轨道交通车站深基坑承压水突涌风险应急抢险

摘要：到2030年，上海轨道交通线网总长度将达到1055 km。受施工环境限制、轨道交通网络换乘车站需要、多个地下空间上下交叠设置等，轨道交通地下车站基坑开挖越来越深，与承压水的关系也越来越紧密，深基坑工程受深部承压水影响的风险日益突出。从提高对承压水的认识、正确预控承压水突涌及如何高效应急处置三方面进行论述，提出和分析了应急抢险应做到“三早”理念，依靠“自救”+“他救”，防范化解地下车站建设中承压水突涌的风险。

关键词：轨道交通车站深基坑承压水突涌风险应急抢险

在深基坑工程中，当基坑底部到承压含水层顶部的残留土层不能与承压含水层水头顶托力平衡时，基坑底部就会产生突涌（见图1）。

2019年，上海轨道交通工程建设面临了众多风险：车站基坑开挖深，有81处施工与⑦层承压水直接联系、75处与⑤2层联系；施工环境复杂，地下结构自身接头多，如地下连续墙接头多，在不利条件和施工扰动诱发下容易引发承压水突涌，直接威胁车站施工安全。承压水的突涌爆发都在瞬间完成，一旦发生承压水突涌，将直接影响工程安全与环境安全。如2003年上海轨道交通４号线董家渡区间承压水事故引起房屋倒塌、黄浦江防汛墙沉陷，造成巨大的社会影响和经济损失。

本文结合上海地区承压含水层的分布特点以及受承压含水层影响的深基坑工程的实践经验，从提高对承压水的认识、正确预控承压水突涌及如何高效应急处置三方面论述相关技术对策，为正确认识和解决基坑工程中的承压水问题提供参考，以防范化解轨道交通工程建设中承压水突涌的风险。

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上海市位于长江三角洲前缘的南部，除松江西北部有高出地面数十米至百米的零星孤丘外，地势较平坦。地貌特征上，上海市市区及郊区的大部分地区位于滨海平原区，从地表30 m以下分布有5个承压含水层，分别为：⑦层（第Ⅰ层）、⑨层（第Ⅱ层）、11层（第Ⅲ层）、13（第Ⅳ层）、15（第Ⅴ层）层等五层，工程中常涉及到的承压水主要为⑤2砂质粉土层微承压含水、⑦层粉细砂层及⑨层中粗砂承压水层。其分布及特性如图2所示。

1.1 上海地区承压含水层的特点

第⑤2层主要是古河道区或古河道区与正常区的交界地带，市中心及北部地区呈零星状分布。闵行梅陇地区层顶埋深较浅，14～18 m，市中心及北部地区20～25 m，厚度一般为4～10 m，但在局部地区（如漕河泾、世博、前滩）厚度可达15m以上。

市区广泛分布第⑦层土（第一承压含水层），北部零星缺失，南部较大范围缺失（全市范围），正常区分布较稳定，层顶埋深30～35 m，市区西北部20～25 m；古河道区域一般缺失⑦1层、⑦2层，层顶起伏大，市区中北部层顶埋深35～45 m，市区南部45～55 m，且厚度变化大，市区南部⑦、⑨层沟通区厚度较大，一般为20～30 m，市区西北部厚度较薄，为5～10 m，总体自西北往东南厚度逐渐加大。市区南部的⑦、⑨层沟通区渗透系数最大，1×10–4～1×10–3 cm/s；西北部渗透系数较小，1×10–5～1×10–4 cm/s。众多⑦层承压水地层具有“四大”特征，即埋深大（超20 m）、厚度大（15～30 m）、渗透性大（1×10–3～1×10–4 cm/s）、出水量大（单井降压抽水量30～50 m3/h）。如果其上部的⑥层土缺失，或若⑤2、⑦、⑨层承压水连通，一旦发生突涌，将对工程本身和环境安全带来更大的影响。第⑨层（第二承压含水层）总体呈现北部浅南部稍深、浦西浅浦东深的特点。浦西层顶埋深一般为60～70 m，浦东大部层顶埋深为70～80 m。在陆家嘴—提篮桥—老西门一线最大，一般超过50 m，其次为新江湾城—上海北站—静安寺—周家渡—三林一线，层厚一般为30～50 m，其他地区层厚一般为20～30 m。

