中铁六局集团广州工程有限公司 广东广州 511400
摘要：广东省佛山市顺德区地处珠江三角洲腹地，地区位于北回归线以南，气候类型为南亚热带海洋性季风气候，温暖多雨。地质情况主要是海陆交互相沉积层，多为淤泥质土，常与薄层淤泥质砂构成互层，淤泥质土具有含水量高、渗水系数小、压缩性高、承载力低、抗剪强度低、灵敏度高等特点，给地铁明挖车站基坑开挖施工带来极大的安全隐患，本文以佛山地铁三号线高村至北滘明挖区间深基坑开挖及支护施工为例，针对佛山市天气和地质、水文的特殊性，结合现场实际施工采取的方案及应急措施进行阐述，为类似海陆交互相沉积层地质深基坑开挖及支护施工提供借鉴。
关键词：海陆交互相沉积层；深基坑开挖；基坑变形；降水工艺；风险控制；应急措施
引言
城市轨道交通作为当下许多大中城市为适应自身的发展需要而建设一项惠及市民的基础性设施服务，通过不断的发挥自身的价值来推动社会的发展和进步。城市轨道交通的建设及运营能促进工业、运输、房地产等相关产业的发展，刺激就业，促进沿途土地升值，拓展城市发展空间，具有明显的外部经济性。随着社会发展、人口增加、路网扩大以及服务水平提高，城市交通问题，已经成为现代人无法面对的通病。经济发展，汽车数量增长速度，远远快于城市道路的扩张速度。在发展低碳交通过程中，城市轨道交通所扮演的角色正是顺应了时代发展的潮流。通过对我国第一批兴建城市轨道的大城市分析我们可以看出，由于其快速、低能耗、承载量大等优势在这些一线大城市中，发挥着巨大的作用。同时，它对于缓解地面交通压力具有重要的作用，是分流人口出行的一种优化方式。
当下，各大城市地铁建设工作正在争分夺秒的进行中，而地铁的建设离不开深基坑施工。本文以佛山地铁三号线高村至北滘明挖区间深基坑开挖及支护施工为例，针对佛山市天气和地质、水文的特殊性，结合现场实际施工采取的方案、应急措施及取得的成果进行阐述，为类似海陆交互相沉积层地质深基坑开挖及支护施工提供借鉴。
1工程概况
1.1项目基本概况
由中铁六局集团广州工程有限公司承建的佛山市城市轨道交通三号线高村至北滘明挖区间，明挖区间段设计里程为DK34+907.212～ DK35+351.000，总长443.788m，毗邻林上河北面。区间小里程基坑宽度为19.70m，大里程基坑宽度为46.00m。基坑开挖深度为16.4～22.5m。围护结构形式为地下连续墙和内支撑，地下连续墙厚度分别为800mm和1000mm，深度为35.01～42.48m，采用C35P8混凝土，地下连续墙共有260幅。内支撑原设计形式为两道混凝土支撑加两道钢支撑（其中第一道为700*900mm混凝土支撑，第二道为1000*1200mm混凝土支撑，第三、四道为φ800mm壁厚16mm的钢支撑），因考虑到本工程地质和水文的复杂性，且综合其他先行施工标段的地连墙深层水平位移的变形速率累计值和施工经验。为确保深基坑施工安全，在分部工程施工前向设计单位提出设计变更意见，同意将第三道钢支撑进行优化变更为1000*1200mm的混凝土支撑，所以实际施工时的内支撑体系为三道混凝土支撑（其中第一道为700*900mm混凝土支撑，第二、三道为1000*1200mm混凝土支撑、第四道为φ800mm壁厚16mm的钢支撑），基底底板以下采用三轴搅拌桩抽条加固。
1.2水文地质、气候基本概况
高村至北滘明挖区间地质为海陆交互相沉积层，海陆交互相沉积层呈现深灰色、灰黑色，主要由黏粒及有机质组成，局部含较多粉砂及贝壳碎片，呈流塑状，具滑腻感和腥臭味，压缩性高，垂直方向上分布于填土层之下，海陆交互相沉积层中有淤泥、淤泥质土、淤泥质砂土层。淤泥层与薄层淤泥质砂构成互层，埋深1.20～9.50m。淤泥质土层分布于填土层之下，与薄层淤泥质砂构成互层，本层分布广泛，在线路范围均有分布，埋深2.90～40.40m。本工程地下水主要类型为第四系孔隙水（潜水或承压水）、基岩风化构造裂隙承压水，填土层局部可能存在上层滞水。从地质纵面图上来看，局部区域淤泥质砂层下面直接为岩石层，说明孔隙水与岩石中的承压水是联通的。勘察揭露的地下水稳定水位埋藏深度 0.00～5.60m。地下水位的变化与地下水的赋存、补给及排泄关系密切，每年4～9月为雨季，大气降雨充沛，水位会明显上升，而在冬季因降雨减少，地下水位随之下降。地下水年变化幅度为1.0～1.5m。
