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[摘 要]中国的地铁时代已经来临，地铁工程将会给城市带来巨大的社会经济效益，同时施工中也会遇到各种复杂的地质难题，如何去破解各类地质难题是地铁建设者的首要任务。结合广州地铁21号线世界大观站的施工实例，详细介绍了地铁车站基坑位于深大断裂带，富水地层（超厚砂层）的地质条件下因地制宜的采用联合止水方案。保证了基坑安全，显示出巨大的经济和社会效益。
[关键词]地铁；富水；断层破碎带；基坑；加固；止水
中图分类号：TU753 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）41-0038-02
广州地铁21号线世界大观站南侧80m范围位于瘦狗岭主断裂带上，该断裂带为深大断裂，断层破碎带范围大、孔隙率高、透水性强，同时基坑范围内砂层普遍分布，为粉细砂和中粗砂，平均厚度为7.2m。砂层与断裂带连通，地下水丰富。基坑开挖后，坑内外水头压力差很大，极易形成管涌、突水风险，进而影响基坑周边建构筑物。
针对这一风险制定了“加深地连墙、预埋注浆管、滑动面旋喷止水、砂层袖阀管注浆基底预加固技术、加强坑内降水”等有针对性的方案，成功解决了广州地区富水不良地层地铁深基坑施工的技术难题。
1.工程概况
广州市轨道交通二十一号线工程世界大观站位于广州市大观南路的东侧，奥体路的南侧，主体落在黄村体育训练基地和奥体中心环场路外侧，车站为地下二层14米岛式站台车站，全长226.0米，宽为22.7米，车站基坑开挖深度为15.7～17.5米，采用地下连续墙结合内支护作围护体系，明挖法施工。
世界大观站地质主要分为两大区域，其中南端约80m位于瘦狗岭断层破碎带上。瘦狗岭断裂属于区域性深大断裂。主断裂带地质情况为断层泥夹构造角砾岩、碎裂岩，宽度大于170m，其中主断裂约50m，影响带约120m。站点南端头至断裂北边界宽约80m。
场区地下水第四系松散岩类孔隙水水量丰富，基岩裂隙水具有承压性，承压水头约4m～16m。在断层破碎带滑动面，两侧岩性差别较大，滑动面内岩体极为破碎，深度超出工程范围，在竖向上联通各地层的水力联系，富水性大，具有一定的动水性，承压水头约为10m。
2.断裂带的主要影响及危害
1）世界大观站基坑范围内砂层较厚，该处瘦狗岭断裂带与砂层相连，亦与断裂带中的承压水相连。松散的砂层及较高的水压力，使连续墙成槽难度非常大，槽壁有出现大面积坍塌的可能性，继而引以地面塌陷等灾害。
2）由于南段为断裂破碎带，北段有次一级断裂，砂层水十分丰富，同时局部裂隙水也较丰富。基坑开挖后，坑底残留粉砂层、中粗砂、砾砂、风化残积土、全风化岩或破碎带（断层泥）软弱层等软弱的岩土层，基坑排水开挖后，形成坑内外水头压力差很大，坑底地下水上涌，先湿化浸泡残积土层、全风化岩，破碎带软弱层，造成土岩强度大幅降低，冲破覆土后，极易形成管涌、突水问题。
3）基坑内砂层较厚，同时断层破碎带裂隙发育，局部可能存在丰富的构造裂隙水，且断层泥为断裂带的软弱夹层，湿水易软化，长期受地下水浸泡可崩解，自稳性较差，支护不当易造成基坑坍塌，应做好降排水措施。
3.基坑止水关键技术
3.1 围护结构设计优化
为保证基坑开挖安全，围护结构设计采取以下措施：
1、增加地下连续墙嵌固深度，断层破碎带区域对地下连续墙采取了加深措施，由常规连续墙嵌入底板以下5m或进入中风化岩层2.5m，进入微风化岩层1.5m；设计措施加强为嵌入底板以下6.5m（东侧）及7.5m（西侧），进入中风化岩层4.9m，进入微风化2.8m。
