地鐵明挖法施工技術(shù)

肖昌軍

（中國(guó)中鐵廣州工程局集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 511457）

目前，地鐵已經(jīng)成為人們選擇的出行方式之一，與地面交通方式不同的是，乘坐時(shí)不會(huì)受到擁堵的約束，人們幾乎隨時(shí)都能搭乘到地鐵，而且地鐵的運(yùn)輸能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了地面交通。由于地鐵建設(shè)的規(guī)模較大，施工環(huán)境較復(fù)雜，所以采用明挖法作為基坑開(kāi)挖技術(shù)是相對(duì)普遍的，本文將從各個(gè)方面對(duì)地鐵基坑的明挖技術(shù)展開(kāi)討論。

1 基坑明挖常見(jiàn)安全問(wèn)題

1.1 施工場(chǎng)地圍護(hù)結(jié)構(gòu)質(zhì)量問(wèn)題

若施工場(chǎng)地由于工人制作圍護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)為了貪圖方便，沒(méi)有將圍護(hù)結(jié)構(gòu)插入到設(shè)計(jì)規(guī)定的深度，會(huì)導(dǎo)致基坑的安全性降低，圍護(hù)結(jié)構(gòu)能承受的外界荷載小于設(shè)計(jì)值，應(yīng)對(duì)天氣或者突發(fā)事件的能力降低。特別是如果作為承受側(cè)向土壓力的樁存在質(zhì)量問(wèn)題時(shí)，隨著基坑開(kāi)挖的深度逐漸降低，抗側(cè)樁不能承受側(cè)向土壓力而發(fā)生失穩(wěn)，對(duì)基坑的安全造成極其嚴(yán)重的危害。

1.2 施工順序存在缺陷

在工程建設(shè)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)搶工期的情況，有些施工方存在僥幸心理，不按照業(yè)主單位編制的施工順序進(jìn)行施工，缺乏對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估等意識(shí)，例如在開(kāi)挖基坑的時(shí)候由于對(duì)基坑承載力的誤判，使基坑所實(shí)際承載的重量超過(guò)本身承載力，或者在對(duì)基坑支護(hù)的過(guò)程中，由于施工周期過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)暴露過(guò)長(zhǎng)，降低了支護(hù)結(jié)構(gòu)的支護(hù)能力。

1.3 地質(zhì)勘測(cè)存在較大的誤差

若在施工前期測(cè)得的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)際情況偏差較大，且在施工時(shí)并未及時(shí)對(duì)施工方案做出調(diào)整，而一旦在施工工程中發(fā)現(xiàn)情況有變時(shí)，已經(jīng)來(lái)不及做出處理。而造成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)偏差較大的主要原因也包含了人的原因。例如測(cè)量人員技術(shù)水平或者測(cè)量經(jīng)驗(yàn)不足，為了減少工作量，隨意對(duì)原先設(shè)定的測(cè)點(diǎn)進(jìn)行更改，導(dǎo)致管理施工人員對(duì)施工案情的評(píng)估出現(xiàn)偏差。

1.4 對(duì)可能出現(xiàn)的險(xiǎn)情沒(méi)有足夠的準(zhǔn)備

施工單位必須準(zhǔn)備足夠的救急物資和多套應(yīng)急預(yù)案，并且應(yīng)注意培養(yǎng)施工人員應(yīng)對(duì)險(xiǎn)情的能力，以提升應(yīng)急處理的效率，更好的保證施工的安全。

2 地鐵基坑開(kāi)挖的降水工藝

2.1 地下水對(duì)施工的影響

地下水是深基坑開(kāi)挖的天敵，由于土顆粒在地下水的環(huán)境下具有一定的浮力，因此降低了土顆粒之間的有效粘結(jié)應(yīng)力，若地下水位較高，使得土顆粒所承受的浮力大于自身重力與粘結(jié)應(yīng)力之和時(shí)，土顆粒就會(huì)沿著地下水的流動(dòng)方向噴出，造成管涌或者流沙，土顆粒的逐漸流失使得基坑的穩(wěn)定性大幅降低，地下水涌入基坑。在制作基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)會(huì)插入到基坑底部9米左右，為了更好的抵抗外界水壓對(duì)基坑內(nèi)壁形成的彎矩，維護(hù)結(jié)構(gòu)的插入有效的阻擋了流沙和管涌的出現(xiàn)。但是基坑底部仍然承受較大的靜水壓力，地步土層只能剛好平衡水壓，若繼續(xù)在基坑底部施工很有可能會(huì)破壞原有的沖力與壓力的平衡，在土層較薄弱的地方會(huì)突然發(fā)生管涌。因此為了確保基坑開(kāi)挖時(shí)的安全性，應(yīng)做好降低地下水的工作。

