复杂地质地下连续墙塌槽原因分析及措施

【摘要】

针对苏州火车站地铁围护结构地下连续墙成槽过程中出现槽壁失衡、塌槽，造成抓斗被埋的原因，采用弹塑性模型及有限元法分析了微承压水、施工附加荷载及抓斗吸力对槽壁稳定性的影响。并从理论上论证了槽壁两侧进行旋喷加固，对于减小槽壁水平变形和控制破坏区的有效性。【关键词】

地下连续墙；塌槽；原因分析；加固措施

1工程概况

苏州火车站是一个集火车、地铁、长途客运、城市公交为一体的立体交叉的交通换乘站。地上为火车站，地下1层为综合乘车换乘层，地下2层及地下3层为地铁换乘层。

地铁部分周边采用800mm宽、40～50m长的地下连续墙围护结构。连续墙顶标高为－11.3m。

场地位于太湖冲湖及泻湖相沉积的平原区，地势平坦，第四系覆盖层深度较大。100m以内土层为第四系全新世至上更新世沉积的疏松沉积物，以粘性土为主。按各土层的物理力学性质、沉积环境、成因类型，自上而下分别为：①1淤泥层；①2填土层；③1粘土层；③2粉质粘土层；④2粉质粘土层；④3粉质粘土夹粉土层；④5粉质粘土层；⑤1粘土层；⑤2粉质粘土层；⑥2粉土夹粉质粘土层；⑥3a粉质粘土层；⑥3b粉质粘土夹粉土层；⑥3c粉质粘土层；⑥4粉质粘土夹粉土层；⑦2粉质粘土层。

地下水分为孔隙潜水、微承压水及承压水。微承压水主要赋存于④2及④3层中，由于④

2、④3层水平向差异性较大，局部夹较多粉质粘土，其透水性及赋水性为一般～中等。该含水层埋深及厚度均有一定变化，埋深在6.80～12.20m之间，厚度在1.30～6.50m，对车站施工影响较大。据区域资料，苏州市历年最高微承压水头标高为1.74m；最底承压水头标高0.62m。

2施工问题及原因分析2.1地下连续墙槽壁塌孔情况

在苏州轨道交通4号线连续墙施工的成槽过程中，连续出现塌孔现象，对工程施工安全、施工质量及施工成本带来不利影响。为此，对地下连续墙成槽用超声波进行了检测（见图1）。

2.2事故原因分析及研究思路

塌槽部位主要在地面以下10～15m范围，经分析，主要原因有二：

一是由于该地下连续墙深度较大，其槽孔需要穿越第④层粘土层，而该土层粉砂性较重，根据上海地区连续墙施工经验，该土层较容易出现槽壁塌孔的情况。而且该土层存在有微承压水，埋深10m，水头最高标高为1.74m，更加剧了槽壁的不稳定性。

二是该地下连续墙的施工工程量较大，在开挖槽孔时，抓斗频繁上下抓土，带动槽内泥浆，对槽壁反复冲击，产生挤压力及吸附力，在槽壁泥浆护壁上吸附出孔隙，槽壁外围地下水被吸入槽内，同时带动砂层内的粉砂进入槽内，形成局部凹陷的滑动面，造成上面土体整体坍塌，埋住抓斗，导致抓斗脱落。

针对以上原因，对以下内容进行进一步理论分析：

1）分析④层土中微承压水的作用：对比分析不考虑和考虑承压水作用两种情况下，槽壁的水平变形及破坏区出现的规律；

2）由于现场施工机具较多，槽顶作用有较大的施工附加荷载，分析该因素对槽壁变形和产生破坏的影响；3）分析抓斗的吸力对槽壁稳定性的影响；

4）针对以上分析，考虑在槽壁两侧进行旋喷加固，模拟该措施对减小槽壁水平变形和控制破坏区的有效性。

3有限元计算的实现及结果分析3.1模型尺寸及边界条件

连续墙在纵向上可以认为无限长，属于平面应变问题，因此采用平面有限元的方法计算。槽壁处于半无限体的地层中，横剖面左右和下方的边界均在无穷远处，根据一般的力学原理，在边界效应的影响可以忽略的前提下选取合适的计算区域。水平方向上取为80m（槽壁两侧留出20m），长度方向取80m。对需要重点分析的区域，单元网格予以加密，如图2所示。