微承压水作用下明挖法湖底隧道围护结构方案优化与技术研究
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摘要 明挖法湖底隧道除传统的大放坡开挖外，如受空间限制，一般采用地下连续墙或围护桩+三轴搅拌桩止水帷幕的垂直围护方案。但围护结构施工时往往受到微承压水的作用，造成地下连续墙塌孔和止水帷幕涌水、冒砂现象，影响了围护结构质量的可靠性和后续明挖基坑施工的安全性。本文结合某城市明挖法湖底隧道围护结构施工的工程实例，通过控制微承压水头标高和隔离微承压水层的方式，有效解决了微承压水作用下明挖法湖底隧道围护结构施工中常见的问题，对今后类似工程提供借鉴经验。
关键词微承压水明挖隧道 围护结构 施工技术
中图分类号：TU74文献标识码： A
Abstract: In addition to the traditional open cut tunnel under the high slope excavation，such as the limited space, generally the use of underground continuous wall or retaining pile + three-axis mixing pile vertical retaining scheme of water stop curtain. But when the construction of retaining structure, tend to by the role of Micro confined water Hole collapse caused by underground continuous wall and the water stop curtain of water gushing、 taking sand phenomenon, affect the reliability of the quality of retaining structures and safety of foundation pit construction follow-up. In this paper, combining with a certain city open cut construction method Lake Tunnel retaining structure engineering examples, By controlling the micro artesian head elevation and isolation of micro confined aquifer, under the action ofmicro artesian water, The common problems in the Open cut construction method Lake Tunnel retaining structure，to provide reference for future similar project.
Keywords: Micro artesian water; Open cut tunnel; retaining structure; Construction technology
1.工程概况
苏州市中环快速路北段工程阳澄西湖隧道起于苏州市工业园区星湖街以东约327m，往西下穿星湖街和阳澄西湖水域，全长2.31Km。其中湖中段隧道为1.2 Km，采用钢板桩围堰或钢管桩围堰明挖法施工。工程位于太湖冲湖积平原区，地势平坦，地表水系发育，第四系覆盖层厚度较大，从湖底自上而下分别为淤泥、淤泥质粘土、粘土、粉土、粉砂土、黏土等。阳澄西湖湖水面标高为+1.4m， 湖中围堰内场地标高为-2.0m，粉土层及粉砂土层中富含微承压水，现场实测微承压水水头标高为-0.548m，另外部分区段存在微承压水与湖水连通的现象。隧道围护结构采用钻孔桩+三轴搅拌桩止水帷幕和地下连续墙的垂直支护形式。
2.施工中遇到的难题、原因分析及优化策略
2.1地下连续墙出现频繁塌孔
湖中段地下连续墙设计墙体厚度800mm，墙体深度21m～23m，每幅墙体宽度6m。在施工过程中，地下连续墙出现频繁坍孔现象，通过UDM100超声波成孔检测仪以及现场实测，发现塌孔位置基本位于导墙顶以下7.5m～9.5m，即位于③-3粉土层和④-2粉砂层位置。成槽掏挖的土质较差，呈灰黄色、灰色，为流塑性较强的粉砂土。在加大泥浆比重，调整各泥浆参数后，在后续地下连续墙成槽中仍然出现塌孔现象。
原因分析：
经分析主要是由于地下连续墙槽内水头与微承压水、阳澄湖湖水存在较大的压力差造成的。实测湖面标高为+1.4m，地下连续墙槽内水头标高约为-2.0m，微承压水头标高为-0.548m，这样微承压水与地下连续墙槽内的水头高差约为1.5m，如微承压水与湖水连通，则水头高差将增大为3.4m，在地下连续墙成槽开挖至富含微承压水的③-3粉土层和④-2粉砂层时，水的渗透压力冲破槽内的泥浆护壁，粉土及粉砂流入到地下连续墙槽内，随着粉砂、粉土的不断流失，造成地下连续墙槽壁背后的土体掏空、垮塌，见下图所示。
地下连续墙塌孔的原因关键是微承压水水头压力差和③-3、④-2两个粉土、粉砂层，如在地下连续墙槽壁两侧设置槽壁隔离桩，隔离粉土、粉砂层，切断微承压水的水流通道，即可有效的解决地下连续墙塌孔现象。地下连续墙槽壁隔离桩采用φ650@450的三轴搅拌桩，在与地下连续墙相切的两侧各设置一排，桩底嵌入⑤-1黏土层不少于1.5m，桩体搭接不小于20cm。方案优化后，地下连续墙塌孔现象得到了有效的控制，优化后的槽壁隔离桩形式见右图所示。
2.2三轴搅拌桩止水帷幕顶部涌水、冒砂
现场三轴搅拌桩止水帷幕为φ850@600，桩长19m～20.5m，嵌入不透水层5-9m，施工时，三轴搅拌桩止水帷幕顶部多处出现涌水、冒砂现象，冒砂处呈圆孔状，直径约为10cm，呈辐射状随着地下水冒出黄色的粉细砂。
原因分析：
三轴搅拌桩设计桩底标高-23.1m，实测场地标高-2.0m，施工桩长21.1m。根据地质报告和现场实测，在标高-3.46m～-7.46m范围内土质为③-3粉土层，在标高-7.46m～-12.26m范围内为④-2粉砂夹粉土层。
经分析存在以下两个方面的原因：
（1）可认为在止水帷幕桩体内发生不良的岩土工程现象--管涌，即在搅拌桩未凝固前，由于水头压力的存在，地下微承压含水层水头压力大于覆土层的粘聚力，使得土颗粒骨架失稳，形成地下水流向搅拌桩体的一个渗流场，桩体凝固后，由于渗流场的存在，在搅拌桩体内会形成空洞冒水，冒水过程中携带着粉细砂出现涌砂现象。
（2）三轴搅拌桩含三个动力搅拌桩钻杆，两侧为两个注浆管，中间为空气管。搅拌桩工艺采用“两喷两搅”，下沉注浆+空气，提升注浆+空气；当下沉和提升时，在注浆压力和空气压力作用下，使得搅拌桩内的水泥土在桩体内垂直翻动，形成局部的负压（空气带动水泥土上翻），使得搅拌桩深度内的微承压含水层向搅拌桩体内渗流，也形成一个固定的渗流通道。
方案优化策略：
采用填筑并加高三轴搅拌桩作业平台的方案来平衡微承水水头压力，解决三轴搅拌桩桩顶涌水、冒砂问题，具体做法是：挖除原湖底的淤泥，采用10%的石灰进行改良，闷捂后回填，采用用挖机碾压密实；根据三轴搅拌桩钻机的宽度，继续填筑土方，顶部形成20m宽的施工作业平台，平台顶标高控制在-0.8m左右（高于微承压水头标高-0.548m）；最后测量放样，在填筑的土体平台上施作三轴搅拌桩止水帷幕，见下图所示。
3.方案优化后取得成效
在地下连续墙槽壁两侧设置槽壁隔离桩，隔离粉土、粉砂层，切断微承压水的水流通道，有效的解决地下连续墙塌孔现象；采用填筑并加高三轴搅拌桩作业平台的方案来平衡微承水水头压力，成功解决了三轴搅拌桩桩顶涌水、冒砂问题。进而保证了地下连续墙和止水帷幕的施工质量，确保后续基坑围护结构的可靠性和安全性。
4.结束语
采用控制微承压水头标高和隔离微承压水层的两种方式，有效解决了微承压水作用下明挖法湖底隧道围护结构施工中常见的问题。通过在施工过程中的方案优化，在技术、质量、安全、进度等方面取得了较好的实际效果，希望为类似工程提供一点经验。