佛山市年平均降水量为1681.2mm。从4月份开始，降水量明显增多。4～6月是第一个多雨季节，称前汛期，主要是锋面低槽带来的降水，降水量为718.3mm，占全年降水量的43％。佛山市的强降水频发，据统计，持续性暴雨出现的次数最多可达3次，每次暴雨持续天数可达3d以上。
1.3基坑开挖施工安排
本工程依据业主合同文件及现场前期工作实际施工时间节点的衔接，确定基坑开挖的进度安排。高村至北滘明挖区间地质勘察横剖图见图1所示。高村至北滘明挖区间共分为21个区，从小里程往大里程依次编号为Q1～Q21。高村至北滘明挖区间分为两期进行施工，因高村至北滘明挖区间一期原有三孔3×8m过水箱涵横跨基坑，设计要求将河涌临时导改至区间二期，待区间一期主体结构施工完成，箱涵复建河涌永久迁回区间一期后，施工区间二期。其中区间一期共6段，编号为Q16～Q21。区间二期共15段，编号为Q1～Q15。
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图1 高村至北滘明挖区间地质剖面图
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图2 基坑横剖面图
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图3 基坑平面及监测点位布置示意图
根据总体施工进度计划联系现场实际施工时间，区间一期底板（2019年开挖）和区间二期底板（2020年开挖）施工期间均处在广东佛山4～6月份雨季，属于高风险时期。本文选取高村至北滘明挖区间较典型实际施工情况为例，介绍佛山地区海陆交互相沉积层基坑开挖过程中的风险预警与变形控制措施。
2基坑开挖风险分析
本基坑开挖深度为16.4～22.5m，安全等级为一级。深基坑开挖过程中存在的安全风险有基坑坍塌、支撑失稳、承压水突涌、基坑渗漏水、地面及建筑物开裂沉降、基底隆起、纵坡失稳等。本工程分布有较厚的软土、砂土及红层碎屑岩风化岩。软土具有含水量高、低渗透性、压缩性高、承载力低、抗剪强度低、灵敏度高等特点。软土抗剪强度低，会给围护结构带来较大的压力，砂土在基坑开挖过程中易发生流砂、管涌现象，红层碎屑岩风化岩在开挖过程中易软化，从而造成强度降低，若在基坑开挖过程中不及时支护，会造成基坑失稳、基坑坍塌；因软土具有低渗透性及高持水性，对地基的排水固结不利，不仅影响地基的强度，而且也延长地基固结稳定的时间。根据本工程水文情况可知，地下及地表含水量丰富，若不能及时的进行基坑内排水固结，将影响基坑开挖进度，导致基坑开挖后暴露时间过长后可能引起地下连续墙深层水平位移变大、支护结构变形后失去支撑功能，导致支撑失稳、基坑坍塌。高地下水位和地下承压水时刻考验着围护结构地下连续墙的施工质量，地下水的涌出可能夹渣泥沙，造成周边地面塌陷，地下水压和围护结构外侧的主动土压力共同作用，若不及时处理，随时可能导致基坑坍塌。
3开挖风险应对与控制成果
本文选取基坑降水、地连墙接缝渗漏、地连墙墙体深层水平位移超限三个风险源，针对风险源采取的措施和取得的成果进行阐述。
3.1基坑降水控制
