某岩溶发育地区深基坑涌水事故分析及建议

某岩溶发育地区深基坑涌水事故分析及建议

周武

深圳市市政工程质量安全监督总站 518101

【摘 要】本文结合某岩溶强发育地区深基坑工程实例，对基坑开挖过程中遇到的涌水事故进行了分析，并对其处理方案和施工技术进行了详细的介绍，提出来相关预防、处理措施建议，以供同类工程参考借鉴。

【关键词】岩溶 深基坑 涌水 地下水 房屋沉降

随着城市建设的快速发展，深基坑技术应用越来越普遍，在土地资源极度匮乏的城市，深基坑更是朝着更深、更难、地质条件更复杂的趋势发展，其中岩溶便是一大难题。岩溶发育地区施工深基坑，基坑自身的稳定性往往设计都比较保守，基坑失稳、坍塌的风险相对较小，而由于岩溶裂隙压力水的存在，地下水的控制及对周边建（构）筑物的保护是最大的难点，如施工方案不合理或施工不当，极易出现基底涌水、周边建筑物沉降等事故。因此，探讨岩溶发育地区深基坑涌水处理措施十分必要。

一、工程概况

（一）基坑设计情况

本文研究的基坑是城市轨道交通共建管廊的一个综合井，场地内现状为道路边绿地及人行道，采用明挖顺作法施工，竖井长37米，宽15米，深26.42米，围护结构形式为地下连续墙，地下连续墙长30.76m。基坑共设置五道支撑，第一道支撑为砼支撑，间距6米，截面为1000×1000mm；第二道、第三道、第四道、第五道两端为砼腰梁+砼支撑，截面为1000×1000mm，中间段为钢支撑，间距3米，直径为800mm，厚20mm。

（二）水文地质及岩溶发育情况

1、本基坑开挖范围所涉及地层从上而下依次为：粉质粘土素填土、粉质粘土、含粉质黏土碎石、粉质粘土、微风化灰岩，底板位于微风化灰岩。地下水主要为第四系松散岩类孔隙水、基岩裂隙水和裂隙岩溶水。

图1 基坑围护结构地质剖面展开图

2、溶洞揭露情况：基坑范围内岩溶强烈发育，详勘中发现大小溶洞18个，溶洞总体积1281.33m³。溶洞充填特征：溶洞充填情况无明显规律，充填物为可塑状含碎石粉质黏土或无填充。

（三）周边环境情况

基坑距离北侧在建地铁区间盾构隧道约17m；距离南侧小区居民楼小区约14m，该房屋为地上19层框架剪力墙结构，地下1层为停车场，基础采用预应力管桩复合地基。

二、涌水事故简介

（一）涌水情况简介。12月14日，基坑开挖第四层土方时，在西端开挖至20.5m发生了涌水，涌水最大约120m³/h，至封堵完成累计涌水量为1770m³。1月14日，基坑西端开挖至25.4m深，距离基底1.02m，基坑西南角发生涌水，涌水量最大约130m³/h ，至水位平衡累计涌水量约4700m³。

（二）周边建筑监测情况。根据第三方监测，周边小区最大沉降量为18.4mm，其中第一次涌水前累计沉降5.91mm，第一次涌水后累计沉降为14.16mm，第二次涌水后累计沉降18.4mm，主要为北侧沉降量较大。

三、涌水事故发生后处理措施

（一）应急抢险措施。

1、采取了在涌水点埋设引流管，浇筑混凝土反压基坑涌水点外侧钻孔注浆封堵、回填土石和混凝土反压等措施，险情尚未排除。

2、为了防止地下水位下降再次引起周边建筑沉降，采取基坑回灌水措施达到完全平衡状态，基坑中部水深18.3m，基坑内积水约9100m³。

3、为确保涌水封堵加固处理期间基坑安全和基坑周边建筑安全，在基坑内整体浇筑不小于1m厚水下封底混凝土。

（二）后续加固方案。

1、进行岩溶补勘，探明漏水通道位置。原详勘沿围护结构边线外3m内布置钻孔，孔深至底板以下10m，共布置6个详勘钻孔和11条测线。为进一步探明漏水通道并对其进行封堵，涌水事故发生后进行岩溶补勘，补勘钻孔在围护结构边线外侧3~5m（施工围挡内），孔深至原底板以下20~25m，钻穿最下一层溶洞至完整岩不小于5m。补勘（补测）阶段共布置9个钻孔，钻孔间距12~16m，共布置物探测线17条。涌水事故后补勘共揭露溶洞36个，洞高1.74~18.94m，洞跨2.88~31.62m，溶洞数量较详勘增加一倍。

图2 补勘溶洞揭露情况

2、扩大岩溶处理范围。

原设计溶洞处理范围为：围护结构两侧3m范围内的所有溶洞均处理；底板以下5m范围内的所有溶洞均处理；底板以下5~10m范围内的溶洞，溶洞稳定岩面顶板高度小于3m时或者若覆跨比小于1，需进行充填处理；处理“串珠状”溶洞时，当洞体之间的完整基岩层厚度小于0.5m时，下层溶洞也应进行相应的处理。

涌水事故后，为保证基坑围护结构安全，也为减少浮渣清理等施工过程中涌水风险，扩大溶洞处理范围，对开挖面以下10米、围护结构外侧6米范围内的溶洞进行处理。

3、抬高底板，减少继续开挖风险。经过两次涌水，6号井周四边建筑物及管线已经出现了较大的沉降和位移，如后续继续失水对周边的影响较为严重。为减少基坑再次开挖风险，设计将原底板标高上抬5m，抬高后底板底位于第五道支撑顶面，避免切割、拆除第五道支撑，缩短见底后至底板封闭的空窗期，尽快完成底板封闭，确保基坑安全 。

