地铁深基坑渗漏水原因与预防

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施工因素本文涉及的施工因素主要是围护结构施工和基坑土方开挖施工。围护结构施工当前城市地铁深基坑施工中主要采用地连墙作为围护结构，围护结构施工水平参差不齐，如果管理人员在现场管理不力，容易造成地连墙施工出现质量瑕疵，从而诱发地连墙出现渗漏水的风险。地连墙施工中经常出现的主要问题及形成原因如下：1）混凝土本身质量不好，造成地下连续墙墙体混凝土开裂漏水；2）地连墙接头管绕灰致使接头处漏水；3）地下连续墙施作深度不够，不足以隔断透水层；4）护壁泥浆欠佳，土体塌落于混凝土内，使地下连续墙形成孔洞引起漏水；5）地下连续墙钢筋笼内设置的接驳器数量过多，间距较小，并且集中在一个层面上，容易形成一个隔断面，使混凝土的骨料难以充填至2层接驳器间，导致混凝土不密实而产生渗漏水；6）地下连续墙竖直度超标、接缝加固不到位、墙体不均匀沉降，造成接头缝位置开裂。

基坑开挖关于地铁基坑开挖和结构施作，现在还没有适用于全国的规范性文件，但在地铁施工较早的城市主要就开挖方法、开挖深度、架设钢支撑等内容出台了相关地铁基坑土方开挖规程。

基坑施工地铁施工主要步序如下：1）施作地连墙—桩基础—格构柱—坑内降水；2）开挖土体至第1道支撑，施作该支撑；3）开挖土体至第2道支撑下05m，施作第2道支撑；4）依次开挖至坑底，施作垫层、结构底板；5）待底板达到设计强度，拆除支撑。从施工步序可以很明显地看到基坑开挖的基本要求就是先撑后挖，施工到支撑下05m后就要架设支撑，然后才能继续开挖。但现实中由于钢支撑的架设干扰挖机挖土，影响施工效率，很多施工单位为抢工期不顾安全，最终导致事故发生。

现场施工存在的隐患图3为某基坑土方施工现场，在基坑端头，土方已经开挖至第2道支撑下5m多，但第2道钢支撑却一直未架设。根据以往监测数据，围护结构在开挖12h内变形最大，变形最大位置集中在基坑底板标高上下5m范围内。如果在基坑开挖到规定深度不及时架设支撑，围护结构很可能会出现大变形，致使围护结构变形过大而开裂，给主体结构施工和基坑开挖带来安全隐患。地铁深基坑土方开挖过程中，另一个常见安全隐患是在围护结构外侧大量堆载。常常堆放大量钢支撑、开挖的土方、机具设备等，大大增加了围护结构的附加荷载，使得围护结构变形过大，导致与其相接的墙体错动开裂，造成围护结构漏水。

水位监测中存在的问题施工监测作为深基坑施工的一部分，是确保工程安全的重要环节。监测的主要作用就是及时发现施工中的风险，提醒施工单位采取措施将事故消灭在萌芽之中。然而在深基坑施工过程中，地下水监测却存在诸多问题。

埋设时间不及时用于指导基坑监测工作的GB50497—2009《建筑基坑工程监测技术规范》对水位监测有如下规定：潜水水位管应在基坑施工前埋设，滤管长度应满足测量要求。什么是“基坑施工前”？一般理解基坑施工前就是基坑开挖之前，许多施工单位都是这时候才开始埋设水位管。水位管的埋设流程如下：1）用地质钻机钻孔，钻孔深度根据所测区域水位决定。2）将装好滤管的水位管下到孔内。由于钻孔时孔内有大量泥浆用于护壁，所以材质较轻的PVC管下不去，只能在管内大量注水，才能将管埋设到设计位置。3）回填土体。因为泥浆密度较大，水位管在浮力作用下会上浮错位，致使虑管不能安设在含水层内，所以需要回填土体固定管体。从水位管的埋设过程可以看到，由于下管过程中管内注有大量清水，水位管埋设后并不能立即开始测量，需要2～3周时间，待到管内水位与地层水位恢复一致时才能开始测量，而且前3天要测量3次值，取平均值作为初始值，之后才能开始水位的正式测量。由此可见，从埋设水位管到真正开始水位测量，周期为17～24d，如果在土方开挖时才开始埋设水位管，可能会出现水位监测不及时，影响基坑安全。如果是基坑开挖后才开始埋设水位管，往往还会错过基坑开挖前的降水阶段监测。基坑降水也是水位监测的重点，因为根据开挖前基坑降水过程中基坑外水位变化的情况，就可以初步分析基坑的渗漏水情况。综上所述，水位管埋设的最佳时间应该是围护结构完成后基坑降水施工前，将水位管埋设好，并测量初始值。