2、为控制连续墙施工过程中墙壁坍塌的风险，采用袖阀管注浆的方式对主断裂带滑动面两侧15米范围内的连续墙内外侧增加预加固措施，既保证了连续墙施工时的安全，也确保了连续墙的施工质量，保证了后续基坑施工的安全。
3、为控制地下连续墙接头漏水及墙底绕流，增加了墙趾注浆，在每幅地下连续墙接头外侧增加两个注浆孔，利用深孔注浆技术进行压浆处理，加强接缝密实度。
3.2 断层破碎带滑动面增加基底加固
本车站采用Φ600@450二重管旋喷桩进行断层破碎带滑动面基底进行加固，共1694根，引孔直径约110～130mm，加固范围为断裂带分界线两侧各5米范围，加固深度自基底以下5米深范围或8-5中风化构造角砾岩层顶面。高压旋喷桩设计为Φ600mm，间距450mm，桩长5m，水泥浆液水灰比1：1～1.5：1，水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥。
3.3 基底液化砂层处理
世界大观站有50%范围的基底位于富水粉细砂层、中粗砂层上，砂层厚度为1～3.5m，粉细砂的液化等级轻微-中等，局部中粗砂液化等级轻微-中等。基底液化砂层可通过基底注浆和换填处理。
a.基底注浆砂层加固：
①根据地质报告，<3-1>粉细层承载力特征值仅110KPa，<3-2>砂层均存在轻微液化，需要进行地基處理。
②地基处理方法：拟在开挖到坑底后进行袖阀管注浆加固处理。
③因在砂层中注浆，需对注浆土体周围进行封闭止浆。加固体的四周均为地连墙、底面为相对不透水的粘性土或全强风化层，顶面则设置300厚的素混凝土（含底板下垫层共300厚）层，以防止冒浆。
④注浆设计：注浆孔按1.0*1.0m梅花形布置；漿液采用1：1纯水泥浆，注浆压力采用0.5-1.5MPa。
⑤效果检测：挖开注浆时覆盖的混凝土层，采用载荷板进行静载试验，要求加固后的地基承载力特征值不低于180KPa。
⑥基底注浆加固深度以砂层厚度为准，且不应小于1.5m。
b.基底砂层换填
基底下1.0m以内的液化砂层采用换填处理。换填应采用强度较高、性能稳定的材料，可采用级配良好的砂夹石作为换填材料。在选料上，砂采用中粗砂，碎石的最大粒径不宜大于50mm，要求搅拌均匀，砂石的级配良好，碎石的比例不得小于总重的30%。分层回填压实，每层铺填厚度为不大于200mm，压实系数不小于97%，要求回填压实后应由专业的检测队伍进行静载试验。要求地基承载力特征值不小于180kPa。 对基底液化砂层的处理，结合地层特点，严格按图施工，从施工措施的选择、降水的时机、加固的时机、注浆浆液选择与配比改进、加固效果检测等方面加强技术、质量控制，确保车站基底施工安全及满足承载力要求。
3.4 基坑内降水方案优化
基坑涌水量与水力梯度及土体渗透系数正相关。本基坑地下水丰富，需降水头较深，且基岩为中等透水性，同时段裂带及砂层相通，存在动水性，因此需要适当增加降水井数量。组合以往施工经验，做如下调整：
1、在开挖期间应随开挖逐步降低地下水位，基坑外不降水，基坑内侧设降水井。每次降水深度为基坑开挖面以下0.5米，基坑外侧可结合施工实际情况设置回灌井，以防坑外水位大幅下降。
单井设计流水量：q=1.1=1.1*=143.66m3/d，约5.98m3/h。
2、基坑内布置多个管井强降水，降水井设计深度20～23m，井径1000mm，滤水管内径600mm，孔隙率不小于10%，井管外采用天然圆砾填料，粒径3～5mm。
3、主断裂带影响范围内降水井间距由原设计的30m调整为20m，非影响范围内间距调整为25m。
4.施工实施情况及措施
4.1 地下连续墙施工
