断层破碎带地层基坑设计的探讨

断层破碎带地层基坑设计的探讨

周达聪1    ,郑凯晨1

1. 广州地铁设计研究院股份有限公司  广东 广州  510000

摘要：结合广州地区断层破碎带的特性，充分分析基于破碎带不良地质下地铁项目围护结构的选型以及设计思路，可供其他类似工程借鉴。

关键词：城市轨道交通；地铁车站；断层破碎带；围护结构

随着国内城镇化高速发展，城市地面空间已不能满足人们的空间需求，伴随而来的交通拥堵问题尤为突出，极大的限制了人们生活质量的提高和制约了国民经济的腾飞。在此背景下，地下空间的开发尤为迫切，轨道交通应运而生，由于其高效的出行效率及普及率，国内各大城市加速建设地铁以缓解公共交通压力。地铁的迅猛发展，在复杂地质如断层破碎带、岩溶、淤泥等区域进行建设不可避免。

针对复杂地层条件下深基坑施工，目前国内已取得一定经验，但针对在断层破碎带的基坑设计及施工技术尚待研究丰富。广州市域辽阔且位于珠江流域的出海口，其特殊的地理位置造就了复杂的地质环境，其中广州地铁十一号线某车站就位处断层破碎带复杂地质环境中。本文以该工程为例，充分讨论地铁基坑围护结构该如何结合水文地质条件及周边工程实施经验进行设计，并对围护结构型式进行比选。本项目的设计思路剖析，可为今后类似工程提供参考。

1、工程概况

广州地铁十一号线某车站位于广州市海珠区逸景路与芳盛街交叉路口，车站沿东西走向设置于逸景路正下方，为大跨无柱双层岛式车站。根据项目周边地面环境，采用明挖顺作法施工，局部区域因交通疏解困难采用半铺盖法施工。围护结构为连续墙+内支撑的型式，基坑全长共390米，标准段宽度20.9米，基坑开挖深度约为19.5～23米，顶板覆土为1.5 ～6.5米。车站上方有河涌横跨，基坑开挖时需临时迁改,且河涌上方既有桥梁需临时拆除后复建。

2、工程地质条件

车站场地范围属于海积-冲积平原地貌，由下白垩统白鹤洞组猴岗段（K1b1）地层组成，主要为暗红色泥质粉砂岩，背斜两翼为广钢段（K1b2）暗红色钙质粉砂岩及青灰色泥灰岩、白垩系上统三水组康乐段（K2S1）棕红、紫红、暗紫色砂岩、含砾粗砂岩。另有广州-三水断裂带附近平行经过，因受其影响，基坑范围内有大面积断层破碎带出现且呈土状、角砾状及碎裂岩状。岩芯完整性差，多为破碎或极破碎，其中夹杂土状破碎带，沉积岩岩块层理扭曲，部分岩块强度极高，重结晶现象及阶步、擦痕明显。基坑开挖范围内地层从上往下主要为杂填土、淤泥质土、粉细砂、中粗砂、粉质黏土、土状破碎带、全风化粉质泥岩、强风化粉砂质泥岩、角砾状断层破碎带、碎裂岩状断层破碎带、中风化粉砂质泥岩。基底主要位于土状及角砾状断层破碎带。场地岩土主要物理学指标见表1。

表1场地岩土主要物理学指标表

3、水文地质条件

场地范围内地下水按赋存方式划分为第四系松散层孔隙水、层状基岩裂隙水和断层带水三种类型。第四系松散层孔隙水主要赋存于冲洪积粉细砂、中粗砂层中；层状基岩裂隙水主要赋存于粉砂质泥岩强风化带及中等风化带中；而断层破碎带构造裂隙水主要存在角砾状及破碎岩体中，较基岩裂隙水渗透性高。因车站范围有河涌经过，不排除断层破碎带与地表水体联通，形成良好的补给来源，导致断层破碎带富水性较强。稳定水位埋深为1.5～6.1米，基岩裂隙水和断层水具有承压性。

