深基坑周围地下水与地面运动外文翻译资料

土木工程师学会会刊

岩土工程156 2003年7月第GE3期

第147–158页

论文13218

2002年12月13日收到

2003年4月7日接受

关键词：开挖/岩土工程/地下水

Andy R. Pickles，岩土工程咨询集团（亚洲）有限公司，香港

Seiw Wei Lee, 岩土工程工程师，岩土工程咨询集团（亚洲）有限公司，香港

Brian A.W.Norcliffe, 岩土工程工程师，巴奇索莱坦集团有限公司，香港

深基坑周围地下水与地面运动

Andy R. Pickles, Seiw Wei Lee, Brian A.W.Norcliffe

九广铁路公司荃湾西站是在先前及最近填海的土地上兴建的。该项目包括大约600米的明挖和覆盖引道，以及一个400米长的车站结构，在20米深的开挖中建造。在施工过程中，进行了广泛的仪器监测，以监测地下水位、地面运动和相邻构筑物的位移。本文介绍了施工现场的背景资料和监测结果。结果发现，在整个监测期间，向海一侧的地下水状况受到潮汐运动的强烈影响，而向陆侧的地下水状况在地下连续墙施工后不久显示潮汐影响减弱。地下连续墙下方进行的岩石灌浆可有效缓解墙外测压水位的下降。水位下降幅度是地下连续墙深度的函数。随着施工的进行，地面沉降、地下连续墙挠度和地下水的数据进行了交互讨论。最后，对地下沉降数据进行了审查，以突出预挖沟对地下连续墙施工的不利影响以及软弱岩层中的过度降深。

1、引言

九广铁路公司承建了一条连接新界西区与九龙的铁路，称为“西铁”（见图1）。建造荃湾西站的CC-300号合约包括约600米的明挖及盖挖引道，以及一座400米长的深基坑车站结构（图2）。北部和南部引道隧道和车站的施工需要在混凝土防渗墙内开挖至地面以下约20 m的深度。

图1.香港九铁西铁荃湾西站

图2.荃湾西站工地航拍图

车站和南部引道隧道（SAT）部分修建在以前的复垦土地（旧复垦）上，部分修建在新复垦土地上（图3）。北引道（NAT）完全修建在先前开垦的土地上。旧填海区是十多年前建造的。新填海工程于一九九九年三月展开，二零零零年十月完成。填海工程包括疏浚软质海床土（海床沉积物）、建造海堤，以及液压铺设砂填料，并用振动压实。

各种现有结构位于车站和隧道附近。这些工程包括：荃湾高架四车道绕道（TWB），该绕道与地盘平行，距离向陆地下连续墙约40米；毗邻新干线的荃湾中央咸水抽水站；以及横跨地盘的煤气及自来水总喉管及涵洞（图3）。车站、隧道和涵洞改道的排水和开挖不可避免地导致地面移动，对这些相邻结构和公用设施产生一定影响。为了预测这些移动，安装了一套全面的岩土仪器，以监测地下水位的变化，地面运动和相邻结构的位移。1本文回顾了地下水数据，以确定防渗墙在缓解地下连续墙外水位下降方面的有效性。将讨论车站特定部分的地面和地下连续墙的移动。最后本文对全文进行了回顾预挖沟和地下连续墙安装以及深开挖和排水引起的地下沉降。

图3.荃湾地盘的示意图详情及仪器位置的平面图：P2，压力计；VP2，振弦式压力计；INC，倾斜仪；MPX，磁探头引伸计

2、背景资料

2.1地质条件

现场的地面条件如图4所示（沿陆地（东部）地下连续墙的地下地质剖面）。地面条件是典型的香港海洋环境，虽然有一些变化表现出以下一般特征是显而易见的。

1. 现场向海一侧的新填海填料为振动压实海砂，采用液压浇筑。在填海之前，将香港海床覆盖的软海泥除去。
2. 旧填海区的填充物主要由一般填充物组成，比新填海区的海砂填充物变化更大。一般填料是最大粒径小于200mm的无粘性材料。由于规范要求相对宽松，一般填料的成分可能非常多变，但通常含有大量完全分解的岩石。尽管大部分旧填料为粒状，但经常遇到粉质和粘性材料。遇到了相当厚的漂石或堆石，特别是在以前的海堤区域。
3. 地面标高通常为4.0至5.0 mPD，填方底部标高通常为8至10 mPD。“PD”一词是指基准面，香港平均海平面0 MPd为1.3米。在车站和北部引道隧道区域，较老的填海填料通常被大约2–5 m的海相软粘土覆盖。
4. 填充物或海相沉积物下方的冲积层通常为粒状，厚度通常在2–5 m之间。在某些位置遇到了冲积粘土。冲积层底部的深度通常为12-15 mPD。
5. 冲积层下面有一层厚度不等的完全分解的花岗闪长岩（CDG）。现场的岩头高度变化极大，约为12-40 mPD。现场下方的岩石在某些区域高度断裂。

