超大超深基坑涌水涌砂预案及抢救措施

张晶磊

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092）

1 工程概况

1.1 工程地理位置及周边环境

中间风井位于长江北岸，纬七路公路过江隧道南侧，浦口制水厂西侧。结构距离长江江北大堤约350 m，距离北侧纬七路隧道约60 m，基坑边距离东侧浦口制水厂围墙约15.7 m。

1.2 设计情况

中间风井平面外包尺寸为124.8 m×22.9 m，底板埋深约23～30.5 m，结构为地下三层箱型框架结构，采用明挖顺做法施工。基坑围护结构采用地下连续墙+内支撑的形式。中间风井基坑开挖前对基底采用三重管高压旋喷桩进行“裙边+抽条”形式的加固，加固区为基底以下3 m。

地下连续墙厚度为1 200 mm，深度分别为44 m、45 m、46 m、52 m、58 m，单元槽段共 58幅，单幅标准长度为5.2 m。地下连续墙采用“H”型钢板接头，与主体形成叠合式侧墙结构。地下连续墙设计插入深度按1:1设计，墙底进入粉细砂层及卵石圆砾地层，见图1。

基坑支护系统由混凝土支撑与钢支撑组成：西端盾构井共设置6道支撑，其中第一、四、五道为混凝土支撑，其余为钢支撑；中间标准段共设置6道支撑，其中第一、四道为混凝土支撑，其余为钢支撑且第五道为并撑；中间标准段加深段共设置7道支撑，其中第一、四道为混凝土支撑，其余为钢支撑且第六道为并撑；东端盾构井共设置7道支撑，其中第一～六道为混凝土支撑，第七道为钢支撑；同时在每道支撑的东西端盾构井内阴角处设置混凝土角板撑。

1.3 工程和水文地质情况

（1）工程地质

中间风井勘探深度内地层为第四系松散层和白垩纪上统浦口组基岩，松散层岩性主要为淤泥、淤泥质粉质黏土、粉质黏土、粉土、粉细砂、中粗砾砂、及卵砾石混合土。浦口组基岩顶板埋深大于65 m，岩性为泥质粉砂岩、泥岩。主要特殊性土为软土，区间内均有分布。主要不良地质作用为砂土液化。

本工程地质情况较差，从地表至槽底依次为：①-2层素填土、②-1 a层黏土、②-2 b 4层淤泥质黏土、②-3d3-4层粉砂、细砂、②-4d 1-2层粉砂、细砂、②-5d-1粉砂、细砂、④-4e1层卵石、圆砾、砾砂、含砾中粗砂，其中粉砂、细砂厚度达25 m以上，东端盾构井地下连续墙进入④-4e1层5 m左右；西端盾构井及标准段地下连续墙进入粉砂、细砂达19 m左右。

中间风井西端第一、二流水段基坑开挖深度范围内地层均为淤泥质粉质粘土；东端第一、二、三流水段基坑开挖深度上部约16 m范围内为淤泥质粉质粘土，其余下部为粉细砂地层。

（2）水文地质

本标段基岩裂隙水为碎屑岩类裂隙水，含水岩组岩性为白垩系浦口组泥岩，中间风井基坑内均有分布。

本工程孔隙潜水分布地层为基坑上层淤泥质粉质粘土地层。淤泥质粉质粘土地层夹粉砂、粉土薄层，并分布有透晶状粉细砂层，潜水层与下部微压水有一定的竖向渗透补给。孔隙潜水主要补给来源为大气降水、地表水入渗、灌溉水回渗，因区内地势平坦，地下水径流比较滞缓，水力坡度仅在千分之几至万分之几，排泄方式以自然蒸发、向长江等地表水体排泄以及少量的人工开采为主。

图1 中间风井地质剖面图

本工程下部微承压水分布于粉砂、细砂、卵石圆砾地层。微承压水主要补给来源为上部孔隙潜水下渗和长江水的侧向渗流，排泄方式以径流及向长江水体侧向渗流为主。

中间风井段地下水位埋深0.15～1.30 m，平均0.61 m，标高5.12～5.94 m，平均5.43 m。水位变化主要受大气降水和长江水位的影响，年水位变幅一般在1.0～1.5 m之间。微承压水水位埋深1.0～3.0 m。

长江南京段水位每年6～9月为汛期，水位达到一年中的峰值，11月～2月为枯水期，水位相对较低。

1.4 基坑开挖

中间风井基坑开挖前基底加采用三重管高压旋喷桩进行加固，加固形式为抽条+裙边，同时基坑外对两个端头井与中间标准段的阴角处进行加固。

基坑开挖施工遵循“分层、分段放坡开挖，开槽支撑、先撑后挖”的原则一直安全、有序进行，西端盾构井率先开挖至基底并顺利通过基底验收，随后进行西端盾构井内垫层浇筑，底板卷材防水层施工，底板钢筋绑扎并开始浇筑西端端头井底板。

