本发明涉及一种地下结构物，尤其是高承压水地层基坑突涌水的处理方法。
背景技术：
广西南宁市轨道交通2号线工程在建设路站车站主体基坑6～7轴时，开挖至基坑设计底面标高以上约1m左右时突发涌水，涌水量达300㎥/h左右。该段车站主体基坑设计开挖深度17.817m，主要穿越粉砂质泥岩，基底下伏中风化角砾岩。粉砂质泥岩为已固结成岩石状的半成岩，岩芯大部分呈柱状，岩质较软，锤击声哑，连续稳定分布，为不透水层。中风化角砾岩由泥质粉砂岩、灰岩和泥灰岩胶结形成，岩体破碎，岩芯大部分呈碎石块状，少量短柱状，节理裂隙发育，岩溶水丰富，透水性强，属高承压水，承压水头约8-10m。经分析工程地质与水文地质资料后，车站基坑突发涌水的原因是地质突变，即基底下伏的中风化角砾岩发生局部凸起，而角砾岩层中赋存的承压水水头压力较大，随着基坑的开挖，基坑下部不透水层厚度越来越薄，当开挖面下不透水层的自重与粘结强度小于下部承压水水头压力时，承压水的的水头压力顶破坑底不透水层发生基坑突涌。在其它的工程施工中也多次遇到过类似的地层基坑突涌水。目前，对于基坑涌水的处理方法，主要通过事前的基坑突涌稳定性验算，从基坑围护与止水结构的设计和基坑开挖前降水加以解决；对于突发涌水的应急处理方法，主要采用回填反压、注浆封堵、补井降水等方式及其组合方式。这些涌水处理方法，各有其优缺点。事前处理是主要的基坑突涌处理方式，对于工程地质与水文地质资料掌握比较准确全面的工程，通过合理可靠的基坑围护止水结构，或者基坑降水，基本可以避免发生基坑突涌。但由于地质突变、对地层承压水认识的不足、地质勘察钻孔封堵的不良，连续墙、咬合桩、旋喷桩等止水帷幕或降水设计的不合理、实施效果的不佳，以及基坑开挖对地层的扰动，都有可能造成基坑开挖后突发涌水，并不能完全规避基坑突涌的风险。一旦基坑突涌，必须立即进行应急处理。回填反压是最常见的突涌应急处理方法，其工艺原理是涌水初期在基坑内涌水点及其周边区域堆压砂袋、土袋和填土反压，削弱涌水量的同时，防止涌水带有砂粒流出，确保基坑安全，填压到基底基本无明显涌流情况下对基坑内钻孔注浆封堵地下水位至基底下一定深度，或坑外补打降水井降低地下水位至基底下一定深度，方可重新进行基坑开挖。该方法的优点是堵水快，可以立即实施，缺点是回填和二次开挖工作量大，且不能从根本上解决基坑突涌问题，必须结合注浆或者补井降水才能防止二次突涌。而注浆封堵虽然工期短，但缺点是效果不容易保证，尤其对于高承压水；补井降水的优点是效果好，但工期长，井位选择容易受制约，排水量大，不利于保护地下水资源，且大排量降水容易引起周边地层沉降，产生次生灾害。有鉴于此，寻找一种工期短、见效快，成本低，安全可靠的基坑突涌应急处理方法，尤其对于高承压水地层，就成为基坑突涌时迫切需要解决的问题。
技术实现要素：
对于高承压水地层基坑突涌的应急处理，由于承压水头压力大，回填反压工程量很大，而现场未必备有大量砂袋，且该方法必须辅以注浆封堵或补井降水。注浆封堵必须在没有明显涌流的情况下才能进行，否则，注浆浆液将被涌流稀释流失，而补井降水不仅工期长，尤其受场地条件限制，涌水点周边能否布井，将极大的影响降水效果。因此，能否在不补打降水井降水的前提下，一方面能降低涌水点承压水水头压力，而不回填反压，或少回填反压；另一方面，创造基坑无明显涌流的条件，以便注浆封堵；此外，选取合理的注浆止水工艺，保证封堵的效果，这些都是需要解决的关键技术问题。本发明的目的是提供一种工期短、见效快、成本低和安全可靠的高承压水地层基坑突涌应急处理方法。