周进

摘要：随着工程规模扩大、深基坑工程数量的增多，基坑工程安全问题也显得日益重要。本文以新建连云港至徐州铁路跨京杭运河连续梁拱基坑为例阐述了在铁路桥梁工程深基坑工程中比较容易出现的管涌灾害，简单分析其产生的原因，并依据管涌严重程度及工程实际提出了挡水钢板桩、旋喷止水、降水减压及泌水压重四种简单治理方法，仅供参考。

关键词：深基坑；管涌；原因分析；措施

1、工程简介

新建连云港至徐州铁路跨京杭大运河连续梁拱主跨位于邳州市京杭运河河道上，距上游陇海铁路京杭运河特大桥约50m，新建高速电气化铁路，设计时速350km/h。跨水面宽度175米，采用（84+168+84）m系杆拱梁跨越，京杭运河目前水位22.9m。159#主墩承台平面尺寸为14.6×19.9×5m，承台底标高为10.712 m，围堰顶标高24.0m，基坑开挖深度13.788m。159#主墩地质：粉质黏土7m、粉质黏土4.66m、粉细砂10m。

充分考虑地质及涌水影响，深基坑采用以下方式防护：159#主墩采用外围防水9m拉森钢板桩钢围堰+18m拉森钢板桩支护+四道内支撑的方式施工，159#墩基坑底部采用高压旋喷桩注浆，注浆4.41m上面施作0.5mC30封底混凝土。

2、简析管涌产生的原因

铁路桥梁基坑工程是一个整体的系统的工程，基坑出现的问题一般是由多方面的原因所造成的，其中管涌是比较常见的。当基坑开挖以后，在一定水力梯度渗流作用下，下层的相对不透水层将会承受较大的水压力，在没有反滤层保护的情况下，当这股水压力冲破了不透水层，或者围护结构本身存在着某个薄弱部位，反压土体的厚度的损失，粉土、粉砂、细砂等就会随水而流出，即发生了“管涌”。

本桥159#主墩在开挖至距离承台设计底标高位置1.3m-1.8m处，有4处出现不同程度的涌水、涌沙现象（一个大的管涌口30cm+三个小的管涌口5-8cm），其他位置亦有征兆，持續有气泡冒出基底出现。具体分布如下图。

159#主墩管涌情况示意图（蓝色为管涌口，其余为气泡）

原因分析：（1）首先，管涌发生的根本原因是地质。本基坑地质较差，上层是含水量丰富、相对比较透水的粉质黏土，下层是粉细砂，底部不采取措施必然会出现涌水。虽然我们对工程范围的地质有比较清楚的了解、认真及时地研究地质的条件、并根据地质确定了有针对性的围护施工方案，但是基坑较深、底面较大、高压旋喷桩封底后的密封面仍然抵消不了管涌在某个薄弱点发生。

（2）其次，主要是施工自身的原因：①拉森钢板桩围护锁扣不严密，有两处未扣紧、采用棉絮堵塞后仍有少量漏水；②止水帷幕封闭不了、质量达不到标准要求，高压旋喷桩咬合不到位、与粉细砂混合联结不密实；③排水应急措施不全，起初仅准备三台小功率泵、未准备大功率泵；④工艺方案的选择不当，两台小挖机在基坑内进行第四道围檩下土方开挖未按分段开挖实施。

3、判别管涌危险程度

当159#主墩发生管涌现象以后，参考相关资料，我们依据管涌的具体情况进行观察、判断，分析管涌的严重程度，最终总结可从如下的几个方面判别管涌危险程度，分别是：①管涌口直径（最大30cm），②涌水的浑浊程度和带砂的情况（浑浊夹砂），③洞口扩展的情况（扩展较快），④涌水量（较大），⑤涌水的水头（较深）。本基坑北侧50m为既有运营电气化铁路-陇海线，安全要求较大，基坑内不能任意抽水以免造成既有铁路路基下沉。故提高管涌的严重程度判别等级，认定本基坑管涌为重大程度。危险程度分级建议分为以下四级。

3.1轻微程度：当基底地面有水渗出、出现隆起、细流流出等现象，可能就是管涌出现前的预兆。此时需要适当暂停开挖，观察发展情况。

3.2一般程度：若管涌口所涌出来的水量小，水流的流速小，携泥携砂量也较少，那么这种情况则属于较轻的管涌，可不对管涌口进行处理。此时可在管涌口附近挖集水坑设水泵等进行集中的抽排，同时需要根据实际情况采取止水或者降水措施。