1.2 承压水的危害

上海地区微承压含水层（第⑤2层）和承压含水层（第⑦层、第⑨层）对车站隧道工程引起的危害有显著不同，第⑦承压含水层引起的危害更甚，第⑨承压含水层目前轨道交通工程一般很少涉及。

承压水引起的事故往往具有“突发性、高压性、易发性”的特点，发生事故的后果表现为压力大、水量大、发展快、施救难。这主要因为：不同于潜水层的水压是随深度渐渐增加的，而承压水地层的水压稳定，因此承压水具有突发性特点；因其埋深较深，承压水的水压往往较高；在高水头压力下，只要基坑围护结构存在细小通道（缝、孔、洞）或薄弱缺陷，粉细颗粒的砂、粉土就会随着水土一起流入，并在较短时间内扩大漏水涌砂通道，出现快速“涌入”现象，给人留下“无孔不入”的印象。

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深基坑承压水突涌风险主要表现为围护漏水和坑底突涌。围护漏水又包括地下连续墙本体漏水和接头漏水，而接头发生漏水的情况更多；坑底突涌包括含各类钻孔封堵不牢引起的承压水突涌、降水不达标致使坑底被承压水顶破、桩周漏水等。针对以上基坑突涌特点，结合深基坑工程经验，基坑承压水突涌预控应从勘察、地下连续墙质量控制、降水设计及施工和基坑开挖4个方面进行控制。

2.1 勘察

1）查清承压水地层情况。工程勘察阶段，应查明下部承压含水层的深度、边界。土层变化位置的勘探点应加密，间距不大于15m。

2）水文勘察。经勘察计算有承压水突涌风险的基坑，应实施专门水文勘察，并做抽水试验。

3）查明土层水力参数。查明各土层的承压性，查明各承压含水层的渗透系数、水力联系、涌水量、影响半径等水文地质参数，作为降水设计和实施降压设井的依据。

4）探明地下水位的变化。承压水水位总体稳定，但是受季节及区域工程降水等影响存在一定变化，后续降水设计及开挖应根据水位变化动态调整。

5）合理布置勘探孔。基坑周边的勘探孔应布设在围护结构（地下连续墙）外侧2 m以外，避免开挖过程中由于勘探孔窜孔导致坑边承压水突涌，进而引起围护墙附近水土流失。勘探的波速管（如有）应设置在基坑外侧。

6）重视勘探孔封孔质量。对所有实施的勘探孔（包括废孔）应封堵密实，对于深孔应进行注浆封孔，防止开挖过程中承压水在高水压差作用下从孔内突涌。做好放样定位记录备查，并在勘察报告中准确标识所有现场实际孔位的坐标数据。

2.2 地下连续墙质量控制

深基坑围护结构深度目前已经超过100m，上海深隧试验段地下连续墙深度达103～150m，北横通道中山公园工作井地下连续墙深达118 m，宁波儿童公园站地下连续墙深达110m。围护结构在预控承压水突涌方面起着决定性作用，而接头又是关键。因此，必须从设计、施工及地下连续墙漏水验证及检测等方面进行预控。

2.2.1设计

1）应优先选择隔断式止水帷幕，以隔断坑内外承压水联系，且止水帷幕至少进入隔水层3m。当止水帷幕无法完全隔断承压水层时，应结合分级按需降水方案和环境保护要求，合理确定隔水帷幕的埋深。根据以往工程案例，止水帷幕底距离降压井井底的竖向距离不小于10～15m时，在满足开挖要求的同时，基坑降水对周边环境影响较小。周红波等根据不同工程案例统计分析出悬挂式帷幕比隔断式帷幕发生承压水事故占比更高。