为达上述目的，本发明的技术方案为：一种高承压水地层基坑突涌应急处理方法，其特征在于包括以下步骤：（1）、探明涌水情况，准确探明涌水的位置，涌水点的分布范围，涌水量大小的涌水相关情况；（2）、涌水点上罩设钢护筒，根据探明的涌水情况，在涌水点上罩设大于涌水点的钢护筒；钢护筒下部设有泄水口并安装阀门，兼做检查口，以便于释能减压和后续操作；（3）、钢护筒底部设反压平台，钢护筒罩于涌水点后，为固定钢护筒，钢护筒外侧底部周边迅速堆填少量砂袋形成反压平台；与此同时，一方面打开钢护筒下部的泄水口排水；另一方面，钢护筒内设置抽水泵加大排水，抽水泵的排量应大于涌水量，释放承压水头压力，减小突涌对护筒底部周边的冲击；钢护筒底部周边无明显涌流后，在反压平台砂袋外面挂钢筋网片并浇筑混凝土构成钢筋混凝土封闭层；（4）、接高钢护筒，为达到钢护筒实现释能减压的目的，在第一段钢护筒固定好后，随着涌水位的升高，逐段接高钢护筒，直至静止水位以上1m；然后拆除钢护筒内抽水设备，停止钢护筒排水，钢护筒内水位依靠压差平衡，创造静水施工条件；（5）、封闭钢护筒，钢护筒高度满足要求后，钢护筒顶面采用钢板封闭焊接，焊缝应连续密实，防止护筒内外气压连通，创造封闭注浆条件，防止浆液随筒内液面上升而外泄；（6）、注浆封堵，在钢护筒和砂袋周边的现状开挖面上，涌水断裂带或基底薄弱区范围外扩2m以上，钻多个注浆孔；注浆孔的布置根据注浆有效范围，且应相互重叠，使被加固土体在平面和深度范围内连成一个整体的原则决定的，布孔方式采用2m×2m梅花型布孔，深度至基坑底面标高以下不少于5m，具体注浆加固隔水层厚度应以不被基底承压水头顶破为原则确定；通过注浆孔采用WSS二重管无收缩双液注浆工艺进行前进式注浆，注入封堵浆液构建注浆加固隔水层。注浆顺序由外向内，从周边向涌水点推进，注浆压力控制在涌水压力的2～3倍，浆液凝结时间控制在30s；（7）、堵水效果检查，在注浆建立隔水层完毕后，对空程区，即基坑剩余土层进行取芯检测，以便对注浆封堵隔水效果作出比较确切的评价，判断注浆隔水层是否达到要求；（8）、基坑开挖，经取芯检测、评价和判断隔水层效果检查，确认注浆封堵隔水满足要求后，打开钢护筒的泄水口放水，观察有无异常，若无异常方可恢复基坑开挖。本发明采用高承压水地层基坑涌水钢护筒释能减压+注浆封堵的应急处理方法的优点如下：（1）应急处理材料与机具少、来源方便、施工工艺简单、工作量少、施工成本低。现场只需备少量砂袋、钢护筒和水泵，不需要动用大量人员和机具，就能控制住涌水，避免产生大的基坑风险；（2）应急处理时间短，可以迅速控制险情。由于采用钢护筒释能减压的方式先行控制涌水，避免了大量的基坑回填反压，工作量少而处理时间短；同时，避免了另行补井降水所受的井位选择制约、工期长、排水量大、不利于水资源保护、以及由此产生周边环境次生灾害等的风险；（3）处理效果好。采用钢护筒释能减压+注浆封堵的方式，先控后治，两相结合，处理效果直观可判，钢护筒可兼做水位观测井，避免处理不到位而来回反复。附图说明图1是本发明实施的结构示意图；在图中，砂袋1，钢筋网片混凝土封闭层2，密封板3，静止水位标高4，钢护筒5，泄水口6，现状开挖面7，基坑底面标高8，注浆孔9，涌水点10，注浆加固隔水层11，空程区12。具体实施方式下面结合附图，对本发明作进一步说明。图1所示，是本发明实施的结构示意图，从图中可看到，在基坑开挖过程中遇到高承压涌水点10时，为降低承压水水头，而又不施做降水井，借鉴降水工程中减压井的原理；同时，为迅速控制涌水，避免涌水淹没基坑，可直接在涌水点设置钢护筒作为释能减压井，创造基坑无明显涌流的施工条件便于进行注浆封堵。根据这个应急处理思路，高承压水地层基坑突涌应急处理方法包括以下步骤：（1）、探明涌水情况，准确探明涌水的位置，涌水点10的分布范围，涌水量大小的涌水相关情况；（2）、涌水点上罩设钢护筒，根据探明的涌水情况，在涌水点10处设置钢护筒5，钢护筒5可以采用钢管，也可以采用钢板焊接成水箱。