2.2 基于明挖法的地鐵施工基坑降水分析

經(jīng)過(guò)前期的地鐵施工的經(jīng)驗(yàn)可知，盡可能的降低地下水位和防水是明挖法所必須遵循的施工基本原則。為了保證施工進(jìn)程能夠順利的進(jìn)行并不受地下水的危害，施工時(shí)應(yīng)提前設(shè)計(jì)好多套降水方案，例如設(shè)置相對(duì)完善的降水預(yù)案，根據(jù)當(dāng)?shù)氐乃臈l件因地制宜的確定方案。在澆筑混凝土?xí)r，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)伸縮縫，防震縫等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的關(guān)注，在混凝土外層增加柔性外包防水層以增強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的防水性能，在地下混凝土結(jié)構(gòu)的防水體系中，結(jié)構(gòu)本身的抗?jié)B透性能是結(jié)構(gòu)防水的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在施工過(guò)程中，應(yīng)確保地下水對(duì)結(jié)構(gòu)的影響相對(duì)較小，同時(shí)基坑降水的有效實(shí)現(xiàn)必須有結(jié)構(gòu)自身抗?jié)B和外加防水材料的相互配合。

2.3 基于施工次序的施工質(zhì)量控制

基坑降水是依賴降水井的排水而降低水位的，在布置降水井時(shí)應(yīng)根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告按照一定的形狀布置降水井，在基坑開(kāi)挖的過(guò)程中，應(yīng)時(shí)刻關(guān)注是否與之前勘測(cè)得到的地質(zhì)一致，應(yīng)根據(jù)基坑的實(shí)際水位情況及時(shí)調(diào)整降水井的位置，為了達(dá)到預(yù)期的降水目標(biāo)，可以適當(dāng)?shù)脑黾咏邓膫€(gè)數(shù)。同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)施工人員的質(zhì)量和施工效率教育，使得正確的施工質(zhì)量觀念在施工人員中得到建立。對(duì)施工所采用的材料的質(zhì)量控制也是整個(gè)施工控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在選購(gòu)材料的時(shí)候需要對(duì)廠家進(jìn)行篩選，確保所購(gòu)買的材料復(fù)合強(qiáng)度和抗水性的要求，需要廠家提供管材的透水性報(bào)告。由地鐵施工的深度決定，地鐵施工層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)主要是以砂土以及粉土為主，由于這類土的粒徑較小，容易堵塞降水井的吸水孔，所以清理降水管的堵塞問(wèn)題也成為了降水的重要環(huán)節(jié)。

采用明挖法對(duì)基坑進(jìn)行開(kāi)挖需要按照一定的工序進(jìn)行，結(jié)合當(dāng)?shù)爻鞘械木唧w環(huán)境以及施工基坑周圍的建筑物的布置情況進(jìn)行彈性布置，以避免建筑物由于基坑的開(kāi)挖產(chǎn)生大角度的傾斜或大尺度的沉降，可以結(jié)合相關(guān)專業(yè)的先進(jìn)科技或采取更加精確的計(jì)算方法，對(duì)降水的影響進(jìn)行更加精確的評(píng)估，以確保周圍建筑和基坑本身的安全。

3 明挖法基坑開(kāi)挖的安全監(jiān)控設(shè)計(jì)

3.1 對(duì)地鐵基坑監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)依據(jù)