2）针对大深度地下连续墙优先选择止水性能较好的接头形式，如套铣接头、十字钢板接头、型钢接头等，并宜对接缝设置MJS、RJP、高压旋喷等止水构造措施。环境保护要求高且条件允许时，可在基坑地下连续墙外侧设置超深TRD、CSM等第二道止水帷幕。

TRD工法机

图11 CSM工艺原理

导杆式 CSM工法主机

悬挂式 CSM工法机

公众号：CSM工法

3）变形协调一致性要求。当采用水泥土系止水帷幕时（主要指地下连续墙下部接长部分），止水帷幕设计厚度须确保基坑开挖变形后止水的有效性。

4）浅部防坍措施。异型槽段或浅部存在①3、②3层含砂量比较高的地层时，为防止槽壁坍塌，应设置槽壁“夹芯”加固，以提高槽段的墙体施工质量。黄浦江两岸的①3层江滩土砂性含量大且厚度大、“四平路—五角场—新江湾城”广泛分布②3层土，应设置槽壁加固。

5）配筋及接驳器要求。地下连续墙配筋、预留接驳器等的间距不应小于规范要求的最小间距，以利于确保墙体混凝土浇筑的密实性，减少深部地下连续墙渗漏风险。应尽量减少或者取消剪力槽的设置，尤其底板位置。

6）新老结构应搭接可靠。当利用老围护结构时，应加强新老止水帷幕交界处的设计措施。止水帷幕施工过程中存在缺陷的区域，应复核补强措施。

7）对墙体质量检测。超深地下连续墙应主动提高声波透射法的检测比例（目前20％），检验墙体混凝土的施工质量，避免局部混凝土不密实造成漏水的风险。

2.2.2施工

1）地下连续墙垂直度保证：

（1）应加强止水帷幕的垂直度控制。

（2）严格控制导墙的施工。

（3）成槽的挖槽顺序。

（4）成槽过程中的垂直度检查。

（5）成槽后的修孔。

2）成槽设备选择。应根据不同深度的地下连续墙选择与其相匹配的成槽设备。50～60m的地下连续墙可应用金泰SG60以上成槽机；60～70m的地下连续墙可应用金泰SG70以上成槽机或宝峨GB70；深度超70m的地下连续墙一定要用套铣法接头。

3）防槽壁坍塌措施。采取合适的清孔设备，严格控制泥浆比重和黏度；也可以考虑采用高导墙、加固等措施。要求使用蒙脱石含量高的复合钠基膨润土。

4）泥浆指标管理。确保100％清孔换浆，换浆后比重小于1.1，黏度为25～35s。根据经验换浆量可按下列要求：液压抓斗机大于3倍、铣槽机按4倍。

5）沉渣厚度。混凝土浇灌前测量应小于15cm或更小；若有怀疑，需采用墙底注浆措施予以改善。

6）每幅地下连续墙应连续浇筑完成。浇筑前，应对混凝土的和易性、坍落度等进行检查，保障混凝土质量，避免堵管。必要时应增设备用导管，确保浇筑连续。成槽阶段应尽量减小槽段的暴露时间。随着浇筑面的上升，泥浆、水泥浆、砂土等混合物上翻，比重增大，在钢筋密集区易形成夹砂夹泥，将会影响地下连续墙的质量。

7）接头质量。为保证地下连续墙的接头质量，应加强槽段接缝处的刷壁施工质量。铣槽接头泥浆置换要充分，十字钢板接头应采用专门接头箱，严格控制十字钢板、接头箱长度，还应关注首开幅、转角幅（无论是L形还是T形幅）及其他异形槽段，接缝处容易发生漏水。建议提高对深地下连续墙接头检测的比例。

8）施工情况记录真实及时。要求如实记录每幅地下连续墙的成槽及浇筑情况，及时记录每幅墙的垂直度、槽宽、充盈系数等。对充盈系数严重不达标者须列为专项处置，必要时须引入第三方检测。