2 中间风井基底突涌的紧急处理预案

本预案模拟中间风井在开挖至坑底，浇筑过程中在中间风井西端第一流水段与第二流水段底板接头处开始出现轻微渗水现象，渗水从已浇筑完成西端头井的垫层下逐渐涌出，且在水中明显夹杂有粉细砂。在进行封堵的过程中，涌水点出水量逐渐增大。基坑底部发生涌水涌砂时可采取的紧急处理方案及措施。

涌水险情发生后首先可采用水泵抽排积水、土工布塞实涌水点并用砂袋、商品混凝土等材料回填反压的方法试图将涌水点封堵。如遇涌水点出水量和水压较大，涌水点开始有扩大的趋势，西端盾构井及标准段开始出现大量积水的现象。此刻，立即停止坑内砂袋、混凝土的反压作业，疏散基坑内作业人员，将人员撤离基坑。为有效控制基底突涌，采用向坑内回灌水反压平衡基坑内外的水压，减少突涌的涌水量。进行坑内回灌水反压平衡灌水时可按照以下步骤实施：

（1）向基坑内回灌水对突涌进行反压，使基坑内回灌水水位保持至少在第四道混凝土围檩顶部以上，从而平衡基坑内外水头差，减弱涌水压力和影响，并根据实际情况判断回灌水位。

（2）经过对坑内回灌水水位监测数据情况进行分析后，确认管涌水压明显得到控制后，可暂停向坑内回灌水。

（3）分析研究地连墙施工资料及监测数据，立即在西端头井附近地连墙外周布设钻孔进行注浆处理，通过注浆压力与流量确定是否存在绕流涌水通道；并采用双液浆注浆或聚胺脂封堵绕流通道，保证注浆孔位间距不大于1m进行布置。

（4）增加坑内降水井的开启数量，加强坑内抽降水能力。

（5）停止坑外回灌，回灌井内调配大功率水泵作好强制降水准备。

（6）加强现场测量监测工作，尤其注意地连墙变形、支撑轴力、水位、地层沉降等项目的连续监测。

（7）开始进行坑外注浆加固处理，同时对坑内回灌水水位进行详细的监测和记录。

（8）待基坑涌水处理完成后，经过评估后方可进行下步开挖施工。

3 突涌封堵后的后续处理方案

水位降至底板后清理西端第一流水段、标准段涌水处的淤泥沉渣等杂物。首先人工用铁锹铲除表面的淤泥和沉渣，对于人工清理困难的泥浆通过高压水枪冲洗配合泥浆泵抽排的方式清理干净，保证人员在基底可以正常作业。

西端第一流水段在基底完成淤泥、垃圾清理后，采用人工风镐破除底板混凝土，乙炔切割的底板钢筋和凿除的混凝土先采用人工清理配合吊车垂直运输的方式转运出基坑，剩余的浮渣等杂物采用高压水冲洗配合泥浆泵抽排的方式清理干净。

为保证将底板的强度和防水质量，将西端第一流水段已浇筑的钢筋混凝土全部凿除，并重新施做底板防水和钢筋混凝土，以确保底板良好的整体性。对已经施做完成的底板垫层，破除过程中应加强保护，尽量减少对基底的扰动。重新施做底板卷材防水层之前，应对底板垫层破损处进行修补，以免对防水层造成损坏。

西端第二流水段在绕流处理时在涌水位置回填了大量的砂袋和混凝土，本段处理的重点是清除突涌前期处理时回填的反压覆盖层。

由于西端第二流水段处施工作业空间较大，清理基底反压覆盖层时可采用人工配合小型液压镐（炮头）的形式进行破除，破除后底板的清理采用小型挖掘机配合履带吊垂直提升转运出基坑。

底板清理过程中应安排专人对基底原涌水处及新开挖土层进行全程监控，同时对基坑内外的监控量测情况及时进行分析，保证基坑在安全可控的情况下对突涌后的底板进行处理。

为保证基坑安全，将西端第二流水段底板分为两段进行施工，对未开挖到位的土方视情况确定开挖长度，原涌水处底板出露后尽量缩短暴露时间。同时底板开挖完成后应加大人员、设备的投入，以最快的速度完成接地网、垫层以及防水施工，而后先绑扎底板钢筋、安装模板，完成混凝土浇筑作业。

4 后续施工安全措施

（1）防汛抢险小组成员要实行24 h值班制度；

（2）严格执行抢险领导小组组长安排；

（3）无条件服从抢险小组的统一指挥；

（4）抢险所需物资服从抢险的紧急调用；

（5）任何部门和个人都有参加抢险的义务；

（6）雨衣、手电、方木、编织袋、草袋、工字钢、钢管、钢板、引水管、防毒面具等抢险物资做到库存充足；

（7）在抢险作业中人员必须穿防滑鞋，高空作业必须系安全带；

（8）吊装材料时须专人指挥，下方不得站立人员，材料必须捆扎牢固后方可吊放，不得单点吊放材料。