佛山市铁路投资建设集团有限公司 广东佛山 528000
摘要：结合某地铁车站基坑围护结构施工、管线迁改及保护施工等施工实际情况，采用调查走访、理论分析、降水井声呐检测等手段揭示了该地铁站海相淤泥层及富水砂层的工程特性和基坑渗漏风险。根据数值模拟和施工实际表明三轴搅拌桩、接缝钢板焊接加固止水等措施对基坑渗漏及周边构筑物变形的良好控制作用，对后续佛山地区地铁施工技术有一定的参考和借签意义。
关键词：调查走访；理论分析；声呐检测；三轴搅拌桩；接缝钢板；基坑渗漏
引言
我国正处在轨道交通工程大规模、高速度、超常规、跨越式建设高峰期[1]；佛山市陆续开建多条地铁线路，鉴于佛山市特殊区域地层条件及复杂的水文地质情况，有必要对地铁3号线地质特殊站点的建设进行跟踪研究。
１工程概况
1.1工程简介
某车站为佛山地铁3号线中间车站，与已运营的广佛线换乘，车站位于南桂东路与南海大道交叉口，沿南海大道南北向布置。车站为三层岛式车站，全长211.4米，标准段宽为20.9米，换乘节点宽度29.6米，南北两端盾构井度25.6米，车站基坑开挖深度24.22-26.72米。
1.2工程地质
车站从上至下土层分别为：（1-1）素填土、（1-2）杂填土、（2-2）粉砂、（2-1A）淤泥、（3-1）粉细砂、（3-2）中粗砂、（5N-2）粉质粘土、（6）全风化岩、（7-2）强风化岩、（8-2）中风化岩。
基底主要位于（5N-2）粉质粘土层、（6）全风化碎屑岩层，局部位于（8-2）中等风化泥质粉砂岩层；连续墙底主要位于（6）全风化碎屑岩层、局部位于（5N-2）粉质粘土层、（8-2）中等风化泥质粉砂岩层。
1.3水文地质
车站基坑地层地下水位的变化受地形地貌和地下水补给来源等因素控制，地下水位埋深较浅。每年4～10月为雨季，大气降雨十分充沛，水位明显上升，而在冬季因降水减少，地下水位随之下降，水位年变化幅度为2.5～3.0m。
钻孔勘察揭露的地下水水位埋藏变化较小，主要为第四系松散孔隙水，地下水位普遍较浅，实测砂层静止水位埋深为1.50～4.30m，平均埋深为2.42m，基岩静止水位埋深为2.10～3.00m。
2基坑渗漏风险分析
2.1调查走访
海相淤泥层、富水砂层在地区沿海地区很普遍，由于淤泥和砂的胶结力很差，强度很低，基坑开挖后土体自稳性差，如果基坑存在渗漏缺口就易引起基坑周围地表沉降变形，甚至发生塌方[2]。在淤泥层、富水砂层中施工，考虑水渗流力的影响，淤泥层、砂层的物理力学性质变得更加复杂，应重视预防涌水、涌砂等地质灾害，防止沉降引起严重环境问题[3]。通过对广佛线施工情况进行调查走访，表明该站位置曾在施工过程中发生过涌水涌砂，印证了海相淤泥层、富水砂层施工可能存在高风险的判断。
2.2渗漏深度对基坑安全的影响
珠江三角洲地区多年地连墙施工经验表明，相邻地连墙接缝处存在裂缝的可能性较高，淤泥层、富水砂层等软层土在水流渗力作用下，会放大裂缝的渗漏作用[4]。目前对深基坑开挖围护体系的设计主要有传统的荷载—结构模型和考虑土—结构相互作用的连续介质模型（有限单元和有限差分法）[5]。通过PLAXIS 3D 2012软件对该站围护体系进行有限单元法模拟分析，模拟两幅地连墙接缝处存在宽度5cm长20cm的渗漏点时，地连墙的变形情况。
根据基坑监测结果和土体水平位移图2.2-5推算，当渗漏点位于基坑中腰位置时，对基坑外侧10-17m范围内的土体及构筑物沉降变形有重大影响，当渗漏点位于基坑底砂层与风化岩层交界处时，对基坑外侧20-45m范围内的土体及构筑物沉降变形有重大影响。
2.3换乘节点、盖板对基坑渗漏风险的影响
在基坑内设23座降水井，通过降水井声呐检测，测出基坑盖板交接处、基坑与广佛线换乘节点处出现渗漏裂缝的可能性较大。
基坑盖板交接处可能出现裂缝的原因是此处地连墙分幅接缝处两侧受力不均，盖板上车辆压力使地连墙受压后沉降大，而相邻处地连墙没有受压沉降小，相对沉降差可能导致渗漏裂缝。
基坑与广佛线换乘节点处可能出现裂缝的原因是此处车站基坑截面由20.9m扩大到29.6m。另外换乘交叉处靠近广佛线，较小的沉降可能引起地铁列车停运，根据地铁运营规范，必须控制既有线路轨道沉降不超过5mm[6]。
3控制措施
综合各种风险因素，要保证该站基坑安全，重点是基坑防水隔水。除了2道混凝土支撑，2道钢支撑等支撑加固基坑外，针对该站基坑开挖后可能出现的渗漏，采取“监控量测、三轴搅拌桩加固、接缝焊接钢板止水、前进注浆加固、MJS注浆加固”等措施在开挖前将基坑渗漏风险降低到可接受范围。
由于篇幅所限，本文仅简单介绍三轴搅拌桩加固和地连墙接缝焊接钢板止水对该车站基坑渗漏变形的预防控制作用。
