岩溶地区深基坑突涌水的处理措施

岩溶地区深基坑突涌水的处理措施

李庆军

中铁十四局集团有限公司山东250000

摘要：近几年在深基坑工程施工过程中，发生多起因基坑渗漏、涌水造成的事故，造成较大经济财产损失。本文根据广州地铁八号线施工5标聚龙站深基坑突涌水处理经验，总结岩溶地区深基坑突涌水处理的相关措施，对类似工程具有借鉴作用。

关键词：深基坑；岩溶；突涌水；基坑监测

由于近年来城市轨道交通的大力发展，越来越多的新建工程位于岩溶地区，由于岩溶地区地质条件复杂，相对其他地层施工难度更大、风险更高。岩溶发育具有的不规则性，导致岩溶处理的难度增加，而地下水位变化及过度抽排地下水等人类活动均有可能导致岩溶或土洞失稳，导致地面沉降或塌陷，进而造成重大人员财产损失。广州地址复杂多变，被地质界称为“地质博物馆”，广州地铁八号线聚龙站正位于岩溶强发育区段，本文结合聚龙站基坑突涌水的止水措施，对岩溶地区深基坑涌水处理方式进行阐述。

一、工程概况

广州地铁八号线北延段5标聚龙站南接上步站，北接平沙站，沿石槎路与西槎路南北敷设，车站采用地下二层（局部三层）岛式站台结构，车站全长575.1m，标准段宽为23.1m，车站基坑开挖深度为17.3～20.8m（局部27.3m）。

车站主要采用明挖顺筑法施工，局部为满足交通疏解要求采用盖挖法顺作做法施工，主体围护结构采用800mm、1000mm厚地下连续墙+内支撑，基坑安全等级为一级。地下连续墙采用C35水下混凝土，接头采用工字钢，围护结构竖向设置三道支撑，换乘节点处围护结构竖向设置四道支撑，且均为混凝土支撑。车站共设置4个出口、2个风亭。附属围护结构同样采用地下连续墙+内支撑组合形式，地连墙厚度600mm。

车站主体地连墙共231幅，幅宽4.5～7.5m，标准段幅宽6m。主体地连墙厚度为800mm、1000mm，其中两种厚度地连墙接缝处设1根Φ600双管旋喷桩进行封堵。

1.1工程地质概况

根据本标段地质详勘报告显示，本标段穿越的地层有新生界第四系层（Q）、古生界二叠系（P1q）、石炭系地层（C2+3ht）。该地区地质复杂，地层起伏交错，其中石炭系地层中溶洞强烈发育。车站范围详勘岩溶见洞率描述见下表1所示：

表1施工范围风化详细描述

1.2水文地质条件

地下水主要为第四系松散层孔隙水、岩溶裂隙水两种类型。其中岩溶裂隙水主要赋存在石炭系灰岩中，溶蚀裂隙和溶洞发育，水量中等～丰富，具承压性。溶洞、溶蚀裂隙发育很不均匀，裂隙、溶蚀及溶洞不太发育的部位，岩层透水性一般较弱；溶蚀及裂隙发育的部位，透水性一般中等，溶洞发育的部位透水性一般较强，有较大涌水的可能。

1.3周边环境及管线情况

聚龙站施工场地位于主要市政道路上，地面交通繁忙。车站周边建筑物密集，由于该区域建筑年代较久，施工容易对其产生影响。

车站周边管线众多，沿基坑两侧布设有?1800供水管、?1200m供水管、?800m供水管、?300煤气管、110kv高压电力、?1200、?1000、?400m排水管及电信光缆等。

二、涌水发生及原因分析

在基坑开挖至基底后发生突涌水现象，此时现场立即启动应急预案，对涌水点进行引流反压，涌水点初期测得流量为80m3/小时，反压完成后稳定在40m3/小时。经过查阅地质勘察资料并根据该处涌水情况、溶洞处理等情况进行分析，此次涌水为基坑内部未探明溶洞裂隙水与该处两套地层整合接触带连通造成突涌。