由于監(jiān)控系統(tǒng)的不到位以及施工工藝的不嫻熟等原因而導(dǎo)致的現(xiàn)場(chǎng)事故在近些年來(lái)出現(xiàn)的次數(shù)較多，由此對(duì)相關(guān)單位造成的損失包括生命和財(cái)產(chǎn)損失較大。根據(jù)施工事故現(xiàn)場(chǎng)收集到的資料分析可知，基坑壁坍塌和大規(guī)模的滲水是事故發(fā)生的主要原因，例如杭州地鐵湘湖段在2008年施工時(shí)發(fā)生大面積的基坑坍塌事件，事故發(fā)生的原因就是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控不到位。而目前的監(jiān)控系統(tǒng)普遍存在以下的問(wèn)題：首先，甲方對(duì)基坑監(jiān)測(cè)沒(méi)有投入足夠的關(guān)注，投入的資金不夠，使得施工單位投入的人員和儀器不足。其次，由于采取明挖法對(duì)基坑開(kāi)挖，使得基坑始終暴露與外界環(huán)境中，當(dāng)極端惡劣天氣到來(lái)時(shí)基坑穩(wěn)定性受到嚴(yán)重的威脅，特別使邊坡的穩(wěn)定性降低，而采用人工監(jiān)測(cè)的方式無(wú)法進(jìn)行。對(duì)基坑進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，檢測(cè)數(shù)據(jù)的精度也是判斷檢測(cè)效果的重要指標(biāo)，檢測(cè)設(shè)備本身的精度和測(cè)量人員的測(cè)量經(jīng)驗(yàn)以及專業(yè)素質(zhì)是影響測(cè)量結(jié)果精度的主要因素。

在基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)中加入特定的傳感器，可以對(duì)土體內(nèi)部的應(yīng)力應(yīng)變以及裂縫發(fā)展的寬度等技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娮咏K端，在經(jīng)過(guò)工程技術(shù)人員對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，對(duì)各個(gè)可能存在風(fēng)險(xiǎn)的界面進(jìn)行判斷并采取一定的加固措施，保證施工環(huán)境的安全，從而使得施工過(guò)程中對(duì)可能存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)警，并留出足夠的時(shí)間進(jìn)行補(bǔ)救。

3.2 明挖施工對(duì)附近橋梁建筑樁基的影響

由于地鐵施工路線的復(fù)雜多變性，施工難免在一些復(fù)雜路段進(jìn)行，比如流經(jīng)城市的河流或者連接城市的立交橋等等，都增加了地鐵施工的難度。如何降低地鐵線路經(jīng)過(guò)這些復(fù)雜線路的沉降和對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境的影響，成為了當(dāng)前土木行業(yè)特別關(guān)注的問(wèn)題，在對(duì)這個(gè)問(wèn)題的研究上，國(guó)內(nèi)外專家都進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究，有些科學(xué)家通過(guò)數(shù)值模擬的方法也得到了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。本文通過(guò)對(duì)重慶地鐵黑溝橋明挖段進(jìn)行了仔細(xì)分析后得出結(jié)論：首先，基坑開(kāi)挖對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的樁基產(chǎn)生位移的最大值一般出現(xiàn)在樁的頂部，并且對(duì)樁基的橫向和縱向都產(chǎn)生了一定的位移，又隨著基坑開(kāi)挖的深度的增加樁基產(chǎn)生的位移有加大的勢(shì)頭，若在施工錢對(duì)樁基進(jìn)行了加固后，會(huì)大幅度減少影響。

若地鐵線路不可避免的需要經(jīng)過(guò)某些橋樁旁邊時(shí)，需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐木唧w地質(zhì)條件，對(duì)地鐵基坑結(jié)構(gòu)的樁底部進(jìn)行加固處理，并且在橋樁旁邊實(shí)施爆破施工時(shí)應(yīng)盡量減少對(duì)橋樁附近土體的影響。

4 結(jié)語(yǔ)

由上述可知，若想加強(qiáng)對(duì)基坑開(kāi)挖建設(shè)的安全系數(shù)，就必須在整個(gè)施工階段對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，并且做好人員的應(yīng)急培訓(xùn)和對(duì)各項(xiàng)建設(shè)過(guò)程進(jìn)行嚴(yán)密的監(jiān)控，只有做好每一項(xiàng)可能危害建設(shè)工程安全的措施，才能避免危險(xiǎn)的發(fā)生或在危險(xiǎn)到來(lái)時(shí)有足夠的準(zhǔn)備。

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