朱彥鵬（右三）和其團(tuán)隊(duì)在馬灘地鐵站考察基坑支護(hù)

馬灘地鐵站基坑支護(hù)。

“蘭州地鐵一號(hào)線(xiàn)從陳官營(yíng)到東崗鎮(zhèn)，全長(zhǎng)約26千米，共設(shè)置20個(gè)車(chē)站，平均站間距1356m，最大站間距2320m，最小站間距822m。”朱彥鵬對(duì)這幾組數(shù)字幾乎能倒背如流。

蘭州地鐵從開(kāi)建的第一天起，他就作為施工風(fēng)險(xiǎn)論證專(zhuān)家參與其中，20個(gè)地鐵車(chē)站的基坑圍護(hù)、解決基坑降水、基坑紅砂巖地質(zhì)穩(wěn)定性差的破解，都是由他和他的科研團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)無(wú)數(shù)個(gè)日日夜夜，進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)、論證完成，這些科研成果填補(bǔ)了多項(xiàng)國(guó)內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)空白。近日，本報(bào)記者專(zhuān)訪(fǎng)蘭州理工大學(xué)土木工程學(xué)院教授朱彥鵬，為大家揭開(kāi)地鐵修建過(guò)程中那些不為人知的故事。

A 20個(gè)車(chē)站地質(zhì)條件各有不同 破解基坑圍護(hù)加固難題

蘭州地鐵1號(hào)線(xiàn)共有20個(gè)車(chē)站，車(chē)站施工采用明挖法或鋪蓋法，車(chē)站基坑開(kāi)挖深度在15—24m之間不等，是目前蘭州地區(qū)開(kāi)挖深度最深的基坑。地鐵站基坑大多在城市建成區(qū)中進(jìn)行開(kāi)挖，市區(qū)建筑密度大，場(chǎng)地狹小，鄰近又有建筑物和地下市政管線(xiàn)，基坑工程的主要技術(shù)難點(diǎn)在于對(duì)基坑周?chē)瓲钔馏w的保護(hù)，防止地表沉降，減少對(duì)既有建筑物的影響。而且地鐵車(chē)站在不同地質(zhì)分區(qū)，工程地質(zhì)及水文地質(zhì)情況差異較大，這就給地鐵站開(kāi)挖深基坑時(shí)應(yīng)選擇何種圍護(hù)類(lèi)型及地下水的處理措施選擇帶來(lái)了很大困難。朱彥鵬所帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)接手關(guān)于地鐵修建的第一個(gè)重任就是要解決這20個(gè)車(chē)站深基坑圍護(hù)的類(lèi)型以及如何處理地下水。

地鐵工程深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理與否，不僅對(duì)工程的質(zhì)量和安全至關(guān)重要，而且對(duì)工程的實(shí)施難度、施工期間的城市居民生活及周?chē)h(huán)境等都會(huì)產(chǎn)生直接影響。同時(shí)，蘭州又處于特殊的黃土地區(qū)，基坑壁巖土體既具有濕陷性的黃土層，水位線(xiàn)附近還常分布有軟塑-流塑地層，部分地段基坑側(cè)壁及基坑底還存在厚度較大的砂層，這與國(guó)內(nèi)外已開(kāi)挖的地鐵建設(shè)城市的地質(zhì)條件差異較大。蘭州是首次進(jìn)行地鐵建設(shè)，可借鑒的經(jīng)驗(yàn)幾乎沒(méi)有，所以這給朱彥鵬的科研團(tuán)隊(duì)帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。

科研人員首先根據(jù)20個(gè)車(chē)站所在的地面交通狀況、巖層以及地下水賦存條件、車(chē)站建筑布置等因素，將各個(gè)車(chē)站歸類(lèi)考慮。比如：陳官營(yíng)站，地表為人工填土，土質(zhì)疏松，其下為黃土狀土，分布穩(wěn)定，工程性質(zhì)較好，但含水量豐富， 工程多位于水位以下，施工降水過(guò)程中卵石土中細(xì)顆粒的流失易引起坍塌及涌砂涌水現(xiàn)象，圍巖穩(wěn)定性較差；下部泥巖具弱膨脹性，易崩解，脫落。地下水埋深4-6m，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具中等腐蝕性。

