竖井锁口圈突变原因分析及处置措施探讨

王智，张建坤，梁春，王金明

(北京市勘察设计研究院有限公司，北京 100038)

1 引 言

目前我国轨道交通处于大规模建设期，相应的地铁车站、施工竖井、区间等临近河流等情况越来越多。根据相关研究，地铁施工区域附近临近河流，对地铁施工影响较大，可能出现过水通道，形成水力联系，坑内涌水渗漏情况时有发生。

本文以某车站竖井开挖期间锁口圈出现变形突变事件对其原因、应急处置及风险进行分析阐述，以期对后续类似工程提供借鉴。

2 工程概况

北京某地铁某车站疏散口竖井内净空尺寸为 4.2 m×9.43 m，设计深度 21.306 m。为了满足竖井使用时吊装要求，加强竖井结构的整体稳定性，在竖井井口设置了钢筋混凝土锁口圈梁。竖井东侧临近某河，距河道上开口线约 23 m。疏散口竖井平面位置如图1所示。

图1 疏散口竖井平面位置图

3 工程地质及水位情况

3.1 工程地质情况

基坑地层自上而下主要为素填土、杂填土、圆砾、卵石等土层；地下水位位于竖井底板以下。

本工程地层情况分布情况如下：

人工堆积层(Q4ml)

①层素填土：褐色、潮湿，黏质粉土为主。

①1层杂填土：由建筑材料垃圾等组成。主要为水泥块、卵石及碎石等，偶见木屑，生活垃圾主要成分为塑料袋等，均以黏性土、细中砂等充填。

一般第四纪沉积层(Q4al+pl)

②层黏质粉土-砂质粉土：褐黄色，稍湿，稍有粗糙，摇震反应中等，含云母片，氧化铁斑点，碳渣等。

②1层粉质黏土-黏土：切面光滑，无摇震反应，含云母片、氧化铁斑点，碳渣等。

③层细中砂：黄色，成分以长石、石英为主。

④层圆砾：中度密室，含量约占55%，一般粒径 5 mm～20 mm，最大粒径约 60 mm，级配较好，以含约30%的粗中砂及少量的黏性土充填。

④2层砂质粉土：切面稍有粗糙，摇震反应中等，含云母片，氧化铁斑点片等。

一般第四纪冲积层(Q4al+pl)

⑤层卵石：稍湿，中密，呈亚圆形，母岩成分以石英岩、砂岩及花岗岩为主，含量约占60%，一般粒径 30 mm～70 mm，最大粒径约 120 mm，级配较好，以含约30%的粗中砂及少量的黏性土充填。

⑥3层圆砾：杂色，母岩成分以砂岩、石英岩为主，含量约占55%，一般粒径5 mm～20 mm，最大粒径约90 mm，级配较好，以含约25%的细中砂及少量的黏性土充填。

3.2 水文地质条件

根据水文观测井的水位监测数据及本次钻探揭露：本次勘察深度范围内共出现一层地下水，类型为潜水。含水层主要赋存予砂卵石层中，潜水由于受到降雨降水等因素影响，水位有一定的变化，水位变化高度一般为 2 m～3 m。勘察期间实测地下水位(2014.11～2015.5测)为：地下水位埋深 19.6 m～24.8 m，相应水位标高 19.45 m～20.68 m。

某河现状河道宽13.0 m～14.0 m，河岸为土质边坡，河底无衬砌；水深约 0.4 m，水源为雨、污水合流的排放水。

调查、走访、勘察以及水力联系专项调查结果综合表明：车站南侧的地表水-某河和其下的地下水有一定联系，地表水的下渗会对拟建工程的施工产生不利影响。地表水的现状渗漏总量约 61 m3/d，可能出现的最大渗水量为 760 m3/d。

4 施工风险事件详情及应急措施

4.1 竖井锁口圈结构及周边地表变形突变

施工进度：2019年9月19日，竖井开挖深度7 m，开挖速度较快，初期支护不及时，竖井内直撑和角撑施作不及时，竖井锁口圈及周边地表出现明显变形。竖井监测布点图如图2所示。