各隔水层隔水措施不力承压水由于其水量一般较大，而且有一定的压力，一旦渗漏往往会造成严重的工程事故，所以承压水是水位监测中的重点。规范中要求承压水位监测时，被测含水层与其他含水层之间应采取有效的隔水措施。规范的隔水层是采用高质量的黏土球回填到孔内，回填高度要大于原地层隔水层高度。但现场施工时，很多单位为图方便，在承压水埋管回填土时都是直接就地取土，使各含水层联通，致使水位监测的数据失去指导意义。

监测预警较难规范中水位监测报警值规定地下水位变化绝对值为1000mm，速率为500mm／d。地层中由于地下水联通性强，当局部发生渗漏，其他区域水很快补给过来，监测显示水位变化不明显，难以评估水位下降带来的施工风险。由于水位监测的非连续性，一旦水位监测出现明显下降，可能已经发生大的渗漏水事故。目前的水位监测方法在实际施工中很难达到预警要求，基坑水位监测仍有大量基础工作需要各方人员不断总结与完善，并最终形成规范性文件，指导水位监测工作，保障基坑施工安全。

渗漏水的预防处理

预防基坑渗漏水事故的发生，不仅需要加强施工管理提高围护结构的施工质量，截断封堵渗漏水发生的通道，更应该加强基坑土方开挖过程的管理，严格按规范施工。但即使施工中严格按规范操作，在围护结构和土方施工中也难免会出现问题，当这种不利情况出现时，及时发现渗漏水并采取措施显得尤为重要，这样就可以用较少的成本，将风险消灭在萌芽之中。21及早发现渗漏根据上文的介绍，现有的水位监测手段无法满足，只能完善和提高基坑施工中的水位监测手段。常用的有如下几种：1）近似计算方法及室内的模型或模拟试验分析方法。该方法主要是通过现场采集数据，并根据流体力学解析解法、水力学法、图解法等进行分析判断。该方法对监测人员要求较高，而且理论计算与选取的计算方法、计算参数关系很大，预测结果只能定性反映水位变化情况。2）同位素示踪法。该方法是通过在地层中放入同位素示踪剂，利用示踪仪进行跟踪测量，找到渗漏通道和渗漏点。可以在渗漏水发生时，对水源进行确定，预测目的不易达到。3）高密度电法［5－6］。它是以岩土体的电性差异为基础的一种探测方法，根据在施加电场作用下的地层的传导电流分布规律，推断地下具有不同电阻率的地质体赋存状态。该方法对山区和采空区等不良地质探测较为准确，但易受电力设施和地下管线干扰，在探测渗漏水方面不具优势，而且也只能是定性的，无法定量监测。4）温度示踪法。随着国内外对于温度示踪法和反分析研究的发展，渗流监测领域出现了新的研究理论和方法，并发展成为一种新的理论，即渗流热监测理论，在此理论基础上发展了渗流热监测技术，它不仅能更准确、有效地反映土体内部的渗流状态，而且能加深对渗流状态发展变化过程的认识，能够准确发现早期渗漏情况和渗漏点。温度示踪法在基坑渗漏监测中主要有以下优点：①监测仪器价格低廉，现场操作简单；②可以实现长时间连续监测；③现场一般技术工人就能进行监测。温度示踪法检测原理：地层表面的温度与环境温度有关，随季节发生周期变化。这主要是因为地层表面的温度不仅受地表附近的大气温度影响，还受到太阳照射的影响，因此地表的温度是有季节性的。由于地表水的温度是随着地表大气环境温度变化的，地表水补给到地下后，将影响地层中的温度，影响的程度与补给量和距离等因素有关。在季节温度影响点（如钻孔温度曲线上的拐点）以下深部地层的温度将随着深度的增加而上升。所以根据地层中温度的变化就可以准确地判定地层渗流的分布情况，从而确定地层的渗透性以及集中渗漏等［7－8］。

