嵌固深度不小于8 m且穿過(guò)礫砂層下不小于3 m。

2 監(jiān)測(cè)等級(jí)的調(diào)整

工程監(jiān)測(cè)等級(jí)的劃分主要依據(jù)《城市軌道交通工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范（GB 50911-2013）》[1]。工程的監(jiān)測(cè)等級(jí)主要根據(jù)基坑工程的自身風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)、周邊環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)和地質(zhì)復(fù)雜程度進(jìn)行劃分，工程監(jiān)測(cè)等級(jí)可按圖3 劃分，并應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)結(jié)合地質(zhì)條件復(fù)雜程度進(jìn)行調(diào)整。

圖3 規(guī)范圖、工程監(jiān)測(cè)等級(jí)

該工程自身風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)二級(jí)、周邊環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)二級(jí)，根據(jù)表1 初步判定工程監(jiān)測(cè)等級(jí)為二級(jí)。該工程巖溶強(qiáng)烈發(fā)育，需要專門進(jìn)行研究和處理，根據(jù)上述規(guī)范2條，地質(zhì)條件復(fù)雜程度可劃分為復(fù)雜。

表1 地質(zhì)條件復(fù)雜程度

工程周邊巖土體是工程支護(hù)結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境對(duì)象的載體，也是兩者之間相互作用的介質(zhì)。兩者的安全狀態(tài)及穩(wěn)定性都受工程地質(zhì)條件的影響。因此，工程監(jiān)測(cè)等級(jí)與工程地質(zhì)條件的復(fù)雜性有很密切的關(guān)系。在已有分級(jí)的基礎(chǔ)上，還需要根據(jù)工程地質(zhì)條件復(fù)雜程度對(duì)監(jiān)測(cè)等級(jí)進(jìn)行調(diào)整。工程地質(zhì)條件復(fù)雜程度為中等或簡(jiǎn)單時(shí)監(jiān)測(cè)等級(jí)可不進(jìn)行調(diào)整，工程地質(zhì)條件為復(fù)雜時(shí)監(jiān)測(cè)等級(jí)上調(diào)一級(jí)，上調(diào)后最高為一級(jí)。

3 地下水位的監(jiān)測(cè)尤為重要

巖溶涌水涌砂是富水巖溶地區(qū)深基坑施工中常見(jiàn)的地質(zhì)災(zāi)害，給基坑的正常施工與安全生產(chǎn)造成極大影響。通過(guò)分析基坑工程所在場(chǎng)地巖溶地下水通道類型，有針對(duì)性地進(jìn)行基坑內(nèi)、外地下水位監(jiān)測(cè)，能夠在一定程度上預(yù)測(cè)巖溶涌水涌砂的可能性，并驗(yàn)證及檢驗(yàn)巖溶處理的效果[2]。

根據(jù)巖溶地下水理論分析，巖溶地下水通道可分為富水巖溶管道、巖溶裂隙通道、斷層巖溶通道、地下河通道、層間巖溶通道、覆蓋巖溶通道和隱伏巖溶通道等[3-4]。根據(jù)此工程勘察報(bào)告[5]，該地鐵車站基坑內(nèi)巖溶地下水通道主要為富水巖溶管道，基坑大理巖巖層在地下水的溶蝕和侵蝕作用下，經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的地質(zhì)作用，形成了大規(guī)模的巖溶地下水管道網(wǎng)絡(luò)，其連通性較好，水量豐富，與上部砂土層孔隙水水力聯(lián)系密切，并且網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)隨著時(shí)間的推移在不斷地演變和交替。該工程溶槽堆積粉質(zhì)粘土層可塑狀為主，系溶蝕成因堆積而成，主要由黏性土、卵石、角礫、砂土等組成，局部含灰白色溶蝕殘積物?？烧J(rèn)為是大理巖在地下水長(zhǎng)期溶蝕作用下，節(jié)理裂隙不斷擴(kuò)大并最終與溶洞填充物一起形成的溶蝕殘積層。該堆積層地質(zhì)參數(shù)較差，透水性強(qiáng)，位于大理巖層之上，作為基坑底板下的相對(duì)隔水層，當(dāng)隔水層下大理巖層存在承壓水時(shí)，承壓水有突破隔水層的可能。

根據(jù)以上情況，建議該工程地下水位監(jiān)測(cè)著重考慮以下措施。

大理巖層應(yīng)設(shè)置單獨(dú)的水位監(jiān)測(cè)孔，用以在基坑施工過(guò)程中長(zhǎng)期觀測(cè)并跟蹤巖溶水的演變和交替。大理巖層水位監(jiān)測(cè)孔宜結(jié)合巖溶分布進(jìn)行布設(shè)，可利用巖溶處理檢查孔進(jìn)行觀測(cè)。巖溶處理效果檢查孔法是在注漿處理結(jié)束后設(shè)置檢查孔，分別查看檢查孔成孔時(shí)及放置一段時(shí)間后是否完整，是否涌水、涌砂、涌泥，檢查孔是否塌孔等，可定性評(píng)定注漿效果。

