地鐵車站深基坑施工風(fēng)險(xiǎn)案例分析及控制對(duì)策

喬林祥

(中鐵電氣化局集團(tuán)有限公司鐵路工程分公司，北京 100036)

隨著城市化推進(jìn)和城市擴(kuò)張，城市人口飽和、交通擁堵，城市軌道交通孕育而生。受吸引客流、解決城市交通擁堵的因素，地鐵車站深基坑往往選址在城市繁華地區(qū)，其周邊建筑密集，管線眾多，任何一個(gè)環(huán)節(jié)的失誤都會(huì)帶來(lái)工程風(fēng)險(xiǎn)事故，建立一套完善的風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)顯得尤為重要［1］。如何減少或降低深基坑工程施工風(fēng)險(xiǎn)，正確應(yīng)對(duì)深基坑工程施工過(guò)程中發(fā)生的各種風(fēng)險(xiǎn)事件，已成為工程建設(shè)中相關(guān)技術(shù)及管理人員的必修課。

國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)深基坑工程安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了深入的研究［2-9］，成果較多，其中國(guó)際隧道協(xié)會(huì)2003年完成了隧道風(fēng)險(xiǎn)管理指南《Guideline for Tunneling Risk Management》［9］，標(biāo)志著隧道及地下工程風(fēng)險(xiǎn)研究進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段，但是應(yīng)用到深基坑工程管理上尚不成熟。本文列舉了南京地鐵2號(hào)線集慶門(mén)大街車站深基坑發(fā)生的典型風(fēng)險(xiǎn)事故，對(duì)其發(fā)生的原因及處置措施進(jìn)行了描述，結(jié)合該車站深基坑工程特點(diǎn)，對(duì)深基坑施工可能遇到的風(fēng)險(xiǎn)予以分析，并總結(jié)出風(fēng)險(xiǎn)控制的相應(yīng)對(duì)策，希望能對(duì)同類工程具有一定的參考價(jià)值。

1 工程概況

南京地鐵2號(hào)線集慶門(mén)大街站位于河西地區(qū)江東南路與集慶門(mén)大街交叉口，車站沿江東南路呈南北向布置，埋置于江東南路中部路面以下，為2號(hào)線正線、西延支線、遠(yuǎn)期6號(hào)線的換乘車站。車站總長(zhǎng)312.2 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬度48.2 m，結(jié)構(gòu)形式為地下2層島式，基坑深度約15.7 m，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用φ1 000 mm@800 mm套管咬合樁與5層鋼管內(nèi)支撐體系。車站西側(cè)設(shè)3個(gè)通道出入口和2個(gè)風(fēng)道4組地面風(fēng)亭，車站東側(cè)設(shè)4個(gè)通道出入口。所有附屬結(jié)構(gòu)均為地下1層，待主體結(jié)構(gòu)完工后施工。

場(chǎng)地地貌類型屬長(zhǎng)江低漫灘，基坑內(nèi)地層大部分為淤泥質(zhì)粉土。深部承壓含水層粉土與粉砂中的地下水與長(zhǎng)江及外秦淮河均有一定的水力聯(lián)系?；娱_(kāi)挖范圍內(nèi)南端和中部土層以淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土為主，中部局部含粉砂薄層，北端以及中部偏西土層以淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉砂層為主，降水困難(見(jiàn)表1)。

表1 各巖土層主要物理力學(xué)指標(biāo)

2 基坑工程風(fēng)險(xiǎn)分析

本項(xiàng)目基坑長(zhǎng)312.2 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬度48.2 m，基坑深度約15.7 m，規(guī)模較大，地處河西長(zhǎng)江低漫灘，地質(zhì)條件很差，且周邊建筑物密集，地下管線眾多，交通網(wǎng)絡(luò)縱橫，環(huán)境保護(hù)要求高，潛在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)及基坑自身風(fēng)險(xiǎn)不容忽視，主要風(fēng)險(xiǎn)事件詳見(jiàn)表2。

3 風(fēng)險(xiǎn)案例

3.1 風(fēng)險(xiǎn)事故一

南部端頭井部位土方開(kāi)挖完畢后，于2006年12月24日21:30澆筑底板時(shí)在端頭井中間立柱樁周圍發(fā)生突涌，共涌出泥砂120 m3左右，見(jiàn)圖1。本次突涌造成南端距基坑約20 m的1幢6層點(diǎn)式居民樓向西傾斜，路面最大下沉量約30 cm，立柱樁最大下沉量為6 cm。