主断裂带滑动面区域，连续墙墙身范围内砂层厚度在3.8m～8m之间。为保证成槽安全及质量，除增加加固措施外，结合以往施工经验，采取以下几个措施：
1、为避免槽壁塌方的现象，采用了如下措施：
1）通过缩短单元槽段的长度；
2）加大成槽时泥浆的比重和粘度，及时补浆，提高泥浆水头，并使泥浆排出与补给量平衡，避免了；
3）在竖向节理发育的软弱土层或流砂层减慢进尺速度；
2、清槽方案由抓斗捞渣清底配合空气吸泥法调整为泥浆净化机配合潜水泥砂泵来清理，提高了清槽的效率，缩短了成槽后的停滞时间。
4.2旋喷桩加固施工
旋喷桩施工过程中，派专人进行跟踪指导，严格按照设计图纸及相关要求进行控制：
（1）孔位偏差：实际桩位与设计孔位的偏差不大于50mm；
（2）钻孔垂直度偏差值：≤1%；
（3）桩径容许偏差≤50mm；
（4）压缩空气：压力0.7Mpa，流量3m3/min，
（5）水泥浆液：压力25～35Mpa，流量80～120L/min，喷嘴孔径2～3mm，喷嘴个数1～2个；
（6）注浆管：提升速度10～20cm/min，旋转速度10～20r/min，外径（mm）50；
（7）水泥浆液水灰比1：1～1.5：1；选用425号普通硅酸盐水泥。
（8）现场试验：高压旋喷施工前，先进行现场试喷试验，来验证设计桩径及有关技术参数；试桩时要求根据钻孔时获得的孔位处实际地层情况，对不同深度或不同地层采用不同的技术参数，对硬土、深部土层和土粒大的卵砾石、构造角砾岩块体等要延长喷射时间，适当放慢提升速度或提高喷射压力，根据试验结果确定是否需要复喷措施。
（9）旋喷桩每延米水泥用量控制在180～230kg。
4.3 基坑内降水施工
车站基坑管井沿基坑纵向2排梅花布置，共23口降水井，间距约20m—25m。降水持续时间在基坑开挖前10d进行，至车站底板全部施工后结束。在开挖期间应随开挖逐步降低地下水位，基坑外不降水，基坑内侧设降水井。每次降水深度为基坑开挖面以下0.5米。
5.加固效果分析
5.1 断裂带位置加固效果检验
通过抽水试验对基坑施工进行验证，抽水试验孔按照详勘阶段、补勘阶段、连续墙完成后加固前、连续墙完成后加固后四个阶段进行布设。
1、地下连续墙施工前后断裂带的渗透系数基本一致，但地下连续墙施工后基坑单位涌水量较施工前大幅减少。
2、断裂带加固后与加固前的試验结果进行对比得知，加固后的断裂带涌水量和渗透系数较加固前有大幅的降低，加固体对断裂带的涌水有一定的阻隔作用。
5.2 基坑内外的水位变化分析
1、通过试验期间抽水试验孔稳定水位8.84～9.47m，主孔动水12.21～12.49m，观测孔动水位9.50～10.10m；基坑外水位观测孔水位埋深1.62～5.24m，较基坑内地下水位高的多，说明地下连续墙对地下水侧向补给有阻隔作用。
2、根据停抽后水位恢复试验数据分析，各井水位恢复速率较慢，表明基坑内各贮水地层的垂直渗透性相对水平渗透性较差，有利于坑内降水顺利实施。
结论
1、地连墙
通过基坑开挖过程中坑内降水与坑外水位监测数据的分析，且计算得出的各贮水地层的涌水量、渗透系数及影响半径的数据均比之前取得的试验成果明显减小，上述數据表明，本车站基坑围护结构已起到明显止水帷幕作用，特别是对第四系孔隙潜水，已基本切断其水平补给来源。地下连续墙围闭性良好，能够达到设计要求。
2、断裂带加固
通过对断裂带加固前及加固后的抽水试验分析，加固体起到盖板阻水作用。
3、基坑降水效果
根据试验成果数据及坑内降水情况，坑内群井降水作为本车站地下水控制的首选措施，完全可以满足本车站基坑开挖过程中对地下水位控制的需求。
参考文献
[1] 洪三金.复杂地质条件下地铁深基坑优化设计与施工技术[J].广东土木与建筑，2008（8）.