图4.荃湾西站地质剖面图：MD，海相沉积；All.，冲积层；CDG，完全分解花岗闪长岩。在新填海工程中，海洋沉积物被充分挖掘

2.2 结构设计说明

车站长390米，宽42米。底板底面标高为12.5 mPD。车站建在1.2m厚的地下连续墙之间，形成永久性侧墙。地下连续墙是承重的，建在下面的基岩上。车站为两层结构，底板、站厅板和地面屋顶板构成墙间的永久支柱。

卫星长285米。隧道宽度从南端的21 m（与另一合同中的隧道连接处）到与车站连接处的26 m不等。底板下侧的标高从13 mPD到17 mPD不等。

纳特河长315米。隧道宽度从北端的18 m（与另一合同中的隧道连接处）到与车站连接处的28 m不等。底板下侧的标高从13 mPD到15 mPD不等。

隧道建在地下连续墙之间。墙厚1.2 m，形成车站约50 m范围内隧道的永久侧墙，称为过渡隧道。在其他地方，地下连续墙的厚度为0.8 m，基本上是临时工程，尽管在结构完工后，地下连续墙仍保留在原位。临时地下连续墙内的隧道箱是一个“浮动”结构，建造在地下水位以下，但没有锚定到岩头。地下连续墙面板的最大长度为6·4 m。隧洞内通常需要五层临时支柱。

2.3 施工方法

本文件涉及到2001年10月的施工阶段，当时车站和隧道的主要结构构件基本完成。在填充物和冲积层含有大量鹅卵石和漂石层的区域，地下连续墙施工前需要预挖沟。预挖沟包括使用膨润土/水泥浆将面板开挖至卵石和漂石层底部，以临时支撑开挖。然后，在重新开挖以修建墙体之前，先将泥浆凝固。

在地下连续墙建在岩石上的地方，采用接触灌浆既可以提高承载力，又可以降低岩石的局部渗透性。接触灌浆包括水泥灌浆，深度约为墙趾下方1m。此外，在向岸站地下连续墙下方，使用超细水泥对墙趾下方5m的深度进行岩石灌浆。

采用这种方法是为了降低岩石的渗透性，从而降低现场向陆地一侧站外测压水位下降的可能性。现场向海一侧的水位下降没有问题，因为向海一侧没有敏感结构，地下水状况不断地由海洋补给。

为便于施工，车站和隧道被分成较短的部分，或通过膨润土水泥浆防渗墙，或通过底部灌浆的板桩墙，或通过泥浆墙和板桩的组合。在引道隧道或车站的任何区段内进行开挖之前，进行了一系列抽水试验，以证明拟定开挖周围截水的有效性。

对开挖相关的排水进行控制，以确保水位在任何时候都低于开挖水位约1m。为了防止构筑物漂浮，必须保持排水，直到构筑物和地面回填完成。车站和隧道是“自下而上”建造的，需要在浇筑底板作为最低水平永久支柱之前进行全深度开挖。

地下连续墙于二零零零年二月动工。许多战线的工作仍在继续，在任何时候，地下连续墙、排水和挖掘都在现场的不同区域进行。

3、深度测压水平响应

两排振弦式压力计（VPZ）安装在向海和向陆地下连续墙外表面约5 m范围内，其尖端位于岩头上方约0.3 m处。VPZ的主要功能是监测排水期间车站和引道开挖外的测压水位下降。水深测压位受潮位波动、填土水位季节变化和降水影响。在海相粘土留在原地的区域，深层测压位的响应也很复杂，有效地在上部填充材料和下伏粒状冲积物和CDG之间形成隔水层。

3.1 测压水位对潮汐波动的响应

由于潮汐的影响，大多数VPZ显示出一定的测压水位波动。响应的大小是压力计与海堤的距离、海水与压力计尖端之间通过地面的水力连接状态以及地下连续墙的存在的函数。为了说明这一点，有必要比较在VPZ 428（-5 m）和VPZ 429（ 6 m）处记录的数据，这两个位置位于台站的两侧。括号中的“”和“ ”符号分别表示从地下连续墙向海和向陆的偏移。VPZ 428和VPZ 429的位置如图3所示，从中获得的数据分别如图5和6所示。可以观察到以下几点。