三、处理方案

以现场实际情况为依据，根据研究确定基坑突涌水主要处理思路为：基坑内部采用混凝土反压措施，保证基坑稳定安全；基坑支护地连墙外侧同步进行钻探孔，查找涌水通道，并优先在基坑外侧进行注浆加固封堵进水通道，形成止水帷幕，降低涌水流速。待涌水流速得到控制后再进行基坑内部加固处理。

3.1基坑外侧

基坑地连墙外侧采取距离墙体120cm，间距1m，钻孔深度为地面下30m（基坑深度约18m）的方法进行钻孔取芯，直至钻孔岩样完整，未揭露溶（土）洞，无漏浆为止，并根据岩芯判岩石有无裂隙和溶洞，在钻孔完成后采用向孔内投放颜料或注浆等方式确定是否为连通孔，作为优先处理孔。如图1所示：

图1

3.2基坑内侧

基坑内部涌水范围内浇筑低标号早强混凝土，防止基坑发生较大形变。反压混凝土中设置内径为800-1200钢集水桶，将突涌水全部引入桶内，并采用大扬程水泵排除基坑外，水泵设置水表，按时统计观察涌水量变化，并可降低基坑内外水头差。在已经完成底板施工处使用沙袋堆码堤坝，防止涌水水流灌入结构内部。

基坑内引流桶埋设（图2图3）

三、应急响应及资源配置

基坑发现涌水后，马上启动应急预案，按照技术组、抢险组、物资保障组，安全保卫组，后勤协调组，各自分工有序行动，调配人力资源，物资设备等对基坑内外进行钻孔、反压、抽水，主要应急物资如下：地质钻机XY-150型10台（基坑内外钻孔）；履带式HC725B潜孔钻机3台（基坑内外钻孔）；BW-150型注浆机6套（注浆）；45吨门吊1台（转运材料安拆钢支撑）；汽车吊2台（转运材料安拆钢支撑）；汽车泵2台（浇筑反压混凝土）；罐车10台（运输反压混凝土），其他水泥、镀锌钢管、水玻璃、袖阀管、沙袋、潜水泵、引流桶等若干。

四、止水施工工艺

4.1工艺调整

现场施工过程中，基坑地连墙外侧钻孔采用投放颜料和注浆过程中基坑内反浆两种方式判定涌水通道位置。由于基坑内外连通孔涌水通道内水量较大，使用常规的袖阀管注浆工艺，在注浆过程中单、双浆液随水流从基坑内涌水点位置冒出，无法在涌水通道内凝结，达不到封堵效果，因此通过聚氨酯注浆、掺入陶（塑料）粒注浆、浆液孔底混合注浆3种不同方式改进注浆工艺。

工艺一：灌注聚氨酯的方式处理，共灌注780KG，灌注过程中涌出白色泡沫及白色液体，但涌水量未发生变化。判断为涌水流速过大导致聚氨酯在膨胀过程中被水流冲击不能充分固结造成。

工艺二：压入陶（塑料）粒的方式处理，共压入陶粒0.45方。基坑内部有少量陶粒碎渣涌出，随后进行双液浆灌注水泥浆（水泥：水=1:0.7），水玻璃溶液（水玻璃：水=1：2），注浆压力1.4-1.6MPa，双液浆灌注过程中基坑内涌出少量水泥浆，但无絮状物。证明陶粒对封堵地下孔隙，促进注浆效果起到一定的作用，但由于工效较低不能满足现场要求。

工艺三：双液浆孔底混合方式处理，注浆管采用Ф50+Ф20镀锌钢管组成的套管，注浆液选用的配比为：水泥浆=1:1、水玻璃溶液=1:1至1:4的双液浆进行注浆。注浆过程中仅有少量的水泥块涌出，证明孔底混合工艺有效。