[2] 胡滨.断层破碎带的注浆技术，河北建筑科技学院学报[J].2002（2）.
[关键词]地铁；富水；断层破碎带；基坑；加固；止水
中图分类号：TU753 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）41-0038-02
广州地铁21号线世界大观站南侧80m范围位于瘦狗岭主断裂带上，该断裂带为深大断裂，断层破碎带范围大、孔隙率高、透水性强，同时基坑范围内砂层普遍分布，为粉细砂和中粗砂，平均厚度为7.2m。砂层与断裂带连通，地下水丰富。基坑开挖后，坑内外水头压力差很大，极易形成管涌、突水风险，进而影响基坑周边建构筑物。
针对这一风险制定了“加深地连墙、预埋注浆管、滑动面旋喷止水、砂层袖阀管注浆基底预加固技术、加强坑内降水”等有针对性的方案，成功解决了广州地区富水不良地层地铁深基坑施工的技术难题。
1.工程概况
广州市轨道交通二十一号线工程世界大观站位于广州市大观南路的东侧，奥体路的南侧，主体落在黄村体育训练基地和奥体中心环场路外侧，车站为地下二层14米岛式站台车站，全长226.0米，宽为22.7米，车站基坑开挖深度为15.7～17.5米，采用地下连续墙结合内支护作围护体系，明挖法施工。
世界大观站地质主要分为两大区域，其中南端约80m位于瘦狗岭断层破碎带上。瘦狗岭断裂属于区域性深大断裂。主断裂带地质情况为断层泥夹构造角砾岩、碎裂岩，宽度大于170m，其中主断裂约50m，影响带约120m。站点南端头至断裂北边界宽约80m。
场区地下水第四系松散岩类孔隙水水量丰富，基岩裂隙水具有承压性，承压水头约4m～16m。在断层破碎带滑动面，两侧岩性差别较大，滑动面内岩体极为破碎，深度超出工程范围，在竖向上联通各地层的水力联系，富水性大，具有一定的动水性，承压水头约为10m。
2.断裂带的主要影响及危害
1）世界大观站基坑范围内砂层较厚，该处瘦狗岭断裂带与砂层相连，亦与断裂带中的承压水相连。松散的砂层及较高的水压力，使连续墙成槽难度非常大，槽壁有出现大面积坍塌的可能性，继而引以地面塌陷等灾害。
2）由于南段为断裂破碎带，北段有次一级断裂，砂层水十分丰富，同时局部裂隙水也较丰富。基坑开挖后，坑底残留粉砂层、中粗砂、砾砂、风化残积土、全风化岩或破碎带（断层泥）软弱层等软弱的岩土层，基坑排水开挖后，形成坑内外水头压力差很大，坑底地下水上涌，先湿化浸泡残积土层、全风化岩，破碎带软弱层，造成土岩强度大幅降低，冲破覆土后，极易形成管涌、突水问题。
3）基坑内砂层较厚，同时断层破碎带裂隙发育，局部可能存在丰富的构造裂隙水，且断层泥为断裂带的软弱夹层，湿水易软化，长期受地下水浸泡可崩解，自稳性较差，支护不当易造成基坑坍塌，应做好降排水措施。
3.基坑止水关键技术
3.1 围护结构设计优化
为保证基坑开挖安全，围护结构设计采取以下措施：
1、增加地下连续墙嵌固深度，断层破碎带区域对地下连续墙采取了加深措施，由常规连续墙嵌入底板以下5m或进入中风化岩层2.5m，进入微风化岩层1.5m；设计措施加强为嵌入底板以下6.5m（东侧）及7.5m（西侧），进入中风化岩层4.9m，进入微风化2.8m。
2、为控制连续墙施工过程中墙壁坍塌的风险，采用袖阀管注浆的方式对主断裂带滑动面两侧15米范围内的连续墙内外侧增加预加固措施，既保证了连续墙施工时的安全，也确保了连续墙的施工质量，保证了后续基坑施工的安全。
3、为控制地下连续墙接头漏水及墙底绕流，增加了墙趾注浆，在每幅地下连续墙接头外侧增加两个注浆孔，利用深孔注浆技术进行压浆处理，加强接缝密实度。