表2 基坑工程安全風(fēng)險(xiǎn)事件

圖1 基底突涌發(fā)生示意圖

在搶險(xiǎn)過(guò)程中對(duì)南端頭井部位降水井進(jìn)行了全面的檢查，發(fā)現(xiàn)原正常工作的12口降水井由于土方開(kāi)挖坡度不合理，導(dǎo)致坑內(nèi)土體滑移，造成其中8口井連續(xù)遭剪切破壞，至12月24日僅有4口井正常作業(yè)。

參考規(guī)范［10］，對(duì)基坑涌水量進(jìn)行了驗(yàn)算，發(fā)現(xiàn)所需降水井總數(shù)應(yīng)大于8口工作井，而4口井的抽水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了降壓要求。

該處在開(kāi)挖至底板標(biāo)高時(shí)的承壓水上覆土層僅3 m厚，而承壓水層靜止水頭高度達(dá)18 m，經(jīng)驗(yàn)算rwH水＞r土H土，故發(fā)生突涌。突涌后，啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，在突涌四周堆碼土袋反壓封堵，同時(shí)迅速搶修部分破壞的降水井，恢復(fù)其降水功能，又增補(bǔ)4口降水井，達(dá)到13口井同時(shí)降水，解除了險(xiǎn)情。

3.2 風(fēng)險(xiǎn)事故二

2007年1月13日下午，土方挖至628號(hào)和629號(hào)樁間時(shí)，開(kāi)始有一股小涌泉出現(xiàn)，當(dāng)挖機(jī)沿樁邊向下再挖除一斗土后，突然發(fā)生管涌，共涌出泥砂45 m3左右，見(jiàn)圖2，造成最近的一處路面下沉40 cm左右，交通中斷3 d。

圖2 基坑管涌發(fā)生示意圖

經(jīng)檢查施工記錄，628號(hào)，629號(hào)樁成樁過(guò)程中未控制好垂直度，造成咬合樁開(kāi)叉，后進(jìn)行了高壓旋噴樁處理，旋噴深度達(dá)開(kāi)挖面以下3 m，當(dāng)時(shí)未進(jìn)行抗管涌驗(yàn)算，僅憑經(jīng)驗(yàn)而已。

參考規(guī)范［10］，對(duì)基坑抗管涌驗(yàn)算如下:

其中，KS為抗管涌安全系數(shù)，本基坑取2.0;ic為坑底土體臨界水力梯度;i為坑底土體滲流水力梯度;GS為土粒比重，取值2.8;e為坑底土體天然孔隙比，取值0.9;hw為坑內(nèi)外水頭差，取值13 m;L為最短滲流線路，取值19 m。

經(jīng)計(jì)算基坑不滿足抗管涌穩(wěn)定性要求。顯然，本次管涌是咬合樁開(kāi)叉后加固深度不夠造成的。后經(jīng)在滲漏點(diǎn)上堆碼砂袋反壓，同時(shí)在發(fā)生管涌的圍護(hù)樁外部迅速進(jìn)行雙液注漿封堵，注漿深度達(dá)底板標(biāo)高以下6 m，兩天后成功地完成了堵漏工作。

3.3 風(fēng)險(xiǎn)事故三

在施工過(guò)程中，通過(guò)環(huán)境監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，位于基坑?xùn)|南位置，離基坑約20 m遠(yuǎn)處的鷺鳴苑小區(qū)15幢住宅樓局部出現(xiàn)裂縫，且向基坑內(nèi)側(cè)發(fā)生傾斜，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)繪制圖如圖3所示。

綜合南京河西地區(qū)軟土地基基礎(chǔ)研究成果可知，該區(qū)復(fù)合地基建筑主要沉降是由于復(fù)合地基下臥層固結(jié)或變形(擾動(dòng))引起的，而鷺鳴苑15幢主要沉降是深攪樁持力層水土流失所致，而復(fù)合地基處理深度范圍內(nèi)的壓縮固結(jié)僅為次要因素。根據(jù)該建筑物的基礎(chǔ)形式，所采取的控制措施的目的就是要減小上部土體的擾動(dòng)及變形，其中地下水的滲流作用也是不可忽視的問(wèn)題?？紤]基坑開(kāi)挖的時(shí)空效應(yīng)，加快基坑施工進(jìn)度，對(duì)于控制由基坑變形引起的建筑物不均勻沉降將起到重要作用。在建筑物與基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)間設(shè)置回灌井，也是有效控制既有建筑物不均勻沉降的有效措施。

圖3 建筑房屋傾斜狀況

4 多發(fā)風(fēng)險(xiǎn)事件控制措施

4.1 支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)

風(fēng)險(xiǎn)特點(diǎn):支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)是基坑開(kāi)挖時(shí)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)、支撐的強(qiáng)度、剛度或者穩(wěn)定性不足引起支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞從而導(dǎo)致邊坡坍塌的事故。