9）墙体检测。用超声波检查发现的缺陷，一般缺陷应采用旋喷或其他有效的补强措施进行补救；严重缺陷必须重做或补做。建议提高超声波检测的比例，并对异形槽段进行检测。

2.2.3地下连续墙漏水验证及检测

开挖前，必须进行地下连续墙止水性能的验证试验与检查。这是检测地下连续墙是否渗漏的重要步骤。

1）对超深基坑的地下连续墙应提高采用超声波透射法检测（对墙体）的比例。如检测未通过的，必须采取补救措施。

2）降水验证密水性。基坑开挖前，可通过试抽水验证地下连续墙的止水性能，验证合格后方可开挖施工。

2.3 降水的设计、施工及运行

2.3.1设计

1）降水设计专篇应由围护设计单位提出。基于工程勘察结果、水文勘察结果、工程特点、环境保护等，提出止水帷幕形式，做详细的降压井布置、降压设施设计。

2）井的配置数量足够。降水设计应设置足够数量的减压井、备用井及回灌井等，以确保开挖时可控制承压水位并减轻对周边环境的影响。

3）设回灌井要求。邻近有重要保护对象的区域，应结合现场条件设置承压水回灌井。坑外回灌井间距为10～15 m，回灌井与止水帷幕的间距应尽量增大，避免加压回灌时引起围护结构渗漏水。回灌井的回灌量大致与降压井的抽出水量相当。

4）重点部位设多功能井。对于保护环境要求高或对地下连续墙施工质量存有怀疑的部位，除实施加固加强措施外，还应在基坑外部对应范围设置观测井，应急时可兼降压井使用。

5）建立“按需降水”理念。

（1）“降压少降水”。降压至坑内外压力平衡，同样降深情况下抽水量越小越好，抽水量越大，对周边环境影响越大。

（2）在市中心坚持“按需降水”。即以控制水头压力为需求，降至坑底以下1.0～1.5 m。

（3）降水井不是越深越好，滤管不是越长越好，应与地层匹配，定向抽水。

（4）地下连续墙外应多布设坑外水位观察孔，动态反映地下连续墙渗漏情况，并且可在应急抢险时启动。

2.3.2施工

1）严格按设计施工。降水施工单位不得随意在围护设计的降水方案基础上做减法，井数、井深均不得少于、短于围护设计单位所提出的要求。应以“井多、井浅”为好，不提倡“井深、井少”的方式，防止降水漏斗大，对外部影响大。2）自动监测。降水井应安装水表，计量每井、每日流量，尽可能采用自动计量，当出现水量波动异常时，应及时通知相关方。

2.3.3运行

参建各方要高度重视降压井的正常运行，是保证深基坑开挖施工安全的重要措施之一。

1）秉承以泄压、降压为主的原则，编制详细的降水运行方案，做到“按需降水降压”，既满足工程需要，又不对环境造成危害。

2）电力、设备完好率保障。保证双电源，可自动切换；对降水设备定期检查，保证设备完好状态，随时可投入运行。

3）自动监控及时报警。高风险工程应采用自动运行、自动计量、自动监控和自动报警系统。

4）监测准确及时。施工过程中，降压单位应注意保证水位监测的准确性和及时性。当发现承压水水位波动（包括基坑内外的观测井）异常时，应主动加密监测频率并及时通知相关方，及时报警。

5）井的保护。基坑开挖过程中，对降压井、备用井做显著标识并妥善保护。降压井应保持试抽频率，确认深井的有效性。如出现损坏应及时修复。对靠近地下连续墙或转角部位的降压井需重点保护。

6）记录统计分析。应做好降压记录分析与报警工作，统计记录每口降压井每日出水量，并对实际抽水量与前期估算涌水量作对比分析。如有异常应及时提交工程参与各方分析及应对。