钢护筒5的直径应大于涌水点的分布范围，且不小于1m；同时，钢护筒5下部预留泄水口6并安装阀门，兼做检查口，以便于释能减压和后续操作；（3）、钢护筒底部设反压平台，钢护筒5罩于涌水点10后，为固定钢护筒5，钢护筒外侧底部周边迅速堆填少量砂袋1形成反压平台。与此同时，一方面打开钢护筒下部的泄水口6排水；另一方面，钢护筒5内设置抽水泵加大排水，抽水泵的排量应大于涌水量，释放承压水头压力，减小突涌对护筒底部周边的冲击；砂袋1反压固定，直至钢护筒底部周边无明显涌流后，在钢护筒底部周边包裹砂袋1与钢护筒5挂钢筋网片浇筑一混凝土层2封闭。浇筑钢筋混凝土封闭层2的目的是一方面是为了封闭表面，避免渗水、固定钢护筒5，防止注浆压力使平台隆起；另一方面是为了在静水注浆时能够满足封闭注浆的要求；（4）、接高钢护筒，为达到钢护筒5能实现释能减压的目的，在第一段钢护筒固定好后，随着涌水位的升高，逐段接高钢护筒，直至静止水位以上1m，然后拆除钢护筒5内抽水设备，停止钢护筒排水，钢护筒内水位依靠压差平衡，创造静水施工条件。为此，每段钢护筒之间应焊接密实，防止漏水；（5）、封闭钢护筒，钢护筒5高度满足要求后，钢护筒5上面采用钢板3密封焊接，焊缝应连续密实，密封钢板3能防止护筒内外气压连通，创造封闭注浆条件，防止浆液随筒内液面上升而外泄；（6）、注浆封堵，在钢护筒6和砂袋1周边的现状开挖面7上，涌水断裂带或基底薄弱区范围外扩2m以上，向下穿越基坑剩余土层即空程区12，基坑剩余土层间隔钻多个注浆孔9。其中，空程区即基坑剩余土层。注浆孔9的布置根据注浆有效范围，且应相互重叠，使被加固土体在平面和深度范围内连成一个整体的原则决定的，布孔方式采用2m×2m梅花型布孔，深度至基坑底面标高8以下不少于5m，具体注浆加固隔水层11厚度应以不被基底承压水头顶破为原则确定。通过注浆孔9采用WSS二重管无收缩双液注浆工艺进行前进式注浆，从各注浆孔9注入封堵浆液构建注浆加固隔水层11，它具有快速止水和土体加固的作用。注浆顺序由外向内，从周边向涌水点10推进，注浆压力控制在涌水压力的2～3倍。封堵浆液分溶液型(A、B液)和悬浊型(A、C液)两种。注浆材料A液采用30Be’水玻璃，B液体是由酸和外加剂组成的；C液采用P.O42.5普通水泥浆液，水灰比为1：1，并掺入一定量的外加剂，浆液凝结时间控制在30s，浆液配比如下：WSS二重管无收缩双液注浆施工配比单WSS二重管无收缩双液注浆工艺采用二重管钻注一体钻机钻孔至预定深度或地点，由二重管钻杆直接注浆。若涌水量很大，采取前进式分段注浆施工方法，实施钻一段、注一段，再钻一段、再注一段的钻、注交替方式进行钻孔注浆施工。A、B液或者A、C液通过二重管钻杆端头的浆液混合器充分混合，在不改变地层组成的情况下，将地层颗粒间存在的水强迫挤出，使颗粒间的空隙充满浆液，并固结达到改良土层性状的目的，颗粒间隙中充满了不流动而且固结的浆液后，使土层透水性降低，而形成相对隔水层11，如斜剖面线所示，注浆加固隔水层11的厚度应以不被基底承压水头顶破为原则确定；（7）、堵水效果检查，在注浆建立隔水层11完毕后，对空程区12进行取芯检测，以便对注浆封堵隔水效果作出比较确切的评价，判断注浆隔水层是否达到要求；钻孔取样数量不小于注浆孔数的3%，且不少于3个，布孔的重点是地质条件不好的地段以及注浆质量较差或注浆孔布置比较难的部位，钻孔深度至基底标高位置。通过钻孔取样，从注浆体内取出原状样品，并送试验室检测获得样品的几项重要的物理力学性能指标（密度、结石强度、浆体充填率、剩余孔隙率、渗透性、无侧限抗压强度），并观察取样钻孔有无明显水流，判断注浆封堵是否达到要求；（8）、基坑开挖，经取芯检测、评价和判断堵水效果检查，确认注浆封堵满足要求后，打开钢护筒的泄水口放水，观察有无异常，若无异常方可恢复基坑开挖。本发明经过多次实践，在高承压水地层基坑突涌应急处理上效果显著，为今后在工程施工中处理地层基坑突涌水积累了宝贵经验。