基坑封閉后開(kāi)挖前在基坑內(nèi)設(shè)置水位監(jiān)測(cè)孔，在監(jiān)測(cè)水位的同時(shí)可在監(jiān)測(cè)孔中進(jìn)行抽水試驗(yàn)，通過(guò)抽降水與水位恢復(fù)速率判斷巖溶處理效果及基坑隔水效果。

該工程溶槽堆積粉質(zhì)粘土層上為深厚富水礫砂層，在基坑底部及基坑深度內(nèi)均有分布。雖然基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)全部穿透砂層并進(jìn)入砂層下不小于2 m，但考慮到地層分布的不確定性及礫砂層潛水水力聯(lián)系復(fù)雜性，根據(jù)情況可以在基坑外礫砂層內(nèi)進(jìn)行地下水位監(jiān)測(cè)，以針對(duì)因礫砂層水力流失造成上部土層固結(jié)沉降導(dǎo)致的地面沉降房屋開(kāi)裂等現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)測(cè)及采取相應(yīng)措施。

4 土體深層水平位移

溶洞注漿效果的好壞決定了地下水的通道，對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)承受的水土壓力有較大影響，且溶洞的存在改變?cè)纪馏w應(yīng)力狀態(tài)，溶洞發(fā)育地區(qū)與不發(fā)育地區(qū)基坑及坑外土體水平方向變形差別較大，直接影響著基坑整體穩(wěn)定性[6]。

大量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，巖溶區(qū)域土體深層水平位移累計(jì)值及變形速率明顯大于非巖溶區(qū)域。巖溶區(qū)域的土體產(chǎn)生深層水平位移，可能原因?yàn)閹r溶處理不到位造成溶土洞開(kāi)始產(chǎn)生塌陷等。土體產(chǎn)生較大深層水平位移往往最終會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生地面沉陷及建構(gòu)筑物變形，所以巖溶區(qū)域城市軌道交通基坑工程基坑外土體深層水平位移建議列為應(yīng)測(cè)項(xiàng)目[7]。

5 監(jiān)測(cè)方案應(yīng)與基坑施工工況進(jìn)行聯(lián)動(dòng)

明挖基坑在基坑回筑階段，每一層主體板施工完成后進(jìn)行所在位置臨時(shí)支撐的拆除，每一道臨時(shí)支撐拆除過(guò)程是圍護(hù)結(jié)構(gòu)（連續(xù)墻）內(nèi)力重新分布的過(guò)程，必然導(dǎo)致連續(xù)墻水平變形也重新分布，基坑外土層塑性區(qū)的分布和發(fā)展也發(fā)生變化。因此，在支撐拆除過(guò)程及支撐拆除完成后3 d內(nèi)連續(xù)墻深層水平位移、地表沉降及建構(gòu)筑物沉降等監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)頻率可以考慮適當(dāng)增加。

一般基坑在基坑開(kāi)挖前一周測(cè)定監(jiān)測(cè)初值，在基坑開(kāi)挖時(shí)開(kāi)始進(jìn)行各項(xiàng)監(jiān)測(cè)工作。該工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)在成槽過(guò)程中需要穿透深厚礫砂層并且大部分深入微風(fēng)化大理巖層，可能會(huì)對(duì)礫砂層產(chǎn)生擾動(dòng)導(dǎo)致礫砂層失水塌陷，還可能會(huì)因溶、土洞承載力不夠，引起地面塌陷，影響鄰近建筑物安全。因此，針對(duì)該工程情況建議在圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中同步進(jìn)行地面沉降、礫砂層及巖溶的水位監(jiān)測(cè)工作。

6 有必要推行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)和信息化施工

該地鐵基坑地處城市繁華區(qū)域，周圍環(huán)境復(fù)雜，地質(zhì)情況存在深厚礫砂層及巖溶強(qiáng)烈發(fā)育大理巖層。這種典型復(fù)雜巖溶條件下城市繁華區(qū)地鐵深基坑工程對(duì)施工監(jiān)測(cè)和信息化施工技術(shù)提出的新的要求，決定了必須對(duì)基坑工程進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)和信息化施工。自動(dòng)化監(jiān)測(cè)可進(jìn)行缺失監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理、建立監(jiān)測(cè)信息反饋機(jī)制，及時(shí)掌握施工開(kāi)挖過(guò)程中基坑的實(shí)際工作狀態(tài)，指導(dǎo)修改設(shè)計(jì)參數(shù)，調(diào)整施工工藝，保證結(jié)構(gòu)和施工安全。

7 結(jié)語(yǔ)

除了在設(shè)計(jì)和施工中采取相應(yīng)的措施外，通過(guò)有針對(duì)性的基坑監(jiān)測(cè)，不但能預(yù)測(cè)事故的發(fā)生、驗(yàn)證設(shè)計(jì)措施，還能為研究分析提供依據(jù)，值得引起相關(guān)工作者重視。如果能在對(duì)比研究的基礎(chǔ)上編制專門的巖溶區(qū)基坑監(jiān)測(cè)規(guī)范，則可以更好地為工程建設(shè)服務(wù)。