3.2 断层破碎带滑动面增加基底加固
本车站采用Φ600@450二重管旋喷桩进行断层破碎带滑动面基底进行加固，共1694根，引孔直径约110～130mm，加固范围为断裂带分界线两侧各5米范围，加固深度自基底以下5米深范围或8-5中风化构造角砾岩层顶面。高压旋喷桩设计为Φ600mm，间距450mm，桩长5m，水泥浆液水灰比1：1～1.5：1，水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥。
3.3 基底液化砂层处理
世界大观站有50%范围的基底位于富水粉细砂层、中粗砂层上，砂层厚度为1～3.5m，粉细砂的液化等级轻微-中等，局部中粗砂液化等级轻微-中等。基底液化砂层可通过基底注浆和换填处理。
a.基底注浆砂层加固：
①根据地质报告，<3-1>粉细层承载力特征值仅110KPa，<3-2>砂层均存在轻微液化，需要进行地基處理。
②地基处理方法：拟在开挖到坑底后进行袖阀管注浆加固处理。
③因在砂层中注浆，需对注浆土体周围进行封闭止浆。加固体的四周均为地连墙、底面为相对不透水的粘性土或全强风化层，顶面则设置300厚的素混凝土（含底板下垫层共300厚）层，以防止冒浆。
④注浆设计：注浆孔按1.0*1.0m梅花形布置；漿液采用1：1纯水泥浆，注浆压力采用0.5-1.5MPa。
⑤效果检测：挖开注浆时覆盖的混凝土层，采用载荷板进行静载试验，要求加固后的地基承载力特征值不低于180KPa。
⑥基底注浆加固深度以砂层厚度为准，且不应小于1.5m。
b.基底砂层换填
基底下1.0m以内的液化砂层采用换填处理。换填应采用强度较高、性能稳定的材料，可采用级配良好的砂夹石作为换填材料。在选料上，砂采用中粗砂，碎石的最大粒径不宜大于50mm，要求搅拌均匀，砂石的级配良好，碎石的比例不得小于总重的30%。分层回填压实，每层铺填厚度为不大于200mm，压实系数不小于97%，要求回填压实后应由专业的检测队伍进行静载试验。要求地基承载力特征值不小于180kPa。 对基底液化砂层的处理，结合地层特点，严格按图施工，从施工措施的选择、降水的时机、加固的时机、注浆浆液选择与配比改进、加固效果检测等方面加强技术、质量控制，确保车站基底施工安全及满足承载力要求。
3.4 基坑内降水方案优化
基坑涌水量与水力梯度及土体渗透系数正相关。本基坑地下水丰富，需降水头较深，且基岩为中等透水性，同时段裂带及砂层相通，存在动水性，因此需要适当增加降水井数量。组合以往施工经验，做如下调整：
1、在开挖期间应随开挖逐步降低地下水位，基坑外不降水，基坑内侧设降水井。每次降水深度为基坑开挖面以下0.5米，基坑外侧可结合施工实际情况设置回灌井，以防坑外水位大幅下降。
单井设计流水量：q=1.1=1.1*=143.66m3/d，约5.98m3/h。
2、基坑内布置多个管井强降水，降水井设计深度20～23m，井径1000mm，滤水管内径600mm，孔隙率不小于10%，井管外采用天然圆砾填料，粒径3～5mm。
3、主断裂带影响范围内降水井间距由原设计的30m调整为20m，非影响范围内间距调整为25m。
4.施工实施情况及措施
4.1 地下连续墙施工
主断裂带滑动面区域，连续墙墙身范围内砂层厚度在3.8m～8m之间。为保证成槽安全及质量，除增加加固措施外，结合以往施工经验，采取以下几个措施：
1、为避免槽壁塌方的现象，采用了如下措施：
1）通过缩短单元槽段的长度；
