轴线干坞基坑灌、排水工况下坑外地下水变化规律分析

李丰果

(中铁隧道集团三处有限公司,广东深圳518000)

0 引言

沉管隧道干坞可分为固定干坞和移动干坞,固定干坞又可分为异地干坞和轴线干坞。其中,轴线干坞就是在河岸的一侧先修建基坑用作制造沉管管段的场地(干坞),该基坑位于隧道轴线上,管段浮运出坞后施工二次开挖围堰(简称二次围堰),再对基坑进行二次开挖并施工隧道主体结构,国内沉管隧道大多采用轴线干坞法修建[1-7]。与常规基坑施工不同,轴线干坞基坑除基坑正常开挖施工外还要经历灌水加载、排水卸载以及二次开挖3个阶段,在这3个施工阶段内,每个阶段时间很短,但基坑内水位变化很大,必然对坑外水位带来比较大的影响,进而影响到干坞基坑的稳定。目前国内尚未有人对这3个阶段坑外地下水变化规律进行研究,本文结合广州生物岛—大学城沉管隧道工程实例,采用现场测试的手段,详细测试、分析、归纳总结了3个施工阶段内坑内外水位变化规律,对今后类似工程有一定参考意义。

1 工程概况

生物岛—大学城沉管隧道工程位于广州市的东南部,连接生物岛与大学城,隧道线路呈南北走向,起点与仑头—生物岛隧道相接,2座隧道以生物岛东西向主干道中心线为界。生物岛—大学城隧道工程起点位于生物岛东西向主干道的道路中线位置,终点为大学城26号路与中环路的交点,具体位置如图1所示,现场示意图见图2。

图1 生物岛—大学城隧道工程位置图Fig.1 Location of immersed tunnel from Shengwudao Island to University Town

图2 轴线干坞与沉管段相对位置示意图Fig.2 Relationship between axial dry dock and immersed tunnel

本工程的起讫里程为SK0+265～+817,全长552 m,包括214 m的沉管段和338m的北端岸上段,干坞基坑位于官洲河北岸生物岛一侧。沉管管段断面总宽23m,高8.7m,管段全长214m,沉管段分为E1、E2和E33节管段,每节管段的长度分别为94,116,4m。

干坞基坑一侧为高边坡,其断面如图3所示,整个边坡高约30m,共设置2个台阶,第一台阶(与地面标高相同,为8.3m)宽2m,台阶上方边坡高约11 m;第二台阶为干坞坞底(标高为-5.61m),其距离第一台阶高度约12m。基坑分2次开挖,首先从地面(即第一台阶处)向下开挖12m到坞底,在干坞内预制混凝土管段,然后放水将混凝土管段浮运出坞,在管段沉放完毕后,还需要将干坞内的水排放完毕并对基坑进行二次开挖(二次开挖最深处开挖深度约7m),地层参数如表1所示。基坑灌水加载、排水卸载以及二次开挖阶段,该边坡内的水位必然随坑内水位的变化有较大的变化,影响到边坡的稳定性。所以在该边坡的8.3m平台上布置了3个水位观测孔(见图2),用来观测坑外的地下水变化情况。

2 水位变化规律分析

2.1 干坞基坑灌水加载阶段的边坡水位变化分析

干坞基坑2009年2月18日放水,第一阶段放水7.2m进行管段检漏(低水位检漏[8]:即向干坞基坑内注水至管段侵入水中2/3深度,停止时间不小于24h,主要检查管段底板、混凝土封墙、管段外侧墙等部位),第一阶段放水完成后,干坞基坑内水位约为1.6 m;2月27日,干坞基坑第二阶段放水至高程5 m处(高水位检漏:向干坞内泵水至水位超过管段顶面0.5 m以上,停止时间不小于24h,进行管段全面检漏)。坑外地下水位从2009年2月19日开始明显上升,直到2009年3月12日上升到5 m左右,与干坞基坑内水位基本持平,测试结果如表2所示,坑外水位随时间的变化情况见图4。

