關(guān)于軟弱地層地鐵車(chē)站深基坑開(kāi)挖風(fēng)險(xiǎn)控制

王威宇

（福州地鐵集團(tuán)有限公司）

伴隨著全國(guó)地鐵建設(shè)如火如荼的開(kāi)展，各個(gè)城市地鐵車(chē)站施工都因地質(zhì)復(fù)雜性在施工過(guò)程中出現(xiàn)較多風(fēng)險(xiǎn)，如未能提前對(duì)相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行預(yù)判，提出相應(yīng)防范措施和應(yīng)急預(yù)案，往往會(huì)釀成隱患乃至險(xiǎn)情的發(fā)生，給社會(huì)的公共財(cái)產(chǎn)造成損失，威脅公民的人身安全，造成不良的社會(huì)影響。因此，關(guān)于深基坑開(kāi)挖施工的風(fēng)險(xiǎn)控制是地鐵建設(shè)亟待解決的問(wèn)題，相關(guān)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)十分必要。

1 工程概述

本工程為福州市某地鐵車(chē)站，地下二層島式車(chē)站，沿著市政道路下方東西走向，車(chē)站規(guī)模292m×21m，采用明挖法施工，圍護(hù)結(jié)構(gòu)為800mm厚地下連續(xù)墻，內(nèi)支撐采用鋼筋混凝土支撐+鋼支撐。標(biāo)準(zhǔn)段及端頭井段基坑深度方向設(shè)置四道支撐，第一道采用鋼筋混凝土支撐，第二～第四道支撐采用鋼支撐。除端頭井段局部較長(zhǎng)鋼支撐采用Ф800鋼支撐，余下均采用Ф609鋼支撐。

2 工程環(huán)境及水文地質(zhì)

車(chē)站北側(cè)以居住區(qū)為主，建筑物較為密集，為鋼筋混凝土框架及框剪結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用PHC管樁及鉆孔灌注樁。南側(cè)為文化設(shè)施用地、綠地、服務(wù)設(shè)施用地?；颖眰?cè)與居住區(qū)之間為6m寬的機(jī)非混合道，道路下方有污水、通訊、電力、燃?xì)?、給水管道等外遷管道，距離基坑4m～6m，其中通訊、電力和燃?xì)夤艿缆裨O(shè)深度約為1m?；幽蟼?cè)為交通疏解便道，地鐵車(chē)站施工期間供車(chē)輛通行，道路下方有通訊、雨水、給水等管線，距離基坑28m以上。

本車(chē)站工程地質(zhì)條件如下：<2-4-4>淤泥夾砂、<2-4-1>淤泥質(zhì)土、<4-2>（含泥）中粗砂層；基坑結(jié)構(gòu)側(cè)壁為<2-4-4>淤泥夾砂、<2-4-1>淤泥質(zhì)土、<1-2>雜填土層。場(chǎng)地巖土層有第四系人工填土層（包括雜填土和填石）、海積相淤泥、淤泥質(zhì)土、淤泥夾砂、（含泥）中砂、粉質(zhì)黏土層。

本工程地下水以上層滯水、孔隙承壓水（由淤泥中的砂層呈透鏡體狀產(chǎn)出）為主，地下水位較高，勘察范圍內(nèi)所有鉆孔均遇見(jiàn)地下水?？辈鞎r(shí)測(cè)得鉆孔初見(jiàn)水位埋深為2.2～4.1m，穩(wěn)定水位埋深為1.6～3.2m。

3 軟弱地層基坑開(kāi)挖施工技術(shù)

本工程基坑開(kāi)挖范圍以雜填土、淤泥質(zhì)土、粉細(xì)砂交互層、淤泥夾砂等軟弱地層為主，基底以下仍為較厚的淤泥夾砂及淤泥質(zhì)土。雖然設(shè)計(jì)單位針對(duì)本工程采取了φ850@600三軸攪拌樁的槽壁加固、坑內(nèi)抽條加固及設(shè)置坑內(nèi)降水井等措施，提高土體強(qiáng)度，減少施工風(fēng)險(xiǎn)，但施工難度依舊較大。經(jīng)過(guò)施工前現(xiàn)場(chǎng)勘查，北側(cè)小區(qū)主體與地面連接處已出現(xiàn)多處脫空，現(xiàn)在路面也存在沉陷現(xiàn)象。故施工過(guò)程采取了以下技術(shù)措施來(lái)降低施工風(fēng)險(xiǎn)：

⑴加強(qiáng)槽壁加固及坑內(nèi)加固施工質(zhì)量。按照設(shè)計(jì)要求做好坑內(nèi)基底以上弱加固及基底3m以下強(qiáng)加固，控制水泥摻量，提高被加固土體強(qiáng)度和自穩(wěn)性，減少開(kāi)挖過(guò)程中圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形，降低土方開(kāi)挖施工難度。

