淺談基坑工程與地下工程安全及環(huán)境影響控制

■林偉明

（廣東省地質(zhì)局第一地質(zhì)大隊(duì) 廣東 珠海519002）

淺談基坑工程與地下工程安全及環(huán)境影響控制

■林偉明

（廣東省地質(zhì)局第一地質(zhì)大隊(duì) 廣東 珠海519002）

近年來城市中基坑工程與地下工程建設(shè)規(guī)模和建設(shè)難度的增大和環(huán)境情況變得越來越復(fù)雜,對(duì)基坑工程與地下工程的安全以及其作業(yè)過程對(duì)環(huán)境的影響控制的要求也越來越高了。本文對(duì)基坑工程和地下工程作業(yè)造成的環(huán)境破壞及造成的災(zāi)害進(jìn)行了分類;并提出了一定的控制建議。

基坑工程安全環(huán)境

1 引言

90年代以來，我們國家對(duì)地下空間的利用情況的關(guān)注度有了更多的提高。地下空間己被視為地區(qū)發(fā)展的關(guān)鍵資源，區(qū)域內(nèi)地下空間利用正逐漸向更深的地下空間推進(jìn)，特別是地鐵和超高層建筑的建設(shè)。特別是以地鐵為主的城市軌道交通是城市可持續(xù)發(fā)展的重要需求。

2 基坑工程與地下工程安全問題分類

根據(jù)對(duì)國內(nèi)外基坑工程、地下工程施工引發(fā)的變形對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響、基坑工程與地下工程自身的穩(wěn)定與安全問題的系統(tǒng)分析，提出了可將其分為施工引發(fā)變形極其環(huán)境影響、水土流失引發(fā)的災(zāi)害、局部破壞與連續(xù)破壞三類。三個(gè)安全問題對(duì)應(yīng)的現(xiàn)有的分析理論與方法分析如下:

2.1 第一類

指城市地下工程作業(yè)建造、運(yùn)營過程產(chǎn)生的變形及引發(fā)的環(huán)境破壞與災(zāi)害。對(duì)于變形問題，常規(guī)的基坑工程與地下工程分析理論與方法、本構(gòu)模型、滲流與固結(jié)理論、數(shù)值分析均適用。

2.2 第二類

指基坑工程與地下工程建造及運(yùn)營過程引發(fā)的水土流失、土層空洞、局部土層塌陷、環(huán)境影響與災(zāi)害。對(duì)于第二類問題，由于涉及到水、土、土的相互作用及水、土的強(qiáng)禍合問題，常規(guī)的基坑工程與地下工程分析理論與方法、現(xiàn)有的本構(gòu)模型、滲流與固結(jié)理論、數(shù)值分析均不適用。

2.3 第三類

指土體局部剪切破壞、支護(hù)結(jié)構(gòu)局部破壞引發(fā)基坑、隧道局部破壞以及局部破壞引發(fā)的城市地下工程的坍塌與連續(xù)破壞。

3 基坑工程的控制

3.1 基坑降水引起的變形及控制

控制降水引起變形的回灌主動(dòng)控制技術(shù)，近年來，回灌被作為控制降水引起變形的主要方法之一。有學(xué)者在隧道和基坑間建造了回灌井進(jìn)行地下水回灌，通過回灌，基坑建設(shè)和降水導(dǎo)致的坑外土體變形被很好的限制，沉降速率顯著減小。這一實(shí)驗(yàn)證明了回灌對(duì)于降水引起基坑變形有很大作用。

3.2 基坑施工引起地下隧道的變形控制

3.2.1 隔離樁控制

隔離樁是控制基坑或隧道作業(yè)對(duì)鄰近建(構(gòu))筑物破壞的被動(dòng)控制技術(shù)，用于隔離軟土地基大面積荷載下的應(yīng)力傳播從而降低對(duì)周邊的損壞。在基坑圍護(hù)裝置和隧道間合理設(shè)置隔離樁，能有效地減小基坑施工造成的坑外土體變形傳遞，進(jìn)而達(dá)到控制基坑施工對(duì)鄰近既有隧道的變形影響。

通過相關(guān)文獻(xiàn)指出，隔離樁在阻止外部土壤、隧道平行移動(dòng)時(shí)還有著隔離效果與牽引的意義，當(dāng)牽引效果明顯時(shí)，隔離樁就能夠引起相關(guān)深度區(qū)域內(nèi)土壤和隧道的平行移動(dòng)。基坑施工的卸荷效應(yīng)可以出現(xiàn)坑外位移波動(dòng)區(qū)，當(dāng)隔離樁樁身大部分處與該位移影響的區(qū)域里的時(shí)候，隔離樁的牽引效果最為明顯。而埋入式隔離樁，如果改善樁頂埋深、樁長，能夠降低他的牽引效果更多的表現(xiàn)出它的隔離效果，并降低隧道平行移動(dòng)。同樣背景下，隔離樁離隧道越短時(shí)隔離作用越明顯。

3.2.2 隧道內(nèi)注漿主動(dòng)控制

在隧道內(nèi)進(jìn)行微擾動(dòng)袖閥管注漿，作為對(duì)隧道不利變形進(jìn)行糾偏的有效手段，在上海地區(qū)的隧道病害治理中得到了一定程度的應(yīng)用。

