淺埋暗挖地鐵車站施工安全風險控制

李金武/LI Jin-wu

（中電建南方建設投資有限公司，廣東 深圳 518000）

1 工程概況

某市地鐵2 號線某車站位于城市繁華路段，周邊建筑物密集，沿線車流量、人流量偏大，上方管線分布縱橫交錯，施工環(huán)境極為復雜。該車站總體長192m、寬21.2m、高17.6m，為地下二層島式暗挖車站。車站開挖采用雙側壁導洞法施工，小里程段分為6 步開挖，如圖1（a）所示，大里程段分為9 步開挖，如圖1（b）所示，按照逐格分步實施開挖，開挖完成后及時跟進封閉成環(huán)。車站初支鋼拱架采用122a 工字鋼，布設間距為0.75m，初支噴射25cm 厚C25 砼，縱向連接筋?20mm，二襯采用C45P10 抗?jié)B砼，襯砌厚度為80～150cm。

圖1 分步施工示意

2 施工安全風險分析

2.1 水文地質

1）該地鐵車站所處地層為粉質黏土、粉細砂、含礫中粗砂以及中風化、強風化巖層，工程地質條件較差，各個地層切換頻繁，施工環(huán)境復雜，且初支拱部位置多為粉質黏土、粉細砂，地層穩(wěn)定性較差，支護難度大，對地鐵車站施工極為不利。

2）該地鐵車站底板埋深約為24m，地下潛水位約為14m，位于車站底板上方，地下水的存在會軟化圍巖，并對地鐵隧道形成一定的膨脹壓力，對開挖施工區(qū)域內的地層產(chǎn)生不利影響，使得暗挖施工中的安全風險較大。

3）該地鐵車站所處區(qū)域不良地質條件多，處理難度大，主要包括地質松散層、空洞、水囊。如若空洞與開挖段距離較近，則施工擾動極易導致發(fā)生失穩(wěn)，引發(fā)地層變形而造成地層塌陷，尤其是在遇到空洞群時，施工擾動可能會導致其連通形成大型空洞，則發(fā)生大面積塌陷的風險更高；水囊的積水因施工擾動會發(fā)生失穩(wěn)，進而形成突涌水，導致發(fā)生冒頂、坍塌，給施工帶來安全隱患。

2.2 圍巖狀況

車站主體上方覆土厚度為6.4～8.8m，拱頂圍巖等級為Ⅴ～Ⅵ級，屬于中風化、強風化圍巖，巖層強度較低且抗風化能力較差；其次，圍巖強風化帶發(fā)育深度存在較大差異，最大埋深處為24.5m，且強風化圍巖厚度約為19.5m，車站主體所處巖層穩(wěn)定性極差，如若開挖施工中支護不及時、不到位，就會引發(fā)土體塌陷、地表沉降等風險。

2.3 施工環(huán)境

1）該車站主體上方管線分布縱橫交錯，沿車站主體縱向有?1400mm、?800mm 以及?300mm 的給排水管線，?500mm 與?400mm的燃氣管線以及電力、電信管溝等共48 條，其中重力流管線及有壓管線6 條，且部分雨污水管因年久失修存在滲漏，管線周邊土層由于長期受水浸泡，出現(xiàn)松軟、空洞、富水等異常地質條件，使得在進行車站的暗挖施工時，極易因施工擾動而導致管線出現(xiàn)沉降甚至損壞，增加了施工中的安全風險。

2）車站位于城市繁華路段，沿線車流量大，周邊構筑物密集，結合施工中的監(jiān)控量測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，車站暗挖施工對周邊存在較大擾動，地表沉降量較大，如若不采取妥當?shù)娘L險控制措施減少施工中的反復擾動，將會導致周邊建筑物發(fā)生開裂及地下管線破壞，直接影響著建筑物及地下管線的安全性。