7）降水与地层沉降分析。基坑外应布设深层沉降观测点和观测井，沉降观测数据应与水位沉降数据做对比分析。

8）应急准备。保障降压井正常运行的人、机、料及应急物资。需要做应急预案演练。

9）提醒注意。市区一般不进行坑外降压，因其影响大，应视环境保护情况审慎决定。

2.4 基坑开挖

“控制基坑变形，加快施工进度”也是有效预防承压水突涌的有效手段。

1）为确保基坑和环境安全，须执行车站深基坑施工规程、相关标准及管理要求。

2）资料准备。现场应备有基坑围护结构施工图、工程地质和水文地质资料，记录施工情况的资料等。施工开始后，应及时更新施工资料、监测资料。

3）勘探孔、监测孔排摸。基坑开挖前，应对前期勘探孔的位置和封堵情况进行彻底摸排核查。如发现勘探孔封堵不当或存在突涌隐患时，应采取旋喷加固等措施，防止开挖时发生突涌。

4）基坑与环境保护标准的执行。应对基坑围护变形进行严格的控制（1.4‰H）和经常性的漏水检查，并将总的变形控制指标分解到每一层土体的开挖支撑上进行控制。

5）实施时空效应原理指导施工。认真贯彻“分段、分层、分块、对称、平衡、限时”挖土支撑技术要求。

6）检查巡视工作。施工单位应重视基坑开挖阶段的巡视工作，如发现墙体存在渗漏等，应及时采取针对性处理措施；如监测发现基坑外水位突然下降，需立即核实地下连续墙是否漏水。深基坑的降压井应该做到自动监测、自动抽水、自动报警。

7）重视减压降水工作。按需适时适量降压，同时加强对基坑内外承压水位的观测，有重要保护建（构）筑物的需设回灌井。当水位下降0.5～0.7m时应启动回灌，可实施常压回灌或带压回灌。

8）最危险节点控制。当深基坑开挖至最后两层土时，一般是承压水发生突涌的最大概率阶段，按需降压降水、快挖快撑、快封底板是防止承压水突涌的有效手段。施工时间长、地下连续墙变形大，都会直接或间接引发承压水突涌。因此需要项目经理、施工总包经理及技术管理领导亲自到现场督导、检查这一阶段的施工，并且增加投入，提高施工效率，快速形成底板。

9）信息化指导施工。当监测得到的各类变形数据超过规定要求时，应相应调整施工措施和工程控制措施。重点需要对地下连续墙的沉降与位移、支撑轴力、立柱沉降隆起等进行监测。

10）提请注意。下雨天更应做好基坑排水、降水降压工作，慎防纵向滑坡。

11）选择结构门洞连通时机。“互联互通一票换乘”是轨道交通网络化实现的标志，目前还有大量的换乘节点在结构上需要连通。凡需要与在建车站，已建、运营线路相连的，建议选择在基坑底板浇筑完成后再开凿换乘通道的门洞，以防在建车站发生重大风险时无法实施救治措施（可为抢险向基坑灌水创造条件）或发生次生灾害时影响运营，使事故扩大化。

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“抢险不是万能的，但不做抢险准备是万万不行的”。应急抢险应做到“三早”：早发现、早报警、早处置；抢险应先“自救”，再“他救”，主要方式为“堵、灌”。

3.1 应急预案制定、落实与准备

在深基坑开挖前，应进行开挖施工条件验收，针对承压水突涌等重大风险源应形成专项的应急预案，建立强有力的应急处理组织架构和指挥体系，按“人、机、料、法、环、测+信息”的要求，现场配备必要的应急物资，并对应急处置进行技术交底和必要的演练。只有落实和准备好“人、机、料、法、环、测+信息”，当重大风险发生时，才能临危不惧，高效应对。

3.2 应急抢险启动

3.2.1对基坑和环境安全迅速做出判断

应快速了解现场情况，对基坑安全与发展事态做出初步推断，为决策提供依据。该决策事关工程安全、人员、设备及环境安全，事关抢险方法的决定以及人员的撤离。但往往由于时间紧张，掌握的资料不一定全面，且需要丰富的设计施工经验。因此在短时间内做到这一点实属不易，但掌握“8快”有助于快速判断基坑安全与否。

1）快速了解基坑（外观）情况。围护结构本身外观是否发生了大的沉降、位移、开裂；支撑轴力变化情况，支撑是否产生裂缝或断裂、有声音、脱开；墙幅之间是否发生错动，地下连续墙是否产生水平、横向裂缝；坑内立柱沉降与隆起，累计变形与变形速率。