2）加大成槽时泥浆的比重和粘度，及时补浆，提高泥浆水头，并使泥浆排出与补给量平衡，避免了；
3）在竖向节理发育的软弱土层或流砂层减慢进尺速度；
2、清槽方案由抓斗捞渣清底配合空气吸泥法调整为泥浆净化机配合潜水泥砂泵来清理，提高了清槽的效率，缩短了成槽后的停滞时间。
4.2旋喷桩加固施工
旋喷桩施工过程中，派专人进行跟踪指导，严格按照设计图纸及相关要求进行控制：
（1）孔位偏差：实际桩位与设计孔位的偏差不大于50mm；
（2）钻孔垂直度偏差值：≤1%；
（3）桩径容许偏差≤50mm；
（4）压缩空气：压力0.7Mpa，流量3m3/min，
（5）水泥浆液：压力25～35Mpa，流量80～120L/min，喷嘴孔径2～3mm，喷嘴个数1～2个；
（6）注浆管：提升速度10～20cm/min，旋转速度10～20r/min，外径（mm）50；
（7）水泥浆液水灰比1：1～1.5：1；选用425号普通硅酸盐水泥。
（8）现场试验：高压旋喷施工前，先进行现场试喷试验，来验证设计桩径及有关技术参数；试桩时要求根据钻孔时获得的孔位处实际地层情况，对不同深度或不同地层采用不同的技术参数，对硬土、深部土层和土粒大的卵砾石、构造角砾岩块体等要延长喷射时间，适当放慢提升速度或提高喷射压力，根据试验结果确定是否需要复喷措施。
（9）旋喷桩每延米水泥用量控制在180～230kg。
4.3 基坑内降水施工
车站基坑管井沿基坑纵向2排梅花布置，共23口降水井，间距约20m—25m。降水持续时间在基坑开挖前10d进行，至车站底板全部施工后结束。在开挖期间应随开挖逐步降低地下水位，基坑外不降水，基坑内侧设降水井。每次降水深度为基坑开挖面以下0.5米。
5.加固效果分析
5.1 断裂带位置加固效果检验
通过抽水试验对基坑施工进行验证，抽水试验孔按照详勘阶段、补勘阶段、连续墙完成后加固前、连续墙完成后加固后四个阶段进行布设。
1、地下连续墙施工前后断裂带的渗透系数基本一致，但地下连续墙施工后基坑单位涌水量较施工前大幅减少。
2、断裂带加固后与加固前的試验结果进行对比得知，加固后的断裂带涌水量和渗透系数较加固前有大幅的降低，加固体对断裂带的涌水有一定的阻隔作用。
5.2 基坑内外的水位变化分析
1、通过试验期间抽水试验孔稳定水位8.84～9.47m，主孔动水12.21～12.49m，观测孔动水位9.50～10.10m；基坑外水位观测孔水位埋深1.62～5.24m，较基坑内地下水位高的多，说明地下连续墙对地下水侧向补给有阻隔作用。
2、根据停抽后水位恢复试验数据分析，各井水位恢复速率较慢，表明基坑内各贮水地层的垂直渗透性相对水平渗透性较差，有利于坑内降水顺利实施。
结论
1、地连墙
通过基坑开挖过程中坑内降水与坑外水位监测数据的分析，且计算得出的各贮水地层的涌水量、渗透系数及影响半径的数据均比之前取得的试验成果明显减小，上述數据表明，本车站基坑围护结构已起到明显止水帷幕作用，特别是对第四系孔隙潜水，已基本切断其水平补给来源。地下连续墙围闭性良好，能够达到设计要求。
2、断裂带加固
通过对断裂带加固前及加固后的抽水试验分析，加固体起到盖板阻水作用。
3、基坑降水效果
根据试验成果数据及坑内降水情况，坑内群井降水作为本车站地下水控制的首选措施，完全可以满足本车站基坑开挖过程中对地下水位控制的需求。
参考文献
[1] 洪三金.复杂地质条件下地铁深基坑优化设计与施工技术[J].广东土木与建筑，2008（8）.
[2] 胡滨.断层破碎带的注浆技术，河北建筑科技学院学报[J].2002（2）.