4、采取基底封闭止水措施。对上抬后底板至基岩范围内的浮渣层及软弱土层进行处理，在目前封底混凝土破除前采用原位注浆加固处理方法，注浆孔间距2*2米。注浆浆液采用水泥浆，注浆填充系数0.3。注浆加固前现场钻孔探明回填料及下部土层的情况，根据实际情况局部可采用换填处理。

（三）涌水处置效果。基坑外岩溶处理及加固完成后，对基坑内的水进行抽排，水位每降1m，停止抽排观测2各小时，水位每降至钢支撑下0.5m，停止抽排检修钢支撑。直至基坑内水全部抽排完成，未见新的涌水情况。

截止4月21日，周边小区最大沉降量为17.8mm，沉降有所回升，建筑物沉降趋于稳定。倾斜率为0.055%，均在规范允许范围内。

四、涌水事故原因分析

经分析，造成本次基坑涌水事故的主要原因有：

（一）勘察不准确。对灰岩岩溶地层复杂性认识不足，在施工前详勘、补勘深度不足，未能探明基坑底部深层的溶洞。补勘揭露溶洞数量是详勘的2倍，导致一半以上溶洞未能在基坑开挖前提前处理。

（二）地质条件复杂。岩溶充分发育且利灰岩地层岩溶裂隙非常发育，岩溶水通过裂隙彼此相连，且土岩交界面裂隙最为发育。通过详勘、补勘CT物探对比分析，深层岩溶（底板10m以下）非常发育，且和底板10m以内岩溶存在竖向贯通联系。在开挖过程中，下卧层灰岩溶洞裂隙水压力超过覆土压力涌入基坑，导致了涌水的发生。

（三）基坑止水措施不到位。围护结构地连墙原设计嵌入底板以下5米，且未采取封底措施，在岩溶地区，因为岩溶水的连通性，基坑开挖导致坑内外水头压力差，裂隙压力水会从地连墙底部绕留，导致漏水通道的形成。

（四）地下水位监测不到位。在岩溶区，地下水分浅表水和深层水，原设计水位观察孔深度为25-30米，施工过程中水位监测值基本稳定，说明其可能只是代表了浅表水变化情况。而考虑岩溶区地下水下降呈漏斗原理分部，范围大、距离远，要想掌握降水漏斗变化情况，就需要同时对深层水位进行观测。根据试验，当水位观察孔深度在50米左右时，其表现出了与地表沉降、周边建筑物沉降相同的变化趋势，证明观测结果与实际相符。

（五）施工管理经验不足。在开始渗水时，因未知地下存在更大规模溶洞，对风险评估不足，未能在第一时间上足措施进行堵水，错过了最佳时机。

五、思考与建议

（一）加强岩溶专项勘察。当前详勘勘探距离为10-20米间距，对岩溶发育地区复杂多变地层勘探结果较为粗泛，不能准确的反映地质情况，应根据不同地质岩溶发育情况，加密勘探孔布设，并增加跨孔CT、地质雷达等手段，向施工单位提供更加精准的地质资料。基坑开挖前进行岩溶处理，要重点关注补勘与设计详勘的地质对比情况，发现地质差异较大位置时要及时与设计地勘联系，进一步确认。

（二）加强岩溶处理质量控制。在岩溶处理完成后，溶洞抽芯检测报告合格的情况下，仍然存在因溶洞处理效果不佳导致的出土欠方和地表沉降预警等风险，应增加岩溶处理过程中压水试验、取芯试验检测频率，并增加地质雷达扫描和物探等手段进行确认，确保岩溶处理到位。

（三）适当扩大岩溶处理范围。现有设计给定岩溶处理原则为处理范围外3m，施工过程中要对3m外溶洞处理情况进行重点关注。建议加大基坑岩溶处理范围，不小于基坑外3米，底板以下10米。且由于封边处理的施工难度大，效果不佳，建议影响范围岩溶全部采取填充处理。

（四）加强开挖前止水措施。现有设计给定岩溶区对地下水的处置有预处理和后处理等不同的方法，但对环境的影响后果大不相同，应根据周边环境对施工活动的敏感性程度采用不同的工程措施。当基坑处于岩溶地区且周边有天然地基、摩擦桩等敏感建筑物时，应选择预处理方式并对基坑四周和基底采取全封闭的止水措施。

（五）加强施工过程中水位监测。本基坑由于地下水位观测孔深度仅25米，施工监测显示地下水位变化不大，与实际水位变化不符。地下水位监测孔因较少、较浅（深度在基坑底以下5m），对周边环境的影响监测失真。需重点关注地下水位自动化监测设备，实施监测，及时预警，及时处理，避免频繁的应急抢险。

六、结束语

在岩溶地区，特别是岩溶发育地区，按道理是不宜修建高层和超高层建筑、发展轨道交通的，因为岩溶地区桩基、基坑、隧道等不仅施工难度大、工期长，而且质量很难把握。可实际中由于受土地资源的约束，有时候我们又不可避免地需要在岩溶区施工深基坑。这就要去我们要充分认识岩溶地区地质条件的复杂性、多样性，科学有效的应对施工过程中地下水的变化，提前采取切实有效的预处理、预加固措施，确保工程施工及周边环境的安全。本工程中基坑涌水事故后的系列应急处置措施及后续分析与建议，可以提供参考。

参考文献：

[1]刘阳.地铁车站基坑涌水涌砂事故分析及处理措施[J].城市建筑, 2016,000(033):126-127.

作者简介：

姓名：周武；性别：男；籍贯： 江西上饶市； 出生年月：1989年09月； 学历：大学本科； 专业：土木工程专业；现有职称：中级职称。