降水工程是基坑开挖过程中最重要的一个工序，直接决定着基坑开挖顺利与否。经过项目部对其他同类型地质项目的了解和统计，其他项目采用的传统降水工艺效果并不理想。后经市场调查研究和实际试验，项目部根据佛山特有的海陆交互相夹层地质、地下水的特点，选取了超级压吸联合抽水系统实施降水。经试验，原状土体平均含水率59%，传统疏干后土体平均含水率27%，超级压吸疏干后土体平均含水率19%。把传统的井点降水优化为真空负压降水，整个降水过程中采用智能控制进行分时送气，通过可编程控制器控制送气系统的送气压力、送气量、送气时间，在确保真空疏干深井内真空度的条件下实现不同降水深度工况下的最佳降水效率，大幅度的提高功效，保障了基坑开挖安全，加快施工进度，降低施工费用。采用超级压吸联合抽水系统实施降水后，基坑内水位始终能保持在开挖面1m以下，使得开挖施工顺利完成。
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图4 降水井管断面图 图5 超级压吸联合抽水系统
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图6 开挖过程中降水效果
3.2地连墙接缝渗漏控制
项目部针对地连墙渗漏专门设立了基坑突发险情应急抢险小组，编制了专项应急抢险方案，多次组织开展应急抢险演练。截至目前，高村至北滘明挖区间共发生地连墙渗漏五次。经过多次应急抢险实战后，各管理和作业人员均积累了一定的应急抢险经验和能力。本文选取高村至北滘明挖区间具有代表性的突水情况进行阐述和经验分享。
2019年8月30日，在基坑开挖底板层时，现场管理人员发现在地连墙转角处发生突水，现场管理人员立即上报险情并通知测量对周边监测点进行加密观测。监测结果显示，地下连续墙墙体水平位移点ZQT02号点，在底板面下2m位置变形速率达到6mm/d。渗水位置地表发生严重塌陷，塌陷面积约12㎡，深度约6m。项目部立即组织挖机进行回填反压，由于突水量大且存在较大的水压，导致土方回填反压方案无果。立即改变抢险方案，对渗漏点塞堵棉絮被并采用堵漏王快硬水泥对渗漏点进行封堵，封堵至无渗水后采用吨袋装填砂土和浇筑素混凝土进行反压，地面塌陷处浇筑速凝早强混凝土。待以上工作完成后在渗漏点外围立即进行双液压密注浆，压密注浆呈山形布置，经压密注浆后，渗漏点无漏水现象，监测加密观测结果显示，变形已趋于稳定，可正常进行下一步施工。
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图7 堵漏实施过程照片
3.3地连墙墙体深层水平位移超限控制
依据施工监测规范可知，深基坑开挖地连墙墙体水平位移累计控制值为40mm，每日变化速率控制值为2mm/d。根据佛山市地质的特殊性，项目部多次组织召开专家会后，将累计控制值调至60mm，每日变化速率控制值调至4mm/d。2020年5月8日，高村至北滘明挖区间监测日报显示：高村至北滘明挖区间墙体深层水平位移ZQT-15（22.00m）累计变形117.49mm，速率变化4.88mm/d、ZQT-16（21.50m）累计变形132.08mm，速率变化12.14mm/d、ZQT-76（22.0m）累计变形134.58mm，速率变化14.14mm/d、ZQT-77（19.00m）累计变形85.37mm，速率变化8.04mm/d，累计值均已达到红色预警。2020年05月08日上午10：00立即组织召开了预警分析会，对地下连续墙深层水平位移超限分析主要原因是淤泥质软弱地层在开挖过程中易引起围护结构深层水平位移、周边地表沉降、基坑边15m存在堆土、第四道钢支撑施加预应力不足等造成。项目部立即制定以下措施并组织实施：①监测单位须对预警点加密监测并及时将数据上传；②对钢支撑进行重新挪位并施加轴力。