3.1三轴搅拌桩加固
车站地下水位高，水量丰富，且车站基坑地下连续墙穿越厚砂层和淤泥层，直接施工地下连续墙成槽十分困难。为了解决淤泥层、粉细砂层低强度、低自稳性对基坑围护结构施工的干扰，在地下连续墙施工前先在地连墙位置两侧增加三轴搅拌桩进行槽壁加固和兼做止水帷幕，以增强基坑围护结构的抗渗漏性和稳定性[7]。图3.1-1是三轴搅拌桩的主要参数。
在原模型基础条件不变的情况下，增加地连墙外侧三轴止水帷幕层850mm，再次进行模拟，模拟结果表明：①当渗漏点位于基坑中腰位置时，基坑地连墙变形最大处0.05m，较原来0.13m减少了62%。②当渗漏点位于基坑底砂层与风化岩层交界处时，基坑地连墙变形最大处0.14m，较原来减少了49%。③当渗漏点位于基坑中腰位置时，对基坑外侧的影响范围为3-7m，当渗漏点位于基坑底砂层与风化岩层交界处时，对基坑外侧的影响范围为5.5-12m。地连墙外侧增加850mm厚三轴止水帷幕后，渗漏对周围环境的影响范围大幅缩小。
3.2地连墙接缝焊接钢板止水
地连墙厚度为1m，三轴搅拌桩止水帷幕厚度0.85m，而拟开挖后焊接的接缝止水钢板厚度仅为3mm；另外地连墙、三轴搅拌桩与钢板之间存在材质的巨大差异；由于厚度上和材质上的巨大差异，接缝增加钢板在软件PLAXIS 3D 2012模拟可能的裂缝渗漏时不能构建出恰当的数值模型，导致不可能对此进行理论模拟分析。通过查阅相关地铁车站抢险施工记录和咨询资深地铁建设管理人士，表明地连墙接缝焊接钢板止水加固措施，虽是出自于经验性质的施工控制措施，但的确能预防车站基坑渗漏风险和控制基坑变形。
4结论
（1）地铁基坑相邻地连墙之间往往有一些裂缝，虽然裂缝并不一定导致基坑渗漏和变形，但地下水水力渗流作用会增加基坑渗漏风险。当地下水充沛且地铁基坑围护结构处于淤泥层、粉细砂层、砂层等地层中时，基坑渗漏风险的分析对围护结构设计、施工及可能采取的加固措施具有重要指导意义。
（2）有限元软件数值理论分析虽然比较直观的揭示了三轴搅拌桩对地连墙围护体系抗渗漏的加固作用，但围护体系增加接缝焊接钢板使原数值模型复杂化而难以得出模拟结果；参数和模型建立比较简单和理想化，限制了理论分析。
（3）渗漏裂缝在基坑平面上分布不均，基坑形状、基坑周围构筑物等因素对接缝处可能产生的渗漏及其影响范围有重要影响作用；渗漏裂缝对基坑的破坏作用随基坑深度增加而加大，渗漏点位于基坑底砂层与风化岩层交界处时，基坑的渗漏和变形风险将达到极大值。
（4）类似地铁车站抢险施工记录和建设经验表明，地连墙接缝焊接钢板止水加固措施是经过实践检验的防渗漏和基坑变形控制措施，在淤泥层、富水砂层分布广泛的佛山地区地铁车站基坑施工中应予以推广。
参考文献：
[1]徐明，邹文浩，刘瑶.超大直径泥水盾构在砂土中的开挖面稳定性分析[J].土木工程学报，2012，03）：174
[2]Sivathayalan，Siva.Logeswaran，Paramagur.Behaviour of sands under generalized drainage boundary conditions[J].Canadian Geotechnical Journal，2007，44（2）：139-140.
[3]Sund，Huang W，Yao Y.Granular Matter.An experimental study of failure and softening in sand under three-dimensional stress condition[J].Granular Matter，
2008，（10）：187-188
[4]竺维彬，鞠世健.珠江三角洲城际快速轨道交通广州至佛山段（首通段）盾构隧道工程施工技术研究[D].人民交通出版社，2013
[5]Elasto-plastic analysis of the interface behavior between granular media and structure.GENNARO V，FRANK R.Computers and Geo-science.
[6]竺维彬，廖鸿雁，黄威然.地铁工程重大地质风险控制模式研究[J]，都市快轨交通，2010（02）：43
[7]姚兵.三轴水泥搅拌桩在软弱地基处理的应用[J].铁道建筑.2010（02）
论文作者:饶彪
论文发表刊物:《建筑细部》2018年1月中
论文发表时间:2018/8/14
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