控制措施:1)立即停止開(kāi)挖(停止施工)，疏散現(xiàn)場(chǎng)閑雜人員及涉險(xiǎn)建筑物內(nèi)的人員，并盡快進(jìn)行回填超挖土方或推土反壓等措施;2)詳細(xì)檢查圍護(hù)結(jié)構(gòu)的支撐變形情況，對(duì)變形嚴(yán)重超限區(qū)段采取增加支撐或預(yù)應(yīng)力錨桿等措施;3)查找事件的導(dǎo)致因素，消除周邊超載等，防止失穩(wěn)現(xiàn)象擴(kuò)散;4)如發(fā)生坍塌，對(duì)坍塌涉及范圍內(nèi)存在的上水、易燃、易爆、有毒管線重點(diǎn)監(jiān)控，及時(shí)通知相關(guān)產(chǎn)權(quán)單位;5)召集專家級(jí)有關(guān)人員參加搶險(xiǎn)緊急會(huì)議，決定應(yīng)急處理方案，并據(jù)此進(jìn)行應(yīng)急處理;6)調(diào)整分層開(kāi)挖的高度或增加支撐層數(shù)并嚴(yán)格控制，每層開(kāi)挖后立即進(jìn)行支撐作業(yè);7)加強(qiáng)監(jiān)控。

4.2 邊坡(護(hù)壁)滲漏

風(fēng)險(xiǎn)特點(diǎn):邊坡滲漏是基坑工程多發(fā)現(xiàn)象，同時(shí)也是引發(fā)風(fēng)險(xiǎn)事故的重要原因之一，多發(fā)生在飽和土的變層處，基坑開(kāi)挖及使用期間都可能發(fā)生，常造成邊坡坍塌或局部失穩(wěn)。

控制措施:1)盡快查清并切斷水源;2)當(dāng)出現(xiàn)涌(流)砂并有增加趨勢(shì)時(shí)，應(yīng)立即封堵涌砂通道(預(yù)埋引水管)，然后對(duì)涌砂區(qū)采用注漿等措施加固、填充;3)若在開(kāi)挖過(guò)程中發(fā)生邊坡局部滲漏引起土體塌滑，應(yīng)及時(shí)清除松動(dòng)的土層，用砂袋填補(bǔ)塌坑并在底部預(yù)埋包網(wǎng)的引水管，然后用水泥砂漿抹面，可打入少量鋼釬固定砂袋;4)若發(fā)生較大范圍的坍塌，立即停止土方開(kāi)挖并向坍塌處推土止滑，然后分片清除虛土，埋管引水，堆填砂袋，打入鋼釬固定砂袋并在面層掛鋼筋絲網(wǎng)、板，然后噴射混凝土面層;5)若樁間滲漏，埋管引水并加強(qiáng)滲漏處的樁間土支護(hù);6)若因滲漏引起樁間土坍塌，先在樁間碼放砂袋擋土并預(yù)埋引水管，然后加強(qiáng)樁間支護(hù)、充填樁后空洞;7)若因坍塌造成支護(hù)樁產(chǎn)生明顯變形，架設(shè)臨時(shí)支撐確保搶險(xiǎn)工作安全，然后采用增加支撐或預(yù)應(yīng)力錨桿等措施加固支護(hù)體系;8)對(duì)周邊環(huán)境及基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)加強(qiáng)監(jiān)控，當(dāng)變形較大時(shí)，應(yīng)及時(shí)召開(kāi)專家會(huì)擬定加固方案，并組織加固。

4.3 基底隆起

風(fēng)險(xiǎn)特點(diǎn):基底隆起一般發(fā)生在軟土地區(qū)，邊坡穩(wěn)定性差，支護(hù)結(jié)構(gòu)嵌固端變形大，基坑不降水且基底存在軟弱透水性土層，其下分布有承壓水。

控制措施:1)立即停止開(kāi)挖，嚴(yán)重時(shí)進(jìn)行堆料或回填反壓等;2)立即加設(shè)基坑內(nèi)外沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè);3)對(duì)基坑實(shí)施注漿加固，但不得采用對(duì)地層擾動(dòng)大的工藝，同時(shí)需考慮降低擾動(dòng)的方法并嚴(yán)密監(jiān)控;4)加強(qiáng)基坑內(nèi)降水，但必須對(duì)周邊環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控。