图3 基坑一侧边坡断面图Fig.3 Profile of side slop on foundation pit side

表1 边坡地层参数Table 1 Ground parameters of side slope

由图4可以看出,2009年2月19日—2月22日,坑外地下水位变化明显,3个水位孔内水位累计变量分别为4.52,4.56,4.58m,水位平均上升速度分别为1.13,1.14,1.15m/d。至2009年2月22日坑外水位约为1 m,稍低于干坞基坑内水位。2009年2月23日—2月27日,水位变化趋向于平缓,3个水位孔水位累积变化量分别为1.37,1.08,0.87m,水位平均上升速度分别为0.27,0.22,0.17 m/d。2009年2月27日,干坞基坑继续放水至高程5m处,2009年2月27日坑外地下水位上升速度加大,2009年2月28日、3月1日坑外地下水位上升速度进一步加大,3个水位孔内水位平均上升速度分别为1.00,0.93,0.93m/d。至2009年3月1日,坑外地下水位约为4m左右。从2009年3月2日开始,坑外地下水位上升速度减缓,2009年3月2日—2009年3月11日,10d内3个水位孔内水位累积变化量分别为0.85,0.85,0.66 m,水位平均上升速度为0.085,0.085,0.066 m/d。至2009年3月11日,3口观测井内水位分别为4.891,4.816,4.881m,稍低于干坞基坑内水位,由此可知干坞基坑内的水与坑外地下水连通性极好。

表2 干坞灌水期间坑外地下水位统计表Table 2 Statistics of water levels outside foundation pit during water filling period m

图4 干坞灌水期间坑外水位变化图Fig.4 Fluctuations of water levels outside foundation pit during water filling period

2.2 二次围堰修筑前的边坡水位变化分析

坞门破除后,干坞基坑内的水与官洲河连成了一个整体,坑内水位每天随官洲河潮汐涨落而波动,此时坑外地下水位也会有一些变化,测试结果如表3,4。可以看出,官洲河涨潮时,基坑内的水位升高,坑外地下水位也要升高,且升高速度很快,坑内水位稍微高于坑外地下水位,但相差不大;官洲河落潮时,基坑内的水位降低,坑外地下水位也要降低,但降低速度较慢,坑内水位明显低于坑外地下水位;同时,3#水位孔位于靠近官洲河的一侧,在落潮时,该孔的水位明显低于1#、2#水位孔的水位,说明该位置地层与基坑连通性更好,受坑内水位变化的影响更明显。

表3 高潮位时坑外水位测试表Table 3 Statistics of water levels outside foundation pit during high tide period m

表4 低潮位时坑外水位测试表Table 4 Statistics of water levels outside foundation pit duringlow tide period m

2.3 干坞基坑排水卸载阶段的边坡水位变化分析

二次围堰选择在官洲河低潮位时封闭,这样可以减少坑内排水的工作量。在坑内排水的过程中,测试坑内、外水位的变化速度,以坑外地下水位降低的速度来指导下一步坑内排水速度,测试结果如表5所示,可以看出,在坑内排水的同时,坑外地下水位也明显降低,但坑外地下水位降低速度明显慢于坑内水位降低速度。

2.4 干坞基坑二次开挖阶段的边坡水位变化分析

干坞基坑于2009年9月25日排水卸载完毕,马上进行基坑二次开挖,期间对坑外地下水位持续进行观测,结果如表6所示,可以看出,在基坑二次开挖的前半个月内,坑外地下水位继续明显下降,下降至-3.2m时逐渐趋向于稳定。

表5 干坞排水阶段水位测试表Table 5 Statistics of water levels outside foundation pit during water discharging period m

表6 基坑二次开挖期间边坡水位变化情况表Table 6 Statistics of water levels outside foundation pit duringsecondary excavation period m

3 结束语

干坞基坑灌水加载阶段,坑外土体属“吸水”过程,干坞基坑排水卸载及二次开挖阶段,坑外土体属“吐水”过程[9]。及时、准确掌握灌水期间的坑内、外水位变化规律,有助于工程技术人员判断坑内、外地下水位连通情况,进而为设置排水卸载期间的抽水速度提供依据[10];而排水卸载阶段及基坑二次开挖阶段的坑内、外水位变化规律也是判断基坑稳定性的一个重要因素,掌握其规律并利用其规律指导施工取得了明显效果。从测试数据看,“吸水”速度大于“吐水”速度,由于边坡持水能力,造成边坡内外水差局部最大达4m,对边坡稳定造成威胁,但由于事先对坡角进行了处理,边坡内部渗流并未对边坡稳定造成危害,整个过程中的边坡稳定性很好。

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