当钻孔穿过裂隙或渗漏带时，由于受地下水水平流动的影响，温度分布曲线会出现“尖峰状”异常，如图4所示。图4（a）为地层中无强渗漏带时，钻孔中温度分布的正常曲线，此时温度曲线分布只与深度有关，随深度增加而线性增加，反映正常的地层温度分布。图4（b）为钻孔穿过地层中的强渗漏带，且渗漏水的温度较高时，导致温度分布曲线出现异常，根据曲线发生异常的变化进行分析。温度示踪法现场操作也较为简单，使用测温仪器测量水位管内不同深度水的温度，绘制曲线，根据曲线的变换规律分析渗漏水情况。这一方法与传统的方法相结合，在成本投入不大的情况下，可以较准确地预报渗漏水地点，预防涌水事故的发生。22渗漏封堵措施对于地下连续墙的接头轻微渗漏，可采用先引后堵方式进行封堵。首先，沿地下连续墙竖向接头的混凝土表面开凿出一条约3cm×3cm的凹槽，放入半圆形的PVC管，此时渗水沿半圆槽向下流动，表面用速效水泥进行封堵，形成渗水暗道。其次，进行混凝土衬砌施工，当衬砌混凝土达到设计强度后，再对渗水暗道自下而上反向注双液浆，快速填充渗水通道。

当渗漏水较大时，就需要对地连墙外侧土体进行处理，常用的处理措施为高压旋喷法和袖阀管注浆法。1）高压旋喷。高压旋喷灌浆是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进土层后，从喷嘴喷射固化剂，冲击破坏土体，同时提升钻杆，强制搅拌，使固化剂与土体充分混合形成一体，经固化后形成一定强度、互相咬合的地下防渗漏帷幕，从而封堵地连墙裂缝，达到阻止泥砂从裂缝处流失的目的。该方法既经济、快速、安全可靠，又不影响后续施工。2）袖阀管注浆。用钻机进行套管钻孔，钻到规定的深度，安设袖阀管。通过袖阀管可实现定点、定位注浆，封堵地下水并对周边土体进行加固。袖阀管注浆工艺具有以下优点：①可实现定点、定位注浆；②可进行多次重复注浆；③注浆时范围较容易控制；④钻孔和注浆作业可平行作业；⑤可根据地层特点选择不同的注浆段长和注浆压力。一般渗漏水，通过上述措施基本可以实现封堵。

结论与建议

基坑渗漏水防治是一项系统工程，对于施工的各个环节都十分重要。在当前的施工现状下，及时发现早期渗漏并采取有效措施是最为重要的。针对渗漏水事故的预防，有如下建议：1）对围护结构施工过程中出现的问题进行详细记录，结合工况科学分析水位监测数据，准确分析判断渗漏水原因。2）选择科学、有效的水位监测方法，提高水位监测的灵敏性，积极预测基坑渗漏水状况。3）根据水位、围护结构、周边环境对渗漏水发生的风险及危害进行准确评估。4）一旦局部发生渗漏水，应该采取积极有效、快速高效的封堵措施，预防渗漏水事故发生。

作者：赵云非王晓琳单位：中铁隧道集团有限公司技术中心洛阳理工学院