地鐵深基坑施工風(fēng)險及控制措施研究

朱小軍

中鐵二局第一工程有限公司，貴州 貴陽 550000

1 地鐵深基坑施工存在的風(fēng)險

1.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲漏水風(fēng)險

廣州地鐵明挖基坑常見的圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式主要為地下連續(xù)墻和鉆孔樁+旋噴止水樁兩種。兩種支護(hù)形式雖然存在不同，但是其滲漏水的核心問題均是圍護(hù)結(jié)構(gòu)本身存在質(zhì)量缺陷，在外界條件的誘因下造成的滲漏水情況較多。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工主要是靠泥漿護(hù)壁成孔，泥漿濃度過大，會造成混凝土灌注困難，存在斷樁（墻）的風(fēng)險；泥漿濃度過小，會引起樁（墻）壁在重力和水土壓力不斷平衡的情況下塌陷，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量控制較困難。同時受施工工藝和目前的技術(shù)條件限制，連續(xù)墻（樁）均采用分幅施工，基坑存在大量的連續(xù)墻（樁）接頭。以連續(xù)墻為例，目前常用的接頭主要有工字鋼接頭和套銑接頭，因套銑接頭施工成本貴，在施工時通常選用成本相對低廉的工字鋼接頭，而工字鋼接頭在一期槽段施工過程中，需先采用沙袋等回填，二期槽段施工時，將沙袋等雜物用專用刷壁器沖刷干凈。刷壁的質(zhì)量與各施工人員的經(jīng)驗(yàn)和責(zé)任意識有關(guān)，若接頭施工質(zhì)量參差不齊，則存在滲漏水的隱患。特別是在地下水位高、砂層較厚或存在深厚淤泥層等不良地質(zhì)情況下，滲漏水問題更為明顯。

1.2 坑內(nèi)邊坡滑塌風(fēng)險

廣州市屬于沿海城市，區(qū)域廣布海陸交相淤泥質(zhì)土、砂層等不良地層，地質(zhì)變化起伏，各類地層復(fù)雜交錯布置，這些地質(zhì)條件和環(huán)境給深基坑的開挖帶來了較大挑戰(zhàn)。首先，現(xiàn)有廣州地鐵建設(shè)大部分在老城區(qū)內(nèi)，施工場地十分狹小，受出土效率和施工時間限制，不可避免在基坑邊進(jìn)行大量臨時堆載和機(jī)械擺放施工，增加了因邊坡超載引發(fā)的邊坡坍塌的風(fēng)險。其次，地下各類復(fù)雜交互地層下土體的坡率控制不到位，在地下水豐富的作用和影響下發(fā)生滑坡的風(fēng)險較為突出。最后，在具體施工環(huán)節(jié)，還存在未及時完成支護(hù)措施，施工開挖掏“神仙土”等導(dǎo)致邊坡滑坡、塌陷的問題。

1.3 支撐不穩(wěn)風(fēng)險

深基坑常用的內(nèi)支撐為混凝土支撐和鋼支撐。整體而言，支撐不穩(wěn)的風(fēng)險相對較低，混凝土支撐不穩(wěn)的風(fēng)險遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鋼支撐失穩(wěn)風(fēng)險?；炷林卧诨訃o(hù)結(jié)構(gòu)變形過大甚至基坑坍塌，軸力遠(yuǎn)超過本身的極限承載力時容易發(fā)生失穩(wěn)；坑外土體卸載，使原本受壓的構(gòu)件成為受拉構(gòu)件，造成支撐失穩(wěn)；鋼支撐過長而支承鋼支撐的格構(gòu)柱設(shè)置不合理，也會造成鋼支撐失穩(wěn)；施工人員施工時連接部位不穩(wěn)、不牢，固定不佳等現(xiàn)象，同樣會造成鋼支撐失穩(wěn)。