图2 监测布点图

监测数据：竖井锁口圈结构沉降及位移、竖井周边地表出现明显变形，监测点出现监测预警。竖井整体朝向东北侧某河方向偏移。锁口圈结构沉降监测数据时程曲线图如图3～图6所示，锁口圈结构位移监测数据时程曲线图如图7～图10所示，竖井整体偏移情况如图11所示。

图3 竖井西侧锁口圈ZQS-56-01位移点时程曲线图

图4 竖井北侧锁口圈ZQS-56-02位移点时程曲线图

图5 竖井东侧锁口圈ZQS-56-03位移点时程曲线图

图6 竖井南侧锁口圈ZQS-56-04位移点时程曲线图

图7 竖井西侧锁口圈ZQC-56-01沉降点时程曲线图

图8 竖井北侧锁口圈ZQC-56-02沉降时程曲线图

图9 竖井东侧锁口圈ZQC-56-03沉降点时程曲线图

图10 竖井南侧锁口圈ZQC-56-04沉降时程曲线图

竖井锁口圈整体偏移情况如图11所示。

图11 竖井整体偏移情况

竖井周边地表沉降监测点出现明显变形，竖井东侧的DB-58-03地表监测点累计变形量 -44.97 mm(控制值 30 mm)，变形速率 -3.03 mm/d(控制值 3 mm/d)，已达到红色预警状态。

取竖井东西向断面4个地表点做时程曲线图，可得明显沉降槽曲线，如图12所示。

图12 竖井东西向断面地表沉降槽曲线

应急措施：①施工单位立即对竖井底部挂网封底，并在底部打设注浆管进行注浆，补齐直撑和角撑。②竖井四周打设探孔，观测硬化地面是否出现空洞。如图13所示。

图13 竖井周边打设探孔

4.2 竖井坑底出现渗漏水

施工情况：竖井开挖深度7 m时，竖井底部出现持续渗漏水。

应急措施：①对河道内积水进行导流，防止积水继续渗漏至竖井；②竖井内设置集水坑进行排水。竖井渗漏水及某河积水情况如图14、图15所示。

图14 竖井底部出现渗漏水

图15 某河积水情况

4.3 处置效果

现场采取应急措施后，竖井锁口圈及周边地表监测点变形渐趋稳定。竖井内抽排积水后如图16所示。河道积水导流后如图17所示。

图16 竖井积水抽排完毕

图17 河道积水导流完毕

5 原因分析

当日下午5时，施工单位组织召开专家咨询会。与会专家经过听取各方汇报，经研讨论证后，分析预警产生原因主要有以下几点：

(1)竖井结构及周边地表整体出现下沉，且靠近河道附近的竖井东侧周边地表点沉降量大于竖井西侧周边地表点沉降量，河道与竖井距离较近，河道内积水渗漏至竖井内，形成水力联系，致使竖井内水土流失；竖井与某河地质纵断面图如图18所示。

(2)竖井四周为埋深7 m的杂填土，土质松软，竖井开挖扰动对周边地面影响较大；

(3)锁口圈监测点布设滞后，土方开挖深度 5 m后，开始布设锁口圈结构沉降及位移监测点，未能及时反馈锁口圈变形情况；

(4)施工进展较快，直撑和角撑架设滞后，影响竖井初支结构稳定性。

图18 竖井与某河地质纵断面图

6 总 结

(1)重视监测在施工过程中不可替代的作用。本次事件中，施工单位安全意识较为淡薄，锁口圈监测点布设滞后，未能第一时间获取锁口圈变形监测数据。第三方监测单位监测数据反馈及时，发生风险事件后及时加密现场监测及巡视频率，为遏制风险进一步扩大提供数据支持，信息化指导施工。

(2)竖井施工过程中，需严格按照设计要求施工，及时架设直撑和角撑。

(3)施工单位应急处置得当，竖井内及时抽排积水，河道积水进行导流，切断河道与竖井水力联系。并及时补设直撑和角撑，竖井内进行注浆加固，竖井外周边及时探孔取样。

(4)后续类似竖井、明挖基坑临近河道等风险源，建议提前了解做好地质探查，查明竖井、明挖基坑与河道是否存在水力联系，将后续施工过程中发生的风险隐患扼杀在萌芽状态。