4.4 承壓水突涌

風(fēng)險(xiǎn)特點(diǎn):承壓水突涌多發(fā)生在地下水位高且未降水或降水不到位或者因故突然停止降水時(shí)。

控制措施:1)開(kāi)啟所有抽水泵，降低承壓水水位，同時(shí)尋找涌水源;2)立即進(jìn)行回填土方(以粘性土為佳)，或以滲漏點(diǎn)為中心，在四周堆碼土袋墻進(jìn)行反壓封堵并澆筑混凝土，在繼續(xù)增加反壓重量的同時(shí)將土袋墻連為一個(gè)整體遏止涌水;3)對(duì)內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行排查補(bǔ)強(qiáng)，確?；訃o(hù)結(jié)構(gòu)的整體安全。

4.5 地面(道路)開(kāi)裂、塌陷

風(fēng)險(xiǎn)特點(diǎn):地面(道路)開(kāi)裂、塌陷多數(shù)是由基坑圍護(hù)變形過(guò)大、涌水涌砂、坍塌、失穩(wěn)造成。

控制措施:1)立即停止開(kāi)挖，進(jìn)行基坑堆料會(huì)回填反壓，交換或抑制路面開(kāi)裂或塌陷情況;2)加強(qiáng)支護(hù)體系，減小基坑變形量;3)用水泥漿將地面裂縫澆灌封閉并抹面，以防雨水滲入及增加開(kāi)裂面滑動(dòng)抵抗能力;4)如果路面下土質(zhì)松動(dòng)或出現(xiàn)空洞，立即采取注漿加固、填充。

4.6 建筑物變形過(guò)大

風(fēng)險(xiǎn)特點(diǎn):建筑物變形過(guò)大與自身結(jié)構(gòu)、基坑變形、所在地的工程地質(zhì)、地下水位均有一定關(guān)系，變形及風(fēng)險(xiǎn)程度涉及建筑物內(nèi)人員及周邊人員的財(cái)產(chǎn)及人員安全，社會(huì)影響及糾紛大。

控制措施:1)立即停止開(kāi)挖，組織有關(guān)技術(shù)人員查找建筑物變形過(guò)大的原因，并及時(shí)消除導(dǎo)致因素;2)若建筑物變形過(guò)大，經(jīng)認(rèn)定涉及結(jié)構(gòu)安全，需及時(shí)撤除內(nèi)部人員;3)對(duì)開(kāi)挖影響范圍內(nèi)的建筑物周邊土體采取注漿等措施進(jìn)行加固，提高地層的承載能力或調(diào)整其變形;4)邀請(qǐng)相關(guān)有資質(zhì)的單位，對(duì)建筑物進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固和修補(bǔ);5)繼續(xù)優(yōu)化基坑開(kāi)挖、支護(hù)施工參數(shù)和工藝;6)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)頻率、強(qiáng)化監(jiān)測(cè)措施和要求。

4.7 管線變形過(guò)大

風(fēng)險(xiǎn)特點(diǎn):管線較大的變形下，會(huì)發(fā)生管線爆裂、燃?xì)庑孤?，甚至人員傷亡事故，直接威脅施工安全，影響居民生活，造成較大的社會(huì)影響。

控制措施:1)關(guān)閉管線的控制閥門(mén);2)立即聯(lián)系管線產(chǎn)權(quán)單位與其共同進(jìn)行原因分析，并進(jìn)行應(yīng)急處理;3)對(duì)局部變形過(guò)大但不影響環(huán)境的管線進(jìn)行修補(bǔ)，對(duì)大范圍過(guò)大變形的地下管線采用地表注漿加固處理;4)開(kāi)挖并暴露管線，對(duì)其進(jìn)行懸吊等方式加以保護(hù);5)根據(jù)監(jiān)測(cè)情況及時(shí)調(diào)整支撐參數(shù)及基坑開(kāi)挖方案。

5 結(jié)語(yǔ)

在工程項(xiàng)目中，需事先收集工程相關(guān)資料，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別與分析，完善預(yù)案措施，制定詳細(xì)且有針對(duì)性的控制措施及應(yīng)急預(yù)案，出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)事件只要做到快速反應(yīng)、及時(shí)處理、措施得當(dāng)，就可以化險(xiǎn)為夷。

1)要快速反應(yīng)，處理果斷堅(jiān)決，尤其對(duì)突發(fā)緊急的高風(fēng)險(xiǎn)事件。2)操作緊張有序，忙而不亂，加強(qiáng)觀察，根據(jù)需要及時(shí)調(diào)整處理方案，必要時(shí)啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案。3)迅速組織緊急專題會(huì)議，必要時(shí)邀請(qǐng)相關(guān)專家參與，做到原因分析透徹，針對(duì)性處理措施明確可行，并有進(jìn)一步方案準(zhǔn)備。4)確定合理的處理方案，隨時(shí)做好各種應(yīng)急準(zhǔn)備，以防意外。

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