复杂地质条件下的天津地铁深基坑工程

1、复杂地质条件下的天津地铁深基坑工程天津地区的地质条件比较复杂。 天津位于渤海西岸， 华北平 原内的海河河口，地貌以冲积平原为主，地势平坦。天津市第四 系分布广、厚度大，埋深 500-550m。天津市区地层不仅呈现陆 相和海相沉积交替出现的特点， 还呈现出沉积物的多源性和沉积 环境的多变性。 其结果是， 地基中的隔水层 （粘性土） 厚度较小， 分布不连续， 相隔不远就出现了缺口； 而透水层多由粉土和粉细 砂构成，极易发生渗透破坏。第四系地下水是地质演化的结果，可分为四个孔隙含水层。 其中第一含水层为潜水含水层由杂填土、 粉土、粘土和粉砂 组成。初始地下水位埋深约为 1-2m。第二含水层为微承压水

2、层，主要为粉土、粉细砂，初始水位 埋深 2-3m。第三含水层为微承压水层，主要为粉土、粉细砂。初始水位 埋深 3-4m。第四含水层为微承压水层，主要为粉土、粉细砂。初始水位 埋深大于 10m。上述各个含水层之间均互相具有水力联系。 从第二和第三层 承压水初始水位相差不大来看，也可看出二者联系很密切。根据笔者的体会， 天津地区由于交互沉积的特点， 地面以下 30m以内的地层中，粘性土隔水层厚度很薄，且很多地段缺失;粉土、粉细砂厚度很大，有的地段超过60-70m。这些导致基坑底部承压水突涌问题很大； 导致地连墙深度加大。 有的基坑深度 不到20m而地连墙深度却达到 60m天津自 2001 年开始修

3、建地铁以来，已经开通了 1、 2、 3、 9 号线，还有四五条线正在施工。 由于地质条件复杂和承压水的严 重影响，已建工程中发生了一些这样或那样的工程事故和质量问 题，从总的方面来看， 绝大多数都是因为对地下水认识不足而引 起的。比如 1 号线的某车站（见图 1），就是因为地质勘察深度不 够和对承压水认识不深，造成了基坑突涌和居民搬迁的事故。还有如 3 号线的某车站（见图 2），其支护地连墙墙底悬在 粉细砂透水层中。在承压水（水头 21.7m）作用下，基坑底部下 面的 5.7m 厚的粘土不足以压住承压水的浮托力；基坑还未挖到 底，就发生了严重的突涌冒砂，周边的小区楼房迅速沉降偏斜， 不得已只好

4、把商品混凝土运来， 倒在基坑中， 直到达到 2.5m 厚， 才制止了事故。这是因为设计失误而造成了基坑事故。在天津，还有不少类似的基坑事故 , 分析这些基坑事故的 原因，主要有以下几点：1 、勘察工作不细，工作深度不够；特别是对承压水认识不 足。2、设计规范和设计方法有问题。目前的建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99 ）已经不能适应目前的基坑工程现状；而根据这个规程作出的设计也难免有失误。3、基坑工程施工本身质量没有达到预期的效果，出现了很 多缺陷和漏洞。4、基坑的设计和施工没有充分考虑周边环境的影响，防控 措施不当。5、运行管理失误。比如没有及时解决水泵供电中断或堵塞 问题。由于采取了各

5、种防护措施，我们所在的 3 号线红旗南路车 站，多年来一直比较安全地进行施工，没有出现大的问题。二、地铁深基坑工程的设计施工优化 由于天津地质条件的特殊性，地铁建设、设计、施工和科研 部门，多年来一直在探索减少基坑事故、提高工程施工效率、保 证工程安全的方法和措施。对于影响深基坑安全的基坑渗流问 题，给与了特别关注。（一）坑底的渗流稳定计算方法1、如何判断坑底抗浮稳定性 （1）目前有几种计算坑底抗浮的方法，多是以上部荷重与 下部浮托力相平衡且有一定安全系数来考虑的。 实际上这只是一 种平衡（即荷载平衡）。由于土的凝聚力不同而造成的内部抗渗 透能力不同， 所以还需要核算第二种平衡条件， 也就是渗

