地铁中间风井深基坑在花岗岩地层中的施工方法

地铁中间风井深基坑在花岗岩地层中的施工方法

唐桂品

浙江明康工程咨询有限公司    浙江省杭州市   310000

摘要：对于在花岗岩类地层中的深基坑工程，开挖、支护、止水、排水及防止土质软化都是确保基坑开挖施工顺利的关键因素。如何合理利用各种措施，有效减轻地下水对施工的影响，是工程中应着重考虑的问题。在实际施工过程中必须准确研究工程特点，灵活运用各种工法，才能保证工程施工的顺利进行，取得较好的经济和社会效益。本文对地铁中间风井深基坑在花岗岩地层中的施工方法进行探讨。以供参考。

关键词：地铁；中间风井；深基坑；花岗岩地

引言：花岗岩在风化作用下容易形成不同厚度的残积土层，具有不同的物理力学性质以及结构性、不均匀性、崩解软化特征，在进行地铁工程建设中，存在着极大的影响和作用。随着城市地下铁道工程越来越多地采用盾构施工，盾构近距离穿越建（构）筑物的情况明显增多，为了避开某些建筑物的深桩基础并对其进行保护，不得不加大隧道的埋深（上覆土层厚度），相应地也就加大了盾构隧道区间中起通风和消防排烟作用的中间风井基坑的深度。深基坑工程本身就是一个综合性的岩土工程难题，复杂的地质类型和周边地面环境等客观条件更大大增加了其施工难度。在深基坑施工过程中，需要解决的主要问题就是基坑的支护、止水、排水及土质软化等问题。

1、花岗岩残积土的形成原因分析

通常情况下，组成花岗岩岩层的主要成分包括石英、云母以及长石、方解石等，并且花岗岩岩层的性质分布比较均匀，岩层质地坚硬，具有相对比较高的抗压强度。但花岗岩岩层中本身所具有的原生以及次生裂隙，这些岩层裂隙由于受到花岗岩岩层中其他结构部分的作用影响，再加上外界水与空气的风化介质作用影响，使其在岩层结构的热胀冷缩作用下，岩层裂隙扩大，风化形成花岗岩残积土。我国南方地区气候温暖以及气温高、多雨水、湿度较大等特点，更加容易促成花岗岩的风化作用形成，从而形成以粘土矿物为主的花岗岩残积土层。2花岗岩残积土的特性分析

2.1黄陂站花岗岩残积土分布情况

    广州六号线二期工程黄陂站施工段的花岗岩残积土类型，主要有残积粉质粘土以及花岗片麻岩全风化带两种。其中，残积粉质粘土主要呈现褐红色、褐黄色、灰绿色等，组成物主要为砂质粘性土、部分砾质粘性土及粘性土，含风化残留石英颗粒及岩石碎屑，呈硬塑～坚硬状，粘塑性差，手搓易散，遇水易软化、崩解。压缩性中等；而花岗片麻岩全风化带主要呈褐黄色、灰褐色、褐红色等，原岩组成组织结构已全部风化破坏，但尚可辨认，岩芯呈坚硬土柱状，易扳开捻碎，遇水易软化、崩解，压缩性中等。

2.2花岗岩残积土的特性

    花岗岩残积土是花岗岩在风化作用下形成的，不仅是一种可塑以及硬塑性状，并且土体结构孔隙比较高、压缩性能好、抗剪强度高、粗粒含量比较多的特殊性土体，而且花岗岩残积土本身还具有相关的物理力学特性以及不均匀性、崩解软化性、结构性等特征。

2.2.1花岗岩残积土的物理力学特征

    首先，花岗岩残积土的物理力学特征主要体现在，在天然状态下，花岗岩残积土本身的强度作用比较高，尤其是在花岗岩残积土最下层的砂砾质残积土结构层中，它的压缩性能处于中等偏低的状态，并且平均孔隙比以及透水性作用比较大，但是在花岗岩残积土的表层结构中，土层的孔隙比以及透水性却相对比较小，并且整个花岗岩残积土的土层结构中，孔隙比以及透水性是呈现从上到下逐渐增加的变化，在最下层土层结构中，孔隙比以及透水性能达到最大。

2.2.2花岗岩残积土的不均匀特性

    花岗岩残积土的不均匀特性，主要是体现在花岗岩残积土的物理力学性能指标通常是呈现一个中到高的阶段的变化性，这也从另一个侧面说明了花岗岩残积土的土质均匀性比较差。此外，在花岗岩残积土中，一些比较常见的不均匀岩脉分布，导致花岗岩残积土结构层中，有的岩脉抗风化能力比较强，而有的岩脉抗风化能力比较弱等，这也是花岗岩残积土不均匀特性的重要体现。