通过使用工艺三，双液浆孔底混合方式，增大瞬时注浆量，双液浆在注浆管内进行充分混合，从注浆管最终流出的为水泥颗粒物，最终达到了充填、置换、止水效果。

4.2操作要点

采用孔底混合注浆工艺时，实际操作需要注意以下几点：

⑴Ф20镀锌钢管注水玻璃溶液，Ф20镀锌钢管与Ф50镀锌钢管之间注水泥浆液，如下图4所示；

⑵为方便浆液扩散，预防堵管，在Ф50镀锌钢管底部约6m范围钻孔，每排孔为2个，对向钻孔，孔径约5mm；孔排距约20cm，交叉布置；

⑶Ф20镀锌钢管安装长度决定双液浆混合时间及质量，安装长度可按照少于Ф50镀锌钢管6m考虑，根据涌水点涌出物凝结效果判断是否增加或减少管长；

⑷合理使用注浆机的回流阀，通过回流阀控制水玻璃溶液的注入量，灵活控制凝结效果；

⑸涌水点观察人员及时反馈涌水点涌出物的状态，是调整浆液混合长度及浆液配比的主要依据。

五、监测情况

基坑突涌水发生后对沿基坑外侧50m范围内进行了实时监测，在调整施工工艺前周边建筑物及地面持续沉降，至2016年12月22日在采用双液浆孔底混合工艺之后，基坑内涌水已经控制在约7m3/小时，附近建筑物、地面沉降趋于平缓，基坑外侧水位明显回升，监测数据趋于稳定。详见图6、图7。

六、施工工艺要点

为最大化的填充漏水通道，达到最佳注浆效果，采用孔底混合注浆工艺时，注浆液的选择和配比的控制尤为重要，现场实际施工过程中，需针对基坑内、外注浆孔的连通情况，采用不同的配比进行注浆。

⑴对于基坑外连通较大的注浆孔（有溶洞、揭示破碎岩层的孔），为加快浆液的凝结速率，注浆液建议选用双液浆的配比为：水泥浆=1:1；水玻璃溶液=1:1至1:4。

⑵对于基坑外连通较小的注浆孔（有溶洞、揭示破碎岩层的孔），注浆液建议选用双液浆的配比为：水泥浆=1:1；水玻璃溶液=1:4至1:5。

图7涌水点附近基坑外侧水位变化曲线

七、基坑涌水范围内的地层加固

为保证基坑内涌水通道全部充填完成，满足地基承载力要求，基坑外侧停止钻孔及注浆工作，调整为坑内钻孔注浆。在涌水点位置基坑内东、西侧沿南北走向间隔3m钻孔注浆，北侧延东西方向间隔3m施工一排孔，并根据涌水通道走向，在其余位置进行布孔，进行地基注浆加固。由于基坑内基底以下仍存在基坑外钻孔注浆未处理到的岩层破碎带，基坑内钻孔期间，孔内仍有水冒出，冒水钻孔采取双液浆注浆封堵，对于基坑内钻孔期间未冒水情况，该类钻孔采用单液浆注浆封堵。

八、基坑涌水处理效果

经过内外注浆和反压等措施，基坑内涌水得到有效控制，各项监测结果稳定，注浆达到预期效果，暂停坑内注浆；按检测布孔布置图和检测方案，在坑内孔取芯样进行检测；钻孔检测未遇到涌水，效果良好达到可再次开挖条件。

九、结语

基坑突涌水危害巨大，容易造成重大人员财产的损失。聚龙站成功的处理突涌水过程中所采用的孔底混合注浆工艺，操作简单、成本较低、止水效果明显，对类似地层下深基坑突涌水处理有一定的借鉴。

参考文献

[1]鲁鑫斌、马水荣，某基坑涌水处理措施研究.《中国科技博览》,2013(21):464-465.

[2]汪东林，地下室基坑涌水处理的施工方法介绍.《给水排水》,2010,36(1):96-97.