1.4 基坑底部突涌水和土體隆起的風(fēng)險

一般而言，基坑施工中都會采用降水措施。無論是坑內(nèi)降水還是坑外降水，都會造成基坑內(nèi)外水位存在較大的落差。若降水措施不合理，則很難將基坑內(nèi)地下水位控制在一個合理的范圍，造成基坑無法正常開挖。若基底地層處于承壓水地層中或溶洞未處理、透水性極強(qiáng)的軟弱土層中時，極有可能出現(xiàn)坑底涌水等現(xiàn)象。同時受土體自重和地下水位的影響，當(dāng)基坑底部水頭壓力較大時，還可能會發(fā)生底部土體隆起現(xiàn)象。上述施工風(fēng)險主要由工程地質(zhì)勘察不明、設(shè)計方案不合理、施工順序不正確等問題導(dǎo)致。

1.5 周邊建構(gòu)筑沉降開裂等風(fēng)險

基坑施工過程中，為確保開挖過程中人員和設(shè)備的安全，必須采取降水措施，因地下水流失、圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲漏、土體卸載和基坑坍塌后引起的圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形都可能引發(fā)周邊建構(gòu)筑物的沉降開裂等現(xiàn)象，嚴(yán)重程度又與建構(gòu)筑物本身的基礎(chǔ)形式、地基處理方式和與基坑的距離關(guān)系有很大的關(guān)系。一般而言，樁基礎(chǔ)的沉降小于天然基礎(chǔ)，距離基坑越遠(yuǎn)的沉降，開裂的風(fēng)險越小。

2 地鐵深基坑施工風(fēng)險控制措施

2.1 勘察階段的風(fēng)險控制

在地鐵基坑施工過程中，探明地質(zhì)十分重要，也是一切工作的基礎(chǔ)。在勘察階段，勘察人員可采取以下措施控制施工風(fēng)險：第一，查明不良地質(zhì)（采空區(qū)、巖溶、地裂縫、地面沉降、有害氣體）的特征、分布范圍、發(fā)展趨勢和危害程度；第二，查明場地范圍內(nèi)巖土層的類型、分布范圍，分析和評價地基的穩(wěn)定性、均勻性和承載能力，提出天然地基、地基處理或樁基等地基基礎(chǔ)方案的建議，為需進(jìn)行沉降計算的建（構(gòu)）筑物、路基等提供地基變形計算參數(shù)；第三，進(jìn)行巖土施工工程分級，提出對地下工程不利影響的工程地質(zhì)問題及防治措施的建議，提供基坑支護(hù)、施工所需的巖土參數(shù)；第四，查明地表水體的分布、水位、水深、水質(zhì)、防滲措施、淤積物分布及地表水與地下水的水力聯(lián)系等，分析地表水體可能對工程造成的危害；第五，查明地下水的埋藏條件，如地下水類型、水位、巖土滲透系數(shù)、變化幅度等水文地質(zhì)資料，提出地下水控制措施的建議。

2.2 設(shè)計階段的風(fēng)險控制

科學(xué)合理的基坑設(shè)計是整個項(xiàng)目建設(shè)的有效條件，設(shè)計方案和圖紙是重要的參考依據(jù)。在設(shè)計階段，設(shè)計人員可采取以下措施控制施工風(fēng)險。第一，充分結(jié)合勘察單位提供的地質(zhì)資料進(jìn)行圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式的選擇，在條件允許情況下，優(yōu)先選擇地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)和套銑接頭形式，若因條件限制需采用鉆孔樁或工字鋼接頭時，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況明確泥漿的具體參數(shù)和終止標(biāo)準(zhǔn)，同時應(yīng)根據(jù)不同的工藝選擇優(yōu)化連續(xù)墻的錨固深度和各類設(shè)計參數(shù)。第二，優(yōu)化設(shè)計計算方式，目前通常采用理正深基坑軟件進(jìn)行基坑的二維計算，局部計算無法全面真實(shí)地反饋地層變化情況，在地質(zhì)變化較大時造成偏差較大，建議采用理正軟件計算時，還需采用Midas XD等大型三維軟件進(jìn)行建模計算，重點(diǎn)關(guān)注地質(zhì)變化較大區(qū)域、周邊建筑物密集區(qū)的復(fù)核計算，對底部處于軟弱土層時，還需對抗隆起和基底涌水量等進(jìn)行細(xì)部的檢算，如抗隆起無法滿足時，需對基底地基進(jìn)行提前加固處理。第三，根據(jù)周邊建構(gòu)筑的重要性制訂科學(xué)有效的降水措施，減小降水對周邊環(huán)境的影響。第四，將設(shè)計的原理、原則、施工相關(guān)規(guī)范和設(shè)計階段主要考慮的預(yù)防措施對施工單位進(jìn)行交底，使施工單位從源頭上理解和控制風(fēng)險。