2）快速了解是否有异常声音。如支撑开裂、掉落等声音。

3）快速了解水土流失情况。包括承压水突涌时间、涌水部位、涌水流量等。

4）快速了解地下连续墙损坏情况。当地下连续墙发生大位移或开裂明显或有折断迹象时，如继续发展，基坑非常危险。

5）快速了解地下连续墙变形情况。需要特别注意的是，当地下连续墙位移超7‰H时应特别关注；如地下连续墙位移还在迅速增大，风险将急剧变大；如超8‰H或更大，基坑状态很危险。

6）快速了解施工情况。

7）快速了解坑外环境变化情况。包括承压水井的水位下降情况、地面沉降、地面开裂、管线变形是否报警、相邻建筑沉降情况。

8）各项指标快速恶化进展。当基坑出现漏水涌砂、涌水规模较大，一时难以判别是坑底还是地下连续墙涌水、监测数据出现明显增大或无法得到监测数据（得不到）时，且出现上述多种信号快速向恶化趋势发展，应首先考虑撤出一般施工人员，视情况立即组织向坑内灌水，以平衡内外压差。如围护、支撑、立柱状况较好，一般不会立即发生突变危险。

3.2.2抢险方法

最常见的抢险方法是“堵”和“灌”，堵——注浆堵漏/辅助内压或内撑；灌——灌水平衡基坑外水土压力。应视现场情况采取不同抢险方法，不能一概而论。

1）发生小漏。

（1）当基坑坑底出现小规模涌水、涌砂时，应将坑内所有降压井全部开启，增强抽水效果，必要时可同时开启坑外备用井，并可用钢管扣住涌水点，钢管周边注浆填充；同时应检查、分析涌水的可能性问题。多为勘探孔封闭不好、成桩问题引起的涌水，可注浆控制。

（2）当漏点为围护结构时，一般先采取引流的措施，然后快速压注聚氨酯浆液堵漏，有时采用双液浆，同时还可以辅助内压载（采用各类水泥包、沙包等压载）。减缓漏水、延长渗漏水路径对堵漏和稳定被动区土体有很大益处。必要时，增加基坑水平向临时钢支撑。

2）地下连续墙发生大量涌水。

大多采用“外堵辅以内压”的抢险方法，但当突涌很大或无法控制时采用灌水法内外平衡。

（1）外堵内压。

（2）内外平衡。包括灌水、砂等，不得已时浇筑素混凝土。当发生大量涌水并预估暂无法控制时（且具备回灌条件），可向基坑回灌水。

（3）坑外降压。若基坑外部已存在降压井，在环境条件许可的情况下，可考虑开启基坑外部井降压（若有监测井兼作回灌井），可达到快速降压的效果，降低内外压差，为抢险救援争取宝贵时间，也可有效减缓涌水涌砂。但在市区施工时一般要慎用此法。

3）地下连续墙位移大。当地下连续墙发生横向开裂或踢脚严重时，需要快速架设临时内支撑或快速施加内衬+内部回填。

3.2.3监测监控

快速监测工作是指导抢险中十分重要的一环。项目实施前应在关键区段和部位考虑设置多套监测系统，以备不测。一旦发生紧急情况，应快速采用全站仪等自动化设备对基坑围护结构位移进行临时测量。

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随着地下工程基坑开挖深度的增加，涉及承压水的基坑工程承压水问题会日益突出，虽然每一个基坑的情况和环境都不尽相同，但其控制原理是类似的，即在基坑施工到高风险阶段，要引起高度重视，增加施工现场的各项投入，相关各方的领导进驻现场，是一项有效的管理措施。

车站深基坑承压水防治手段可总结为“6字”：隔、止、降、控、堵、灌。预控对策为：“墙止水、降水压、控变形、快挖快撑、快封底”。应急策略为：“早发现、早报警、早处置”，依靠“自救+他救”，完成“堵”和“灌”，实现对轨道交通车站建设中承压水突涌风险的控制。