1. 在建造地下连续墙之前，VPZ 428处的每日测压水位响应变化约1.5 m，而VPZ 429处的每日测压水位响应仅变化约1.2 m。VPZ 429的日水位波动较小，这是因为该测压计的位置比VPZ 428离海大约50 m。
2. 该地区的地下连续墙大约在2000年8月初完工，可以看到Vpz429的日水位变化立即下降到0.3m左右。这表明地下连续墙在抵御潮汐影响方面的有效性。然而，VPZ 428的日水位变化相对保持不变，因为它仍然受到海水补给的影响。
3. 地下连续墙完工后，由于抽水试验、开挖相关排水和季节性或降雨变化，两个VPZ的测压水平均降低。这些问题将在稍后讨论。

图5.向海侧VPZ428测压水位日变化

图6.向陆侧vpz429测压水位日变化

图7和图8分别显示了向海和向陆测压计每日测压水位变化的典型范围。图中的水平轴显示了压力计沿车站和隧道的位置。实心和开放符号分别表示相邻地下连续墙完工前后的数据。从图7可以看出，站点向海一侧的最大日水位变化发生在站箱北端和相邻的NAT，SAT南端和NAT北端的变化要小得多。图7显示，在完成地下连续墙后，大多数压力计的每日压力变化没有明显减少，因为压力计仍需接受海水补给。图中向下的箭头表示测压压力降低。

图7.防渗墙完工前后向海测压计的测压水位变化范围

图8比较了地下连续墙完工前后测压水位向陆地的日波动。在建造地下连续墙之前，向陆地一侧的每日水位变化通常小于向海一侧的测量值。地下连续墙完工后，向陆侧的每日水位变化明显减少，但并未完全消除。这些墙很大程度上把向陆地的压力计与海水的潮汐效应隔离开来。

图8.横隔墙完工前后向陆测压计的测压水位变化范围

3.2 因排水引起的岩头测压水位

岩头测压水位对车站和隧道开挖进行的排水作出响应。减少的幅度是各种因素的函数，包括开挖范围内的水位下降和泵送率、局部地面条件以及地下连续墙坡脚以下接触和岩石灌浆的程度和有效性。图9总结了靠近向海和向陆防渗墙的所有岩头测压计记录的最大水位降。图中纵轴上的“—”符号表示平均海平面以下的水位下降。

图9.排水引起的向海和向陆地下连续墙外的最大水位降

在审查图9所示的结果时，值得注意的是，接触灌浆仅在电站和NAT的向岸地下连续墙下方进行，岩石灌浆仅在向岸电站地下连续墙下方进行。根据图9可以得出以下结论。

1. 邻近SAT的向海测压计记录的水位降深在4 m和8 m之间，测站记录的水位降深在0.0 m和4.5 m之间，NAT记录的水位降深在0.3 m和7.0 m之间。
2. 邻近SAT的向陆测压计记录了2.5 m和10 m之间的水位下降，测站记录了2.5 m和5.0 m之间的水位下降，NAT记录了4.0 m和10.0 m之间的水位下降。
3. 向海侧的水位下降略小于向陆侧的水位下降。这是由于海水补给经历了向海测压。
4. 与NAT和SAT相比，该站岩头水位的平均降深较小。这表明了在向岸站墙下方进行岩石灌浆的益处。站箱北端采用人工补给地下水的方式，对该地区的效果产生了影响。Norcliffe等人2讨论了利用补给井缓解本项目地面沉降的问题。
5. 尽管电站向海一侧没有岩石灌浆，但由于海水快速补给地下水，水位下降相对较小，表明现场该区域的渗透路径相对较高。
6. 与SAT结果相比，NAT下方的接触灌浆似乎对水位下降幅度的影响相对较小。

图10.作为地下连续墙深度函数的最大降深，与岩层顶面标高有关

图10绘制了地下连续墙墙趾水平面的最大测压压降。地下连续墙建在基岩上。该图不包括地面站区域的数据点，该区域在地下连续墙下方进行了岩石灌浆。水位下降与地下连续墙的深度之间似乎存在相关性，地下连续墙的深度受岩顶标高的控制。在较深的地下连续墙处测量到较浅的水位下降，反之亦然。地下连续墙后渗流路径的长度可以控制观测到的关系。地下连续墙越深，渗流路径越长，预计排水引起的水位下降越小。数据点的散射可能是由测压计和地下连续墙之间的不同距离以及地面条件变化引起的。

根据图9中向陆测压计的数据，岩头测压位的平均下降分别比SAT、台站和NAT的平均海平面低约5.5 m、3.5 m和7.5 m。所有这些压力计都位于地下连续墙背面约5 m的范围内，地下连续墙下方的任何水流都集中在该区域内，因此可以预计会有相对较大的水位下降。因此，考虑距地下连续墙较大距离处的岩顶水位下降是很有意义的。

图11.靠近SAT和

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