西關(guān)站至五里鋪站，屬于科研團(tuán)隊(duì)劃分的東市區(qū)盆地內(nèi)的一級(jí)階地。地層主要為人工填土、全新世卵石和第三系古-始新世砂巖組成。坑壁和基底的土層多位于水位以下，易產(chǎn)生坑壁坍塌、涌砂涌水現(xiàn)象，穩(wěn)定性差。

根據(jù)這些車(chē)站所處位置的不同地質(zhì)結(jié)構(gòu)，朱彥鵬采用了深層攪拌水泥土圍護(hù)墻、土釘支護(hù)、鋼筋混凝土地下連續(xù)墻、鋼筋混凝土排樁加內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)等不同的圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案。

朱彥鵬在解決地鐵車(chē)站基坑圍護(hù)選型的難題過(guò)程中得出蘭州地區(qū)不同工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件下合理基坑支護(hù)型式（如圍護(hù)類(lèi)型、嵌固深度、樁間距、連續(xù)墻厚度、支撐間距等等）的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為蘭州后續(xù)地鐵工程的設(shè)計(jì)與施工提供了寶貴的科學(xué)依據(jù)。

B揭示紅砂巖透水特性 打通施工卡點(diǎn)

2016年?yáng)|方紅廣場(chǎng)地鐵站在修建過(guò)程中， 遇到一個(gè)難以破解的問(wèn)題，一度阻礙了施工的正常進(jìn)行。東方紅廣場(chǎng)地鐵站長(zhǎng)度600米，主體結(jié)構(gòu)投資6億多，號(hào)稱(chēng)國(guó)內(nèi)第三大地鐵站，它承載著1、2、3號(hào)線(xiàn)的換乘任務(wù)。這么重要的一個(gè)站，工程進(jìn)度突然卡住了，施工方非常著急。

基坑內(nèi)始終有滲水，起先有人認(rèn)為是基坑內(nèi)的紅砂巖層裂縫造成的透水，而在施工前期做地質(zhì)勘察時(shí)得出的結(jié)論是紅砂巖是不透水的。但實(shí)際上基坑內(nèi)一直在滲水，大家都不知是何原因。作為地鐵施工建設(shè)過(guò)程中全程參與風(fēng)險(xiǎn)論證的專(zhuān)家之一，這一問(wèn)題引起了朱彥鵬的高度重視，他要找出基坑內(nèi)的水是從哪里來(lái)的。

朱彥鵬帶著他的團(tuán)隊(duì)開(kāi)始對(duì)東方紅廣場(chǎng)基坑內(nèi)滲水問(wèn)題展開(kāi)深入系統(tǒng)的研究。首先他們通過(guò)一系列室內(nèi)外試驗(yàn)，對(duì)蘭州地鐵深基坑開(kāi)挖所遇到的紅砂巖的物理力學(xué)特性和滲透性展開(kāi)系統(tǒng)研究，全面分析紅砂巖的物理力學(xué)性質(zhì)、揭示紅砂巖層的透水性與滲透變形機(jī)理。朱彥鵬告訴記者，不同地區(qū)紅砂巖具有明顯的差異，但是以往的研究與實(shí)踐工作未從紅砂巖物理力學(xué)特性角度考慮紅砂巖的滲透性，而是普遍認(rèn)為紅砂巖層為隔水層，就是不具備透水性。如蘭州地區(qū)經(jīng)驗(yàn)和地勘報(bào)告中就寫(xiě)到蘭州地鐵開(kāi)挖遇到的“強(qiáng)風(fēng)化砂巖成巖作用差，屬極軟巖，易變形坍塌，地層富水性差，為相對(duì)不透水層”。

但經(jīng)過(guò)蘭州軌道交通1號(hào)線(xiàn)沿線(xiàn)多個(gè)車(chē)站基坑，特別是經(jīng)過(guò)東方紅廣場(chǎng)站實(shí)踐證明，蘭州第三系砂巖透水性明顯，將其定義為隔水層明顯不妥。朱彥鵬的科研團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)最終將紅砂巖從多方面證明其具有滲透性。