2.2.3花岗岩残积土的崩解软化特性

花岗岩残积土的崩解软化特性则是花岗岩残积土在水化作用下，呈现散粒状或者是片状、块状等剥蚀崩落现象，并且随着花岗岩残积土中的水分含量增加，花岗岩残积土的强度作用会呈现降低、压缩性比呈现增加的变化，这就是指花岗岩残积土崩解软化特征。

3、工程实例

3.1天河客运站主体结构

    天河客运站车站长276.4米，宽18.8米，深17米，主体结构基坑开挖施工过程中，发现地下水比较丰富，而底板绝大部分位于硬塑状花岗岩残积土〈5H-2〉地层，少部分位于全风化花岗岩〈6H〉地层中，土体遇水软化崩解，表现呈烂泥状。基坑内地下水比较丰富，加上花岗岩残积土层含黏粒少，含砂粒多，后期开挖基坑花岗岩残积土层软化后，砂粒随水向先期开挖基坑流动，基坑施工异常困难。为此，基坑内临时设置了多道挡砂栅栏，阻挡砂土流失；同时加强基坑内抽排水能力，基坑底面以上约3m范围土体人工开挖，尽量减少对基底土体扰动。基坑外地下水的流失，土体遇水软化，引起地下连续墙变形、裂缝和华南快速干线E匝道桥引桥的沉降，土体自稳能力差，土体无法达到设计承载力要求。基坑开挖过程中，实际监测地下连续墙最大变形超过30mm。

3.2险情原因分析：

（1）、基坑深度达43.15m，基底为强风化花岗岩，强、中风化岩裂隙发育，地下水易沿着孔隙、裂隙浸透基坑土壁面，导致基底软化基坑塌方；（2）地质条件复杂，尤其是〈5H-1〉、〈5H-2〉、〈6H〉和〈7H〉地层本身所具有遇水软化崩解的特性，对基坑开挖施工造成十分不利的影响；（3）基坑周边环境非常复杂。除西面以外，基坑其他三面均处于密集建筑群包围之中，且距基坑较近，最近的距基坑只有2.06m；且周边建筑物大多比较陈旧，基础及上部结构形式简单，东侧两幢居民楼属于砖混结构，对地层沉降变形十分敏感；（4）进入5月份以来，番禺地区频降暴雨，增加中间风井周边地层中地下水的补给，从而造成基坑围护外侧的主动水土压力急剧增加。

3.2应对措施：

（1）、采取堵水措施：采用Φ42小导管进行桩间超前支护，即凿除相邻桩间钢筋保护层，焊接Φ22横向钢筋，其内侧桩间施打Φ42、L=3m的密排小导管超前注浆支护，达到加固桩间土体和止水的目的。

（2）、采取集水井降、排水的措施。为保证施工的正常进行，防止塌方及基底地基承载力的降低，基坑土方开挖前沿南北向均匀设置3个集水井，深度超过每层土方开挖深度1.0m。表层水通过人工引导小水沟引入集水坑，土层中的水通过超深集水坑渗透滤干。每个集水坑根据水量配备高扬程（50m以上）潜水泵抽入地面沉淀池。

（3）、采取基底加固的措施。若基坑内有不稳定趋势，则在坑内基底采用Φ50的PVC管注单液水泥浆加固，呈梅花形布置，间距0.8m×0.8m，每次注浆加固深度6.0m，开挖3.0m后进行下一次注浆，其施工方法及工艺同小导管注浆。

（4）、加强监测。为了保证施工安全，分析了解地层、支护及围护结构的安全稳定性，掌握施工对周围环境的影响情况，在施工全过程中对地层、地下水、围护结构的安全稳定性和施工对周边环境的影响进行监测及分析，并将观测结果及时反馈，以指导设计与施工。

4综上所述：花岗岩残积土层由于其本身的特殊性土体性质，作为施工地质对于工程存在着较大的作用和影响。黄陂站施工中采用了有效措施对花岗岩残积层地质进行处理，对不利影响进行了避免和控制，从而确保了工程质量和工程安全。

参考文献：

[1]王国华,霍宗海.全强风化花岗岩地层地铁基坑降水研究[J].福建建材,2022(05):31-34.