3.3较大程度：随着管涌的进行，管涌的严重程度不断发展，管涌的口径不断扩大，导致管涌流量不断增大，随之带出的砂、泥也越来越多，逐步发展成较大险情。

3.4重大程度：如果管涌的开口较大，水流速快、短时间内管涌携带出大量的泥砂，这就属于严重的管涌，必须在发现情况时，立刻采取相应的应急措施进行处理，如滤水压重等。

4、管涌处理措施建议

管涌程度受地质的影响，对管涌采取的处理方案也各有差异，应因地制宜确定最佳处理方案。首先是工程前期的预判、根据风险识别确定预防措施并落实到位，其次是后续发生危险时应以疏为主，以疏、排、堵、截、压综合治理。

4.1前期预判

深基坑施工前需要根据现场进行风险研判并制定预防措施：本桥基坑开挖深度较大（13.788m），地质较差（下卧层为10m粉细砂层）。考虑安全采用软件理论计算需要18m钢板桩+4道内支撑可满足相关围护要求；考虑管涌影响采用高压旋喷桩封底处理使基坑底部形成密封环境。

（1）应急备品（出现管涌时适用）

本桥对高压旋喷桩封底进行改进，①在基坑底部采用φ60cm高压旋喷桩注浆，将底部固结成一个整体，抵抗底部的承压水，浆液与钢板桩之间产生咬合，桩与桩之间咬合间距设置20cm；②在外围挡水钢围堰与内层支护钢围堰之间60cm宽度采用φ60cm高压旋喷桩注浆封闭。孔位布置方案：梅花型布置间加固区域21.6×16.8m，如下图所示，159#承台注浆深入砂层4.41m。用全液压多功能工程钻机配合气动冲击器偏心跟管钻进成孔，单管法自下而上旋喷成墙。总体施工质量可控。

（2）增设钢板桩

为应对汛期京杭运河水位升高，在钢板桩围堰临河道一侧插打外围钢围堰，内外两层围堰间距为60cm。159#主墩外围钢围堰采用9m拉森钢板桩，打入土层4m，入土部分内外两层围堰间施打高压旋喷桩，其中159#墩旋喷桩顶面高出水面20cm，钢板桩顶部采用HW400*400型钢做围檩，形成整体。

4.2险情处理

（1）降水减压

在管涌发生部位对应的基坑外侧设置井点降水，经过抽排该段地下水位将会降低，切断管涌水力的供应，管涌将逐渐减弱。降水井根据基坑深度、地质情况选择管井降水，本桥采取管井降水+基坑内大功率泵抽水形式进行处理。因为需要一定时间进行井点降水，故在降水产生效果前，采取反压措施来避免管涌情况的恶化（将挖机吊出，让水渗透满基坑、暂不抽水）。

（2）滤水压重

当管涌涌水涌砂量大，情况严重，其他措施都来不及采取时，可直接将滤水性材料+棉被分层压在管涌口范围以内，通常情况下由下层到上层，压重的颗粒由小到大，根据管涌程度确定具体的厚度，一般情况下分层厚度不宜小于30cm。

本桥分段开挖分段封底，在中间段出现一处大管涌，口径30cm，涌水涌砂量大，情况严重，紧急采用棉被+砂夹碎石+棉被+碎石压重，处理后仅有清水泌出，顺沟集中排出。

（3）加强观测

根据《建筑基坑工程监测技术规范》（GB50497-2009）要求，基坑工程监测频率的确定满足能系统反映监测对象所测项目的重要变化过程而又不遗漏其变化时刻的要求。基坑工程監测工作应贯穿于基坑工程施工全过程。监测期应从基坑工程施工前开始，直至地下工程完成为止。管涌发生后，应加强基坑围护观测、管理点及流量测量、周边结构物变形观测等，为处理决策提供依据。

5、结语

管涌的初始的阶段通常情况下的征兆并不是很明显，比较不容易被预防，如果发作或发展起来又是非常的迅急，此时需要对管涌产生的原因进行正确的分析，及时地对症下药制定出应对的处理方案，并且要做到坚决果断的实施，尽可能的把管涌的危害降低到最小。

当管涌得到有效抑制后，应根据现场具体情况确定下一步施工方案，原则上应快速开挖、及时封底，管涌点泌出清水、流量不大时可在封底混凝土下预埋管道引入集水坑，不影响后续施工。

参考文献

[1]宋维新，压密注浆在处理基坑管涌中的作用，《西部探矿工程》，2014

[2]朱万连，对深基坑施工中出现流沙和管涌现象的防治，《山西建筑》，2015

[3]陈福正，多项技术在深基坑管涌处理中的综合应用，《建筑施工》，2017 [4] 刘建航，侯学渊，《基坑工程手册[M]》（中国建筑工业出版），1997

（作者单位：中铁二十四局集团安徽工程有限公司）