紅砂巖既然具有透水性，隨后朱彥鵬團(tuán)隊(duì)又展開(kāi)探索與之相應(yīng)的處置措施，結(jié)合對(duì)紅砂巖滲透系數(shù)的試驗(yàn)研究，研究出基坑降水新方案，即采取坑外降水與坑內(nèi)降水相結(jié)合的方法，在深基坑圍護(hù)樁的基礎(chǔ)上，利用坑外及周邊降水井，降低坑內(nèi)外水頭差；坑內(nèi)利用真空泵小厚度降水，采取降一層水，開(kāi)挖一層的方式；坑內(nèi)明水直接開(kāi)挖集水井及時(shí)抽排的三位一體降水方法，有效避免了坑外的砂巖流入坑內(nèi)，造成地面的沉陷，保證了基坑的正常運(yùn)行。

針對(duì)紅砂巖透水的特性，采取新型的降水方案，東方紅廣場(chǎng)站終于恢復(fù)了正常施工，并且此方法之后在多個(gè)車(chē)站得到了應(yīng)用。該研究成果有效縮短了地鐵站的施工期，填補(bǔ)了該地質(zhì)情況下地鐵深基坑施工方面的空白。

C對(duì)紅砂巖進(jìn)行分類(lèi)而“治” 降低工程造價(jià)

紅砂巖的問(wèn)題并沒(méi)有就此結(jié)束。可以說(shuō)這是讓蘭州軌道工程施工人員最頭疼的特殊巖土層，在解決了紅砂巖是否具有透水性的問(wèn)題后，它又給施工人員擺出一個(gè)新問(wèn)題。從現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖情況發(fā)現(xiàn)，不同地區(qū)的紅砂巖工程性質(zhì)差異較大。部分地方的紅砂巖，暴露在地表極易風(fēng)化，擾動(dòng)或遇水時(shí)其強(qiáng)度迅速衰減呈散砂狀，由此產(chǎn)生了大量工程問(wèn)題。

尤其是在基坑開(kāi)挖過(guò)程中，位于水位以下的紅砂巖極易產(chǎn)生崩解砂化，其強(qiáng)度急劇下降，出現(xiàn)涌水涌砂、浸泡基坑現(xiàn)象，導(dǎo)致挖掘緩慢，嚴(yán)重影響工期，增加施工成本。另外，崩解砂化后的紅砂巖隨地下水滲流從基坑內(nèi)用于阻止地下水的咬合樁薄弱處滲出，坑外砂土流失，給基坑周邊地表帶來(lái)較大沉降，對(duì)車(chē)站及周邊道路、管線(xiàn)以及建筑物的安全造成很大隱患。

經(jīng)過(guò)蘭州地鐵1號(hào)線(xiàn)多個(gè)車(chē)站基坑開(kāi)挖后發(fā)現(xiàn)，不同地區(qū)紅砂巖性質(zhì)不一致，尤其崩解性和滲透性差異較為明顯。鑒于這種情況，朱彥鵬所帶的科研團(tuán)隊(duì)2018年又開(kāi)始著手進(jìn)行關(guān)于蘭州地區(qū)紅砂巖崩解性的細(xì)致研究，以及與之相應(yīng)的地下水處治措施。

朱彥鵬說(shuō)，分析出蘭州市內(nèi)各地鐵站紅砂巖的不同分類(lèi)，就了解了它的崩解速度不同，在施工時(shí)就可以采取不同的方法，僅此科研項(xiàng)目就為地鐵施工節(jié)省上億資金。

從2012年到現(xiàn)在，朱彥鵬和他的團(tuán)隊(duì)一直在圍繞著蘭州地鐵建設(shè)中出現(xiàn)的工程問(wèn)題進(jìn)行“把脈診治”。如今地鐵正式通車(chē)了，朱彥鵬也拿到了一張乘車(chē)卡，他說(shuō)高興的同時(shí)，仍然有任務(wù)要做，那就是要做一系列保護(hù)規(guī)程， 因?yàn)橹蟮罔F隧道周邊肯定還會(huì)進(jìn)行基礎(chǔ)建設(shè)，那么如何才能不對(duì)地鐵隧道造成影響，這就是他接下來(lái)要做的工作。

文/圖 蘭州晨報(bào)/掌上蘭州記者夏苗 實(shí)習(xí)生肖宗凱

http://www.lzcbnews.com/html/2019-06/27/node_8.htm