注漿初期主要影響管片轉(zhuǎn)動(dòng)，顯著減小隧道接頭張開量;隨注漿量的增加，隧道橫向收斂顯著減小，但注漿引起的接頭錯(cuò)臺(tái)量和隧道側(cè)向位移則不斷增加。

3.2.3 基坑外注漿控制技術(shù)

針對(duì)基坑開挖引起的基坑外隧道向基坑方向的位移，當(dāng)被動(dòng)控制措施不能有效控制既有隧道變形時(shí)，可在基坑與隧道之間設(shè)置豎向袖閥管注漿，通過注漿產(chǎn)生的水平向和豎向力，可使強(qiáng)迫隧道發(fā)生設(shè)定的水平向及豎向的位移，從而起到控制基坑施工引起的基坑外隧道變形。

3.3 基坑工程連續(xù)破壞的控制設(shè)計(jì)方法

基于連續(xù)破壞模擬分析及典型基坑坍塌事故分析，初步提出了如下增強(qiáng)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)體系冗余度的防連續(xù)破壞設(shè)計(jì)方法。

（1）增加傳力路徑:通過支護(hù)結(jié)構(gòu)的合理布置及設(shè)計(jì)，增加支護(hù)體系的傳力路徑;（2）間隔加強(qiáng)法:針對(duì)性設(shè)計(jì)對(duì)圍護(hù)樁(強(qiáng))、支撐體系每隔一定距離設(shè)置加強(qiáng)單元;（3）保證節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度:通過加強(qiáng)支護(hù)結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度，提高支護(hù)體系的整體性和魯棒性;（4）保證延性:保證支護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)和構(gòu)件均具有足夠的延性;（5）增強(qiáng)橫向連續(xù)性:可以安裝具備一定強(qiáng)度的梁體來提高支護(hù)結(jié)構(gòu)水平角度上的冗余度，該特征在支護(hù)組織平面外形是外凸形或者是陽角時(shí)更為明顯;（6）加強(qiáng)關(guān)鍵構(gòu)件:加強(qiáng)對(duì)關(guān)鍵構(gòu)件的設(shè)計(jì)，使其具有更高的強(qiáng)度與延性。

3.4 盾構(gòu)法隧道施工引起變形控制

有研究表明在其他施工工藝基本一致的前提下，提高盾構(gòu)掘進(jìn)速度和降低停機(jī)時(shí)間有利于對(duì)地面沉降的控制。

3.5 盾構(gòu)隧道連續(xù)破壞的控制

（1）防止局部破壞發(fā)生:在隧道易發(fā)生局部破壞的區(qū)域，對(duì)盾構(gòu)隧道管片連接螺栓進(jìn)行加強(qiáng);對(duì)易破壞區(qū)域的隧道外土體進(jìn)行加固;對(duì)易破壞區(qū)域在隧道內(nèi)設(shè)置臨時(shí)加固措施等。（2）控制局部破壞發(fā)展范圍:在鄰近易發(fā)生連續(xù)破壞區(qū)域設(shè)置若干環(huán)加強(qiáng)環(huán)，防止局部破壞一旦發(fā)生可將其控制在局部破壞范圍。（3）防止連續(xù)破壞:在易發(fā)生局部破壞區(qū)域外，每隔一定距離設(shè)置隧道加強(qiáng)段，控制連續(xù)破壞發(fā)展范圍。

3.6 地下工程漏水漏砂災(zāi)害的控制

（1）控制孔洞或縫隙的發(fā)展。對(duì)于地鐵隧道來說，應(yīng)控制管片接縫的張開量;對(duì)地下連續(xù)墻來說，應(yīng)控制孔洞的持續(xù)發(fā)展。（2）對(duì)土體流失的松動(dòng)區(qū)進(jìn)行注漿加固，并選用快凝漿液(例如水泥水玻璃雙液漿)。采取慢凝漿不僅起不到堵漏的作用，甚至?xí)夯癁?zāi)害的發(fā)展。（3）坑外快速降水是控制災(zāi)害發(fā)展的一個(gè)方向，此措施的關(guān)鍵在于降水速度。（4）在上述措施失效后，向地下結(jié)構(gòu)中灌水是控制災(zāi)害發(fā)展的最后的選擇。

4 結(jié)語

近年來我國基坑工程與地下工程在研究個(gè)施工技術(shù)方面取得了顯著進(jìn)展。本文對(duì)軟弱土、高水位、富水粉、砂土層中的基坑工程和地下工程近年來的部分進(jìn)展進(jìn)行了回顧與分析，謹(jǐn)供同行參考。

[1]尹光明.城市隧道臨近建筑物超深基坑支護(hù)理論與安全控制技術(shù)研究 [D].中南大學(xué), 2012.

[2]丁敏.深基坑支護(hù)細(xì)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化及應(yīng)用研究 [D].重慶大學(xué),2012.

[3]李俊松.基于影響分區(qū)的大型基坑近接建筑物施工安全風(fēng)險(xiǎn)管理研究 [D].西南交通大學(xué),2012.

TU[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-12-389-1