南京长江漫滩地区深基坑施工地下水风险管理

薛 松

(上海隧道工程有限公司，上海 200032)

0 引言

随着城市地下空间开发的快速发展，深基坑工程不仅数量和规模快速提升，而且工程水文地质条件日趋复杂，环境保护要求日益提高，承压水已成为基坑工程险情高发领域。南京长江漫滩地区因其复杂的岩土构造，具有含水层厚度大、地下水位高、土层透水量大的特点，在长江漫滩地区进行深基坑施工，地下承压水极易产生基坑突涌破坏、降水引发过量沉降、围护结构开裂、孔洞引起的流砂等危害。

1 工程概况

某隧道位于南京长江漫滩地区，距离长江约2 km，隧道采用明挖顺做法施工，全长490 m，其中暗埋段长140 m，两侧敞开段分别长170 m和180 m，基坑最大开挖深度约14.7 m，隧道平面布置如图1所示。基坑由深至浅围护形式分别采用钻孔灌注桩、SMW工法桩围护、水泥土重力式挡墙。

图1 某隧道平面布置图

根据勘察，揭示本工程地质由上到下依次为填土、粉质黏土、粉质黏土夹粉土、细粉砂、粉砂等(见图2)，地下水有浅层潜水和下部微承压水两类，地质断面与围护结构关系如图2所示。勘察期间，测得承压水水位埋深为3.20～4.10 m，标高4.42～4.55 m。基坑开挖过程中需要对浅层潜水进行疏干、下部承压水进行降压。由于承压水补给来源为上部孔隙水下渗和长江水的侧向渗流，水量大。

图2 某隧道典型地质剖面图

2 地下水风险分析及针对性措施

2.1 地下水风险分析

根据工程场地工程地质条件与水文地质条件分析，本工程地下水风险主要体现在以下几个方面。

1)软弱土：如图2所示，②-2层粉质黏土为软塑，局部流塑状态；②-3层粉质黏土夹粉土为软塑，局部流塑状态，夹粉土薄层土质不均匀，软弱土层具有高含水率、低渗透率的特点，不利于土层疏干。同时软弱土层力学强度低、开挖面土层稳定性较差，不便于挖掘机和工人在坑内施工作业，土方开挖及支撑形成效率相对不高，对控制基坑变形不利。

2)承压水：如图2所示，②-4层粉土层为微承压含水层，存在承压性。承压水主要补给来源为长江水的侧向渗流，水量大。基坑开挖过程中如不及时减压降水或降压能力不足，基坑会存在突涌的风险[1]。

2.2 应对措施

2.2.1 高含水率、低渗透率软弱土的疏干措施

本工程针对软弱土渗透率底、疏干难度大的特点，从以下3个方面入手，来达到疏干效果。

1)增大疏干井滤管与土体总接触面积：通过增加井点数量和延长单井滤管长度增大与土体总接触面积。本工程基坑内的降水井的单井有效抽水面积a井取200 m2。同时考虑到基坑较窄且存在不均匀夹粉土薄层土质的因素，在理论计算井点数量上增加10%。

本工程3 m以下软弱土层尽可能布置滤管，因微承压含水层层顶埋深较浅，为防止疏干井和下部微承压含水层连通，疏干井深度距离微承压含水层层顶考虑3 m，故疏干井最深控制在14 m，扣除沉淀段，单井滤管长度为10 m，滤管占有率超70%。

2)提升疏干效率：采用真空泵抽气、潜水泵抽水的方法降低潜水位，预抽水期间真空管路的真空度大于-0.06 MPa，降水期间潜水泵和真空泵同时开启。滤料柱顶面以上用黏性土填实，保证预降水期间真空负压的有效性。

3)增加疏干时间：合理施工筹划，正式开挖前至少预留20 d以上预抽水时间。

2.2.2 减压降水施工及运行管理措施

本工程承压水层厚，补给水量大，降压井质量及降压能力是管理重点[2]。

1)检测井管材质、壁厚，并进行耐压试验。降压井既要靠承受反复洗井的荷载，设在基坑内时又要确保开挖阶段井壁完好，必须采用钢制井壁。钢管壁厚小于6 mm，易被挖掘机械损伤，焊接时经常会融穿，造成漏水。

2)过滤系统。选用合理配比的滤料，滤料的质量直接关系到出水量的大小。回填滤料上部采用黏土球隔断承压水层。滤水管采用桥式过滤器，外包30～40目的尼龙网。滤水管底部设置长度为1.00 m的沉淀管，防止井内沉砂堵塞而影响进水，沉淀管底口用铁板封死。

3)抽水试验。抽水试验分前期验证、中期验证、最终验证。前期验证为单井试验，主要目的是验证单井施工质量，确定单井出水量；在降水井数量施工约一半时，进行中期验证，确定含水层的初始水位，确定各区域减压降水控制水位及相应降深，并与降水方案比对，验证降水设计的合理性，以确定是否需要优化井点构造，增减井点数量；在井点全部施工完成后，进行最终验证检验降水效果，得出是否能够满足设计最大降深的要求[3]。

4)降水运行中应保证一路工业用电停电后，另一路电源能及时使用(见图3)，保证停电短时间内能将确保降压井的电源得到及时更换，确保在基坑开挖过程中降水不得长时间中断，否则造成的后果无法估量，影响基坑的安全。

①—常用电源；②—备用电源；③—抽水设备。

3 施工中出现的问题及其原因

本工程在盖板区至底板准备浇筑时发现坑底涌水，增大单井水泵功率和增开降压井仍无法控制，后经回水反压和补井措施后，事故得到控制，如图4所示。

图4 涌水点及补井平面布置

降水井无法满足现场降压要求是事故的直接原因，经分析可能的原因如下。

1)降水井成孔作业的钻头φ 500 mm。其一，造成土体与过滤系统的接触面不足，出水能力不高；其二，过滤管与土体之间回填滤料厚度偏低，降水井运行后，滤料泥沙淤积而使降压井失效的可能性增大[4]。

2)井点回填滤料质量不稳定，配比偏细，滤料容易泥沙淤积而使降压井出水效果降低。

3)现场所有井点仅采用了空压机洗井，未进行过活塞洗井，导致回填滤料及井点护壁未完全洗净，试验期间能满足需求，但长期运行后，降水效果逐步减弱。

4)虽进行了降水验证，但未选择工程最不利位置，从而未能及时发现盖板段降压能力不足的问题。

4 结语

本文结合南京长江漫滩地区某隧道施工案例，探讨了该地区地下水风险控制要点和应对措施，并结合施工过程中遇到的风险，形成了以下几点经验，为后续类似工程提供参考。

1)多数施工单位在降水控制时，对降水井数量、井深有较高重视，而忽视了成井直径、回填滤料质量、洗井等关键项目，造成了成井质量缺陷，致使群井降水逐步失效。

2)降水井成孔直径不应小于650 mm；滤料应检测配比后使用。

3)建议采用活塞和空压机联合洗井的方式，即活塞洗井完成后，采用空压机洗井，以确保成井质量。

4)降水验证应选择工程最不利位置或多处不利位置，从而最准确地验证能够满足设计最大降深的要求。

5)降压井施工时应设置应急备用井，应急备用井井数不少于设计计算井数的20%，在风险发生时，能及时选择启用备用井控制险情。