6、透比降 的平衡问题。2）目前，基坑的平面尺寸已经做得很大，例如长度可达 上千米，宽度可达200米以上，基坑面积十几万二十几万 基坑深度可达4050m基坑内部有几百根上千根大口径的深 桩和很多降水井。这样的基坑，从空间来看，其工程地质和水文 地质条件变化相当大，而且被人为切割、穿插，带来很多不确定 性和风险；故必须考虑一定的安全系数来提高工程安全度。（3）如何选取坑底地基抗浮安全度？ 对这个问题，要采取具体问题具体分析的方法来解决。 如果基坑规模很小， 深度不是很大， 坑底土质好且连续的 临时性基坑，则抗浮稳定安全系数等于 1.0 ，也是可以施工的。 对于特大型基坑，特别是一些滨河、滨海地区的基

7、坑， 由于海相、陆相交叉沉积，造成不透水层出现缺口漏洞，又受到 承压水顶托时，基坑的安全风险很大，宜取较大的安全系数，最 大可取 2.5 。 对于岩石基坑， 则应根据基坑底部位于残积土和风化层中 的位置和承压水头的太小， 来选取适当的抗浮安全系数， 总的来 看，可略小些。2、地基土抗承压水突涌稳定性的核算（1） 三种计算情况 坑底表层为不透水层。 上部不透水层全部被挖除，基坑底和地连墙底直接位于 透水层中。 成层（互层）地基情况。（2）计算内容核算地基土的抗承压水突涌的稳定性， 要进行两个方面的核外部荷载平衡计算， 即上部土的饱和重应大于承压水的浮 托力；并保持有一定的安全系数。在土体内部渗流

8、计算， 它的渗透坡降应当小于允许的渗透 坡降。要核算承压水沿地连墙内壁的贴壁渗流计算， 核算出口稳定 性。通常情况下，这种贴壁渗流不受控制的。（二）设计施工优化效果红旗南路基坑经过设计施工优化， 特别是把地连墙由 28.9m 加长到 40.7m 以后， 在施工过程中又采取了多种防范措施， 整个 3 号线的基坑施工顺利完成。三、深基坑工程突涌水处理经验（一）基坑底突水的处理 由于本深基坑工程地质条件非常复杂，有些情况难以预料， 需要我们及时加以分析和处理。 经过多年的施工及应急抢险处理 的经验，总结出以下几点解决地铁施工渗漏水处理经验：1、对于高压大流量渗漏水，应先引流减压再局部集中处理 最后完

9、全封堵。 不宜直接采用直接回填混凝土的方案。 涌水点插 入引流管（直径30mm- 100mm, 般选用塑料管就可以，对于 压力和流量特别大的涌水处理应采用专门的引流管和管口封闭器2、土方开挖前，应加强对降水井运行的观察并做好各种数 据的采集和分析，若有异常，查找原因，预测可能出现的情况、 制定相应处理方案，对土方开挖做到心中有数。3、开挖前须由五方（建设、勘测、设计、监理、施工）确 认开挖范围有无勘探孔，如有勘探孔必须制定专项方案。4、基坑土方开挖遵循“先探后挖”的原则，地铁土方开挖 作业时应加强对开挖面的观察， 发现异常及时采取措施。 一般的 渗漏发展都有一个过程， 提前处理往往可以减少经济

10、损失。 对各 种钻探孔周围土方进行开挖时，需特别留意钻探孔的情况。5、采用水泥水玻璃双液注浆时当出现跑浆现象时，浆液配 合比应根据情况适时调整至合适配比。 在同一条件下， 水泥中硅 酸三钙越多、水泥浆水灰比越低、水玻璃溶液浓度越低、水玻璃 溶液与水泥浆的比例越小，浆液胶凝时间越短。6、加强现场应急抢险物资储备、应急抢险人员组织，特别 是在特殊气候条件下（雨夜、冬季）现场组织抢险工作。7、对于地质水文情况较为复杂的工况，涌水的具体情况和 主要原因分析十分困难，这给确定抢险处理方案也增加了难度。8、对于基坑围护结构中部的渗漏或涌水，采用双液注浆处 理时，根据不同的地质条件确定注浆深度， 往往以隔水层基底以 下23m控制。9、基坑开挖时必须遵循时空效