4、围护结构设计思路与方案对比

（1） 首先是围护结构初步选型，根据场地范围内存在深厚砂层及破碎带层，渗透系数高，优先考虑结构整体性好，密闭性高的地连墙结构。

（2） 目前国内对于岩溶、砂卵石层等不良地质普遍采用加密勘察的方式来确定不良地质的分布，然后根据勘察资料对不良地质有针对性的处理，再实施后续施工。本站勘察资料揭露基坑范围断裂层深厚且分布范围广和断层变化多样，为充分了解破碎带的分布、确保勘察结果的可靠度,本站基于现有的详勘成果对揭露断层破碎带区域加密勘察。此外，参考周边在建基坑工程的勘察数据及现场反馈，从宏观上分析本项目场地地质情况，核实本项目勘察数据，为围护方案设计提供支持。

（3） 根据勘察资料，车站基底主要位于破碎带，破碎带深厚且透水性强，部分钻孔还难以勘探到与完整岩层的边界，因此制定了下列三个围护方案（优缺点对比详见表2）：

① 地连墙落底方案：地连墙嵌固段完全穿透破碎带进入不透水岩层。

② 基底加固方案：地连墙嵌固深度按计算取值，同时基底全断面注浆加固封底。

③ 悬挂帷幕方案：地连墙的嵌固深度在计算取值的基础上适当加长。

表2围护方案优缺点比选表

根据表2，悬挂帷幕方案具有施工工期短，工程质量好以及经济性优等特点。结合周边在建项目实施过程中并未出现涌水且未揭露破碎带与周边水系联通后，最终确定采用悬挂帷幕方案。由于悬挂帷幕方案并未完全隔断基坑内外的渗流通道，仅靠适当增加地连墙嵌固深度来延长渗流路径从而达到弱化渗流的效果，基坑仍存在基底涌水风险。因此开挖前检验围护结构的密闭性尤为重要。为确保该方案的顺利实施，要求围护结构封闭后实施抽水试验以检验基坑的整体封闭效果，若效果良好则可进行开挖；反之，则需进行改良设计后方可继续作业。

4、支撑选型

本项目位处城市中心繁忙路段，车站临近周边建构筑物地下室，不宜采用锚索，因此采用有利于围护结构整体性的混凝土+钢管结合的内支撑结构，其中第一、三道为混凝土支撑；第二、四道为800直径钢支撑。

5、实施效果检验及相关措施建议

（1）现场的抽水试验揭露悬挂帷幕方案整体隔水效果明显，透水层的渗透系数大幅下降，低于0.005m/d，基坑已具备开挖条件。

（2）实施开挖过程中遵循“开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”原则，并编制突涌应急备案。

（3）全程信息化施工，通过动态监测基坑水位、支撑轴力、地连墙测斜和地表沉降等数据，有效确保基坑及周边建构筑物安全，并要求开挖到断层后加密监测及现场巡视。

（4）对基底揭露有F-1松散破碎地层区域提前进行注浆加固，减少开挖过程对基底裂隙的影响，有利于阻断基坑内外水源联系，有效加强了基坑密闭性和基底整体性，确保工程的顺利实施。

6、结语

（1）断层破碎带地区项目，应进行全面勘察或加大勘察密度，尽可能准确的探明破碎带分布状况，完善的勘察资料有利于为各方提供合理的施工措施及设计依据，为围护结构的正确选型奠定基础。

（2）建议断层破碎带区域优先考虑采用悬挂帷幕方案，可以有效的弱化渗流作用，确保基坑具有良好的密闭性。从经济性和工期等方面来看，悬挂帷幕方案较基底加固方案或地连墙落底方案更优。但对于不同项目，自身场地地质条件和设计需求不尽相同，且需考虑项目成本控制等问题，方案应根据自身实际调整。

（3）在基坑开挖前实施抽水试验以验证基坑的隔水效果对基坑工程顺利开展有着至关重要的作用，如发现效果不佳可进行补充设计，确保工程的可实施性。

参考文献：

[1]金鲍，李俊才，江天堑，等. 岩溶及断层破碎带地层基坑设计与坑底突涌治理[J].人民长江,2017,48(19):85-90.