2.3 施工階段的風(fēng)險控制

風(fēng)險能否得到有效控制，重點(diǎn)在施工階段，施工過程中需重點(diǎn)從以下方面控制風(fēng)險。

第一，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量直接關(guān)系到整個基坑能否正常開挖的重要條件，首先在施工中應(yīng)重點(diǎn)控制成槽泥漿的比重和黏度等指標(biāo)，根據(jù)地質(zhì)條件制訂不同地層下的泥漿控制指標(biāo)尤為關(guān)鍵，接著嚴(yán)格控制接頭的刷壁質(zhì)量，在刷壁過程中必須派駐有豐富經(jīng)驗(yàn)的管理人員進(jìn)行旁站監(jiān)督，確保接縫沖刷干凈無泥漿和沙袋等雜物，同時做好原始數(shù)據(jù)的收集工作，為后期圍護(hù)結(jié)構(gòu)完成后開挖前評估提供綜合判定依據(jù)，最后加強(qiáng)對施工作業(yè)人員的教育，強(qiáng)調(diào)施工質(zhì)量的重要性和危害，在有條件時采用鎖口管或鎖口箱替代沙袋回填，確保接縫的施工質(zhì)量。

第二，采取科學(xué)的開挖和降水方式。合理的開挖順序、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膱龅夭贾每杀ＷC基坑邊坡影響范圍內(nèi)不超載。嚴(yán)格按照勘察報告的建議坡率進(jìn)行開挖，嚴(yán)禁掏“神仙土”，嚴(yán)禁違章指揮和違章操作等均是控制坑內(nèi)邊坡滑塌的有效措施?？茖W(xué)降水、按需降水是保證周邊建筑物沉降控制的關(guān)鍵。根據(jù)地質(zhì)條件進(jìn)行基底預(yù)加固，并在加固結(jié)束后及時封閉降水井是防止基底突涌水和基底隆起的有效方式。

第三，嚴(yán)格科學(xué)監(jiān)測。對圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形、支撐軸力、周邊建筑物沉降進(jìn)行全過程監(jiān)測，充分利用先進(jìn)技術(shù)手段（如遙感測繪、自動傳感監(jiān)測）等，及時反饋信息，提前進(jìn)行預(yù)判是基坑風(fēng)險控制最有效的手段。

2.4 健全風(fēng)險巡查控制制度及應(yīng)急聯(lián)動機(jī)制

首先，各單位要根據(jù)企業(yè)和地域特點(diǎn)編制科學(xué)可行的風(fēng)險管理辦法，并組織相關(guān)人員進(jìn)行學(xué)習(xí)，使全體參建人員有效掌握相關(guān)制度和知識。其次，加強(qiáng)施工巡查工作，只有通過及時有效的巡查，才能及時反饋施工中的異常情況，并提供給專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行預(yù)分析和預(yù)處理，將施工風(fēng)險遏制在萌芽狀態(tài)。最后，制訂有效的應(yīng)急處置方案，確保在風(fēng)險發(fā)生時可采取科學(xué)有效的組織救援和控制措施，盡量減少對企業(yè)的負(fù)面影響。

3 結(jié)束語

綜上所述，深基坑施工過程復(fù)雜，施工過程中需要考慮的因素眾多，施工風(fēng)險貫穿整個建設(shè)的各個階段，風(fēng)險的源頭在勘察設(shè)計階段，風(fēng)險控制的重點(diǎn)在施工階段，只有參建的各方充分識別各類風(fēng)險，才能采取具有針對性的措施有效控制風(fēng)險，也才能確保各施工階段的基坑安全，這對企業(yè)的發(fā)展具有積極深遠(yuǎn)的意義。