⑵重視時(shí)空效應(yīng)，及時(shí)架設(shè)支撐。車(chē)站基坑開(kāi)挖時(shí)應(yīng)按一定長(zhǎng)度分段施工，每段分層（2～3m高）分小段（6m長(zhǎng)）開(kāi)挖，隨開(kāi)挖隨支撐，及時(shí)安裝鋼支撐并施加預(yù)應(yīng)力。支撐應(yīng)采取可靠的防墜落措施，防止因壓力消減造成的支撐端部移動(dòng)脫落，發(fā)現(xiàn)鋼支撐松弛應(yīng)及時(shí)頂緊。預(yù)加軸力應(yīng)分級(jí)施工，重復(fù)進(jìn)行，做好軸力計(jì)引接線的保護(hù)，定期測(cè)量軸力變化情況。[1]

⑶加強(qiáng)基坑內(nèi)外排水。本車(chē)站地下水位高、地表水豐富，為保證開(kāi)挖面干燥，在基坑外地表設(shè)置1m高的鋼筋混凝土擋水墻和排水溝，阻截地表水流入基坑，坑內(nèi)設(shè)置排水溝和集水井，采用水泵抽水，確保集水坑內(nèi)水體能及時(shí)排出。同時(shí)，開(kāi)挖過(guò)程利用坑內(nèi)降水井將基坑地下水位降至基坑底以下1m。

⑷建立嚴(yán)格的監(jiān)控量測(cè)制度。按照設(shè)計(jì)圖紙對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形、支撐軸力、坑內(nèi)隆起、坑外地下水位變化、坑外地表沉降、房屋沉降、管線變形等項(xiàng)目布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，做好監(jiān)測(cè)標(biāo)識(shí)，驗(yàn)收并采集初始值后按照規(guī)定頻率進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超出預(yù)警值應(yīng)及時(shí)進(jìn)行分析，采取措施，并加密巡查和監(jiān)測(cè)頻率。[2]

4 施工風(fēng)險(xiǎn)和防范措施

該基坑在設(shè)計(jì)過(guò)程中已結(jié)合周邊環(huán)境及工程水文地質(zhì)環(huán)境列出風(fēng)險(xiǎn)源辨識(shí)清單，但在開(kāi)挖過(guò)程中仍發(fā)生過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超標(biāo)、地下連續(xù)墻接縫局部涌水涌沙現(xiàn)象。雖在事件發(fā)生后得到及時(shí)、有效的處置，但若事前未對(duì)該基坑在軟弱地層開(kāi)挖工況下的風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行辨識(shí)，針對(duì)性的編制應(yīng)急預(yù)案，儲(chǔ)備應(yīng)急物資，定期進(jìn)行應(yīng)急演練，或是未對(duì)異常的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和施工隱患引起重視，及時(shí)分析原因，對(duì)癥下藥，將釀成難以估量的損失。

4.1 基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超標(biāo)

車(chē)站基坑于2018年3月16日開(kāi)始進(jìn)行土方開(kāi)挖作業(yè)，開(kāi)挖過(guò)程中監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均存在不同程度超出預(yù)警值的現(xiàn)象。例如地下連續(xù)墻墻體水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)QCX07處于基坑13～14軸之間，在7月5日至7月15日之間該監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)發(fā)生突變，超出30mm監(jiān)測(cè)報(bào)警值，達(dá)到100mm以上。對(duì)應(yīng)的鋼支撐軸力、水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)、管線監(jiān)測(cè)點(diǎn)、地表沉降點(diǎn)變化速率也發(fā)生相關(guān)增長(zhǎng)趨勢(shì)。經(jīng)過(guò)組織各參建單位對(duì)施工工況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)存在以下問(wèn)題：

⑴該車(chē)站主體結(jié)構(gòu)處于淤泥質(zhì)土、淤泥夾砂土層中，淤泥地層深厚，土質(zhì)敏感，觸變性強(qiáng)。設(shè)計(jì)單位采用坑內(nèi)抽條加固處理，但基坑底部、基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)及坑內(nèi)未加固的部位仍為淤泥等軟弱土層，隨著基坑開(kāi)挖的進(jìn)行，地層受到擾動(dòng)，進(jìn)而引發(fā)土體觸變，承載力下降。

⑵地下連續(xù)墻局部變形引發(fā)了基坑外地面沉降加劇，管線也發(fā)生沉降。圍護(hù)結(jié)構(gòu)隨著開(kāi)挖過(guò)程坑內(nèi)土體卸荷發(fā)生側(cè)向變形，相應(yīng)影響坑外路面及管線的沉降變形。由于北側(cè)管線沉降點(diǎn)的布設(shè)為間接點(diǎn)，即通過(guò)監(jiān)測(cè)管線附近的土體沉降來(lái)間接反映管線沉降的情況，故其變化與地表沉降相似，均隨基坑開(kāi)挖而呈逐步下沉趨勢(shì)。