钢支撑一次同时加第1～4根至120T，然后卸第1根钢支撑加压设备移至另第5根钢支撑施力且保证残余应力不低于100T，以此类推至全部完成施力；钢支撑加力前将钢围檩同地连墙间空隙用砼填密实；钢支撑端头与锚板连接处加肋板或用砼浇筑密实，以减少预应力损失；③土方开挖采取缩短区域（由原设计三段底板变成四段底板）形成流水24小时作业，减小基坑“时空效应”；并采取“快速封底”方式，一段底板分三次浇筑砼垫层；④由长臂挖机更改为伸缩臂挖机出土，以减少基坑土方倒运次数，提高出土工作效率，实现快挖快撑；⑤根据实际开挖进度，架设临时钢支撑；⑥在无三轴抽条加固区域，施工1000×1200mm素混凝土地梁，混凝土采用速凝早强混凝土。⑦基坑开挖出土过程中，土方车辆在远离基坑等待出土，大型机械设备在不作业的条件下远离基坑放置；⑧为减少基坑右侧堆土场倒运土方动载的影响，将堆土场的土方清理至距离基坑35m左右范围；⑨加强内部管理，提高预警风险意识，加强施工现场巡查，发现异常立即上报。
经过以上措施立即实施后，通过监测加密观测，对1d的地下连续墙墙体深层水平位移进行对比分析，基坑变形已趋于稳定，后续加快施工进度，及时进行封底，消除了安全隐患。
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图8 2020年5月8日监测日报 图9 2020年5月9日监测日报
4结论与建议
佛山市顺德区高村至北滘明挖区间海陆交互相沉积层地质，在深基坑开挖过程中，时刻存在基坑坍塌、支撑失稳、承压水突涌、基坑渗漏水、地面及建筑物开裂沉降、基底隆起、纵坡失稳等风险。截止2020年6月30日，由中铁六局集团广州工程有限公司承建的高村至北滘明挖区间在基坑开挖过程中，应对基坑降水、地连墙接缝渗漏、地面塌陷、地连墙墙体深层水平位移超限等风险均得到了有效地控制，实现了顺利封底。
1）针对基坑降水工程，本文采用了超级压吸联合抽水系统实施降水，面对渗透系数K为8E-08cm/s的海陆交互相淤泥层，仍然能取得良好的降水效果，确保了基坑开挖的安全和进度。在海陆交互相淤泥层地质中超级压吸联合抽水系统降水值得进行推广和应用。
2）针对地连墙接缝渗漏，本文列举了本工程较典型的实际案列进行阐述和堵漏经验分享。在地质和水文条件复杂的深基坑开挖过程中，基坑渗漏是常见的施工风险，基坑渗漏也是可能引起基坑坍塌的重要因素之一。建议各施工单位超前筹备，在应急物资和应急抢险队伍方面要超前筹划到位，应对各种渗漏问题应根据现场实际突水情况和突水的位置，选择合适的堵漏方案，及时的消除渗漏安全隐患。
3）针对墙体深层水平位移超限。在佛山市海陆交互相沉积层地质深基坑开挖过程中，我们对此类型地质施工过程中的基坑变形总结出了一定的规律和经验。高村至北滘明挖区间基坑开挖以来，围护结构墙体水平位移多次出现速率预警情况，预警变形规律相似度很高。受海陆交相互沉积层地质开挖影响，高村至北滘明挖区间在开挖过程中基坑的墙体水平位移测点变形规律基本一致，第二层土方开挖变形量约占总变形量的25%，第三层土方开挖变形量约占总变形量的35%，第四层土方开挖至底板封底变形量约占总变形量的40%，底板封底以后变形趋于稳定。从监测数据对比来看，由于基坑外渣土堆载影响，测点ZQT13、ZQT14、ZQT15在基坑未开挖的情况下仍然变形22-39mm；从测点ZQT75、ZQT74相较于对面测点ZQT17、ZQT18的累计量来看，由于挖机、出土车等重载车辆影响，出土侧比非出土侧总体相对变形要大25~30mm。其它监测项目变化较小，均在设计控制值范围内。针对此类型地质的基坑开挖施工，建议先撑后挖，控制好开挖步距，紧密各工序施工时间，保证资源配置充足实行24h施工。抢险措施可及时在基坑底部架设临时钢支撑，钢支撑架设需确保施工质量并施加相应的轴力，必要时施做素混凝土地梁。严禁在基坑周边堆载，并减少基坑周边的机械行走。
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