南通富水砂层对地铁基坑开挖的影响分析

吕志林，曾昭波

1.南京坤拓土木工程科技有限公司，江苏 南京 210041

2.江苏省地质隧道与地下工程科技有限公司，江苏 南京 210041

南通市地处长江入海口，第四系覆盖层厚度大于200m，浅部以粉土、粉砂及粉质黏土夹粉土、粉砂（淤泥质粉质黏土夹粉土、粉砂）为主，地下水丰富。众所周知，地下水是地下工程建设的最大安全风险，特别是在沿海沿江地区。文章从地质、水文及工艺等方面对影响南通地铁基坑施工的因素进行了分析，提出处置措施，为类似地层中地铁基坑开挖施工提供参考。

1 工程概况

南通地铁1号线一期全长约40km，呈西北-东南走向，设站28座（其中换乘站有5座），除2座三层站外，其余均为地下二层车站（换乘站为地下三层）。车站基坑开挖深度约17～27.5m，采用地下连续墙+钢（砼）支撑作为基坑围护结构体系，基坑内采用管井井点疏干降水、降压井降水，局部坑外设置回灌井等进行地下水的控制。

2 工程地质及水文特点

2.1 地层分布特点

南通地区以砂性地层为主，地质资料显示，地面下50m以浅地层分布为主，具体如表1所示。

表1 南通地区地面下50m浅地层分布汇总表

2.2 地下水埋藏特点

南通地区地下水可分为潜水及承压水两类。潜水主要赋存于浅部粉土、粉砂及填土层中，含水量较丰富，主要接受大气降水垂直补给及地表水体的侧渗补给。承压水主要赋存于黏性土地层以下的粉砂、粉砂夹粉土等砂性地层中，水量丰富，主要为径流及越流补给。局部黏性土地层较薄或者缺失，潜水与承压水之间存在一定的水力联系。

2.3 水文地质参数

沿线现场抽水试验得出的各地层水文地质参数如表2所示。由表2可知，场地内的③层土均为中等透水～弱透水地层，有利于地层降水；④层土为弱～微透水层，可视为相对隔水层。

表2 各土层抽水试验水文地质参数表

3 基坑开挖情况

根据基坑降水专项施工方案将坑内水位降至开挖面以下1～2m时，开挖面整体干燥，易于开挖。但在施工过程中时有围护结构渗漏，以及基底标高附近开挖面的渗水和积水情况，严重影响基坑开挖进展，特别是20m以上的深基坑，情况更明显。

统计表明，基坑开挖期间，基坑深度≤21m，基底处于层③2粉砂及以浅地层时，基坑围护结构发生渗漏的情况占比为15%，坑底附近开挖面渗水的情况占比为70%，其中积水明显的占比为15%；基坑深度＞21m，基底处于③2层及以下地层时，基坑围护结构发生渗漏的情况占比为71.4%，坑底附近开挖面渗水的情况占比为100%，其中积水严重的占比为57.1%。具体统计情况如表3所示。

表3 影响深基坑土体开挖的因素统计表

4 原因分析及处置措施

4.1 围护结构渗漏

南通地铁基坑围护结构采用长度为6m、厚度为0.8m及1m的地连墙，深度为30～50m，墙体之间采用工字钢接头连接。经统计，围护结构渗漏主要发生于墙体接缝部位，且多集中于基坑中部和下部开挖面附近，偶有发生于基坑开挖面以上的情况。其原因主要为以下几方面：（1）地下连续墙接缝因素。地下连续墙存在施工质量缺陷，接缝位置夹泥夹砂或墙缝部位混凝土局部不密实，产生贯通缝隙，这是围护结构发生渗漏的最主要原因。（2）地下连续墙垂直度因素。地下连续墙施工期间相邻墙体垂直度出现误差，造成开叉现象，接缝抗渗漏能力削弱。（3）地下连续墙受力变化因素。地下连续墙接缝存在薄弱结构面，外力的变化引起结构薄弱面损坏，造成渗漏，如在钢支撑拆除后基坑开挖面上部发生的渗漏。

为了降低或消除基坑渗漏对基坑土体开挖的影响，施工现场采取基坑开挖前的地下连续墙接缝止水加固、开挖过程中的掏槽检缝、基坑中下部接缝部位加焊钢板回灌水泥浆、及时架设支撑等措施，有效地减小了围护结构渗漏的频次。

4.2 开挖面渗水

南通地铁基坑降水均采用管井梳干降水结合降水井降水，坑外设置回灌井。开挖面渗水情况多发生于20m以下，其主要原因如下：（1）地层自身差异因素。地层20m及以下分布的黏性土地层孔隙比大，含水量大，渗透性与粉砂层差异较大。降水期间黏性土地层中的孔隙潜水不能与砂性地层中的潜水一样被快速抽排，在开挖过程中受扰动后就会析出，汇集成积水。（2）“鼓包状滞水”作用。黏性土地层渗透性较差，加之降水井漏斗及井损作用，以及降水井滤管设置不完全等，在黏性土与砂性土接触面上方会形成滞水带，即“鼓包状滞水”，较难疏干。尤其是当坑底埋深接近黏性土地层时，这种情况更明显。（3）施工技术限制。根据现阶段工程降水的适用条件，除管井降水外，现有的井点降水不能经济地适用于浅部分布的黏性土地层，基坑开挖期间无法同步对深部黏性土地层中的孔隙潜水进行抽排。

在实际基坑开挖期间，施工现场采取逐层轻型井点辅助降水、水泥或石灰搅拌干燥处理等方法进行处置，但同时也浪费了大量工期。

5 结论

南通地铁深基坑开挖期间易出现基坑围护结构渗漏及坑底开挖面积水等问题，对基坑开挖的影响比较明显，需要从以下方面采取措施加以控制：（1）基坑围护结构施工期间，需加强地下连续墙的施工质量，包括槽壁加固、泥浆控制、接头刷壁、混凝土浇筑等，确保围护结构不出现质量缺陷。（2）对于开挖深度大于20m的基坑，需采用地连墙接缝止水加固、掏槽检缝、加焊钢板回灌水泥浆等措施降低围护结构渗漏对土体开挖的影响。（3）基坑开挖期间需加强对20m以下黏性地层中的地下水的处置，可根据开挖进度逐层增加轻型井点辅助降水，或选择无污染的干燥剂辅助开挖。