⑶支撐架設(shè)不及時(shí)?；娱_(kāi)挖作業(yè)時(shí)第12～13軸2根第三道鋼支撐未及時(shí)架設(shè)，就繼續(xù)向前開(kāi)挖第三層土方，并將9～12軸土方直接開(kāi)挖至第4道支撐底部。10～13軸開(kāi)挖面鋼支撐從7月1日～7月5日才架設(shè)完成，架設(shè)進(jìn)度緩慢，造成無(wú)支撐暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，無(wú)法抑制地下連續(xù)墻的變形。

⑷相鄰段結(jié)構(gòu)底板未及時(shí)封底?；?～12軸2018年7月5日墊層澆筑完成，因施工工序銜接不緊密的原因2周內(nèi)才澆筑底板，且澆筑完成底板后混凝土仍需進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，未能及時(shí)到達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度，無(wú)法抑制地下連續(xù)墻的變形。

采取的應(yīng)對(duì)措施：①加密監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)單位排查現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，確保按設(shè)計(jì)圖施工，無(wú)損壞無(wú)遺漏，若有被破壞點(diǎn)位需及時(shí)修復(fù)或重新布設(shè)，并加大監(jiān)測(cè)頻率，由1天1次加密為1天2次，同時(shí)做好現(xiàn)場(chǎng)巡查反饋工作，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以快報(bào)的形式進(jìn)行反饋，減少出具正式報(bào)告帶來(lái)的信息延誤。②嚴(yán)格先撐后挖工作，先架設(shè)鋼支撐，并按設(shè)計(jì)要求施加預(yù)應(yīng)力，對(duì)基坑內(nèi)所有的鋼支撐進(jìn)行排查，確保支撐活絡(luò)頭無(wú)扭曲、變形，軸力計(jì)及其接線完好無(wú)損壞，并對(duì)基坑13～14軸之間地下連續(xù)墻變形較大的部位加設(shè)一道鋼支撐，抑制地下連續(xù)墻的變形。③加快施工進(jìn)度，利用時(shí)空效應(yīng)盡快封底。對(duì)開(kāi)挖到基底標(biāo)高的段落，及時(shí)澆筑基底墊層，組織作業(yè)人員加快底板梁板鋼筋的綁扎及混凝土澆筑，并做好養(yǎng)護(hù)工作。施工過(guò)程應(yīng)加強(qiáng)施工組織管理，避免出現(xiàn)窩工、停工待料，造成基底暴露時(shí)間過(guò)久，坑內(nèi)土地卸荷造成圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形，引發(fā)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超出預(yù)警值。④針對(duì)墻體測(cè)斜及對(duì)應(yīng)位置地表沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)展速率過(guò)大、累計(jì)值超限嚴(yán)重的部位，可考慮縮小底板墊層的縱向施工長(zhǎng)度，快速澆筑墊層封底，必要時(shí)可在墊層里架設(shè)型鋼，型鋼兩端頂牢圍護(hù)墻板，在底板未施工前起到抑制基底圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形的作用。

經(jīng)過(guò)加強(qiáng)施工過(guò)程的組織和監(jiān)控，各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)增速放緩，基坑安全風(fēng)險(xiǎn)得到有效控制。

4.2 基坑開(kāi)挖過(guò)程涌水涌沙

車(chē)站東端頭井北側(cè)于2018年5月6日下午13:36分土方開(kāi)挖接近基底標(biāo)高時(shí)，端頭井西北角位置處有細(xì)微明水滲出，至下午16:30，基坑內(nèi)漏水量突然增大。連夜應(yīng)急處置，于次日上午7:20分將漏水控制。

經(jīng)過(guò)分析，本次漏水位置位于車(chē)站Z字型地連墻位置處，施工時(shí)該幅地連墻采用兩幅鋼筋籠，即采用兩個(gè)L型鋼筋籠柔性接頭施工。該位置為基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的相對(duì)薄弱環(huán)節(jié)，在槽壁加固及陰角位置加固施工時(shí)存在加固不到位，且泥漿護(hù)壁效果不理想，發(fā)生局部塌壁，造成接縫混凝土夾泥夾砂現(xiàn)象，導(dǎo)致基坑開(kāi)挖后基底出現(xiàn)漏水。

采取的應(yīng)對(duì)措施：①坑內(nèi)反壓引流。該事件發(fā)生后，施工單位立即組織人員開(kāi)始裝填沙袋，在滲漏處按品字形堆碼沙袋、預(yù)埋引流管。16:30時(shí)，基底漏水處水量突然增大，并攜帶粉細(xì)砂涌出，此時(shí)坑外地面鉆孔完成，開(kāi)始下管注漿，基坑內(nèi)繼續(xù)進(jìn)行棉被、沙袋及袋裝水泥反壓處理；②坑外注漿封堵。坑外鉆孔完成后，施工單位組織阿特拉斯鉆機(jī)等設(shè)備進(jìn)場(chǎng)，開(kāi)始注入雙液漿（水玻璃+水泥漿，凝固時(shí)間調(diào)節(jié)為20s），鉆孔深度為22m（2號(hào)孔），進(jìn)行坑外封堵處理；③充填坑外地層空洞。5月7日2:18，基坑內(nèi)漏水情況基本得到控制，此時(shí)注漿孔已被堵死，隨后停止注漿。為確保后續(xù)開(kāi)挖作業(yè)的安全，5月7日9:30～5月10日14:30期間，施工單位在坑外相應(yīng)漏水點(diǎn)附近布置4-11號(hào)孔（鉆孔深度為24m～30m），進(jìn)行后退試注單液、雙液漿加固，填充滲漏可能產(chǎn)生的空洞。

經(jīng)過(guò)采取以上各項(xiàng)措施，漏水位置基本堵漏完成。試探性地進(jìn)行反壓沙袋清理，清理過(guò)程中無(wú)異常情況發(fā)生，隨后盡快組織機(jī)械進(jìn)行基底剩余土方開(kāi)挖，抓緊墊層、防水及底板施工，盡快完成底板封底。

5 總結(jié)

為確保地鐵車(chē)站開(kāi)挖過(guò)程的施工安全，尤其是復(fù)雜環(huán)境下軟弱地層深基坑開(kāi)挖施工，應(yīng)該從設(shè)計(jì)、施工組織管理、施工質(zhì)量管理、監(jiān)測(cè)巡查等方面不斷地加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)分析和控制，減少乃至避免施工隱患及險(xiǎn)情的發(fā)生。具體總結(jié)如下：

⑴設(shè)計(jì)單位應(yīng)結(jié)合各個(gè)地鐵車(chē)站基坑施工項(xiàng)目?jī)?yōu)化工程設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中要結(jié)合地質(zhì)勘察報(bào)告進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地踏勘，綜合分析各項(xiàng)地質(zhì)參數(shù)，制定有利于現(xiàn)場(chǎng)施工的針對(duì)性的設(shè)計(jì)方案，從設(shè)計(jì)方案上辨識(shí)風(fēng)險(xiǎn)，降低風(fēng)險(xiǎn)，控制風(fēng)險(xiǎn)，保證施工過(guò)程順利進(jìn)行。

⑵在施工槽壁加固時(shí)，車(chē)站端頭陰陽(yáng)角位置的地下連續(xù)墻施工質(zhì)量是控制的重點(diǎn)。針對(duì)鋼筋籠工字鋼接頭的刷壁工作務(wù)必要檢查到位，保證刷壁器的毛刷上無(wú)泥沙等其他雜物，減少接縫滲漏。土方開(kāi)挖時(shí)應(yīng)對(duì)地下連續(xù)墻接縫等薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行檢查，如發(fā)現(xiàn)有濕漬或滲水，提前進(jìn)行注漿預(yù)加固處理。引流管靠迎土側(cè)部位要用大量過(guò)濾網(wǎng)、紗布包住固定防止泥土雜物堵管。[3]

⑶加大人員投入，加強(qiáng)施工組織管理?；娱_(kāi)挖各項(xiàng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)都具有隨時(shí)空變化的特點(diǎn)。施工過(guò)程應(yīng)盡可能利用該特點(diǎn)組織施工，在確保施工質(zhì)量和安全的前提下做好安全技術(shù)交底，加快施工進(jìn)度，做到工序銜接緊湊，在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)生變化之前及時(shí)架設(shè)支撐，完成基坑墊層、底板施工，避免錯(cuò)過(guò)控制監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)展的最佳時(shí)機(jī)。

⑷重視并加強(qiáng)信息化監(jiān)測(cè)工作?；庸こ淌鹿实陌l(fā)生大多是因監(jiān)管不力，其中包括不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)危情，對(duì)險(xiǎn)情重視不夠，對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題采取措施不及時(shí)等。在基坑施工前，應(yīng)制訂相應(yīng)的監(jiān)測(cè)方案，合理布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，確定各階段的監(jiān)測(cè)報(bào)警值和監(jiān)測(cè)頻率。施工中，注重監(jiān)測(cè)點(diǎn)的保護(hù)工作，以免損壞監(jiān)測(cè)點(diǎn)，影響數(shù)據(jù)收集分析，遇有監(jiān)測(cè)報(bào)警或異常情況時(shí)，須立即采取通知相關(guān)參建單位，采取應(yīng)急措施。