2.4 施工過程風險

1）受松散層、水囊、空洞的影響，使得暗挖施工面臨的不確定因素眾多，如若初支施工不及時，極有可能會引發(fā)地表沉降甚至坍塌風險。

2）該項目所處地層穩(wěn)定性差且?guī)畮汗芫€分布復雜，如若注漿時的漿液配比、注漿量及注漿壓力控制不好，就會直接影響注漿加固的效果，而注漿加固效果不好往往會引發(fā)地面塌陷、管線破裂等風險。

3）該地鐵車站平行下穿給水管、排水管以及雨污水管道較多，部分管道因年限較久可能存在滲漏等，如若暗挖施工前未進行超前探測或滲漏處理不及時，則極易因管線滲漏而引發(fā)地面塌陷危及作業(yè)人員的人身安全。

3 淺埋暗挖地鐵車站施工安全風險控制

3.1 施工安全風險控制思路

暗挖地鐵車站施工安全風險控制應貫穿于整個施工過程中，包括施工前評估、施工中控制以及施工后修復，具體控制思路如下。

1）既有結構現(xiàn)狀分析與安全性評估。對施工影響范圍內各個工況條件下結構的強度進行安全性分析，確定結構最大承載性能，并對多種影響因素予以綜合考慮后制定安全控制措施。

2）施工影響預測與安全方案選擇。以可行的方案為基礎對施工影響進行預測，明確施工影響最小的方案。對于施工附加影響無法滿足安全控制要求時，應對既有結構與施工地層采取注漿加固等超前處理措施，以確保施工附加影響能夠滿足既有結構的安全控制要求。

3）施工安全控制措施制定與實施。對既定作業(yè)方案下施工沉降或應力控制目標予以分解，確定各個階段施工的安全控制目標，并從理論分析、類似項目經(jīng)驗以及工程地質特點等多個方面確定各個階段控制措施。

4）施工監(jiān)控量測與安全信息反饋。根據(jù)工程施工特點與安全控制重點，選擇關鍵工序或部位作為關鍵控制指標進行全過程監(jiān)控量測，對于監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)予以及時處理與反饋，并根據(jù)監(jiān)控量測結果對暗挖車站施工的安全性進行評估與判斷，必要時啟動安全應急預案。

5）施工后評估及結構現(xiàn)狀修復。地下空間開挖施工中，不可避免地會對既有結構的安全性或功能性產(chǎn)生影響，因此，務須要對開挖施工造成的影響程度進行評估，根據(jù)被破壞程度對修復的必要性、可行性以及合理性進行分析，并以此為依據(jù)制定相應的恢復方案及措施。

3.2 施工安全風險控制舉措

由于該項目地鐵車站所處地質條件差、埋深較淺以及施工環(huán)境復雜的特性，使得地鐵車站開挖施工中面臨的風險眾多。因此，必須要結合地鐵車站項目實際，分析施工中可能面臨的風險因素，結合地鐵施工“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤測量”的十八字方針，采用“弱爆破”減少施工對圍巖的擾動，并通過及時跟進封閉支護，以控制地表、地下管線以及周邊構筑物的沉降。

3.2.1 超前地質預報

不良的地質條件極易引發(fā)坍方、突泥、涌水等風險，不僅在技術上給地鐵車站施工帶來極大的困難，也常常因突發(fā)事故導致人身傷亡、設備損失、工期延誤，從而造成巨大的經(jīng)濟損失。因此，通過開展超前地質預報，預測車站掘進方向的地質狀況，提早、及時地使用有效的開挖與支護方式就顯得非常重要。

1）TSP 超前探測 對地鐵車站暗挖段進行超前探測，尤其要做好富水地層、軟弱地層、斷層破碎帶、裂隙發(fā)育帶、不同巖性交界面等地段予以重點探測，以保證暗挖通過時的安全性、穩(wěn)定性。

2）超前地質鉆孔 在進行每循環(huán)開挖施工中，應通過超前地質鉆孔對斷層破碎帶、裂隙發(fā)育帶以及松散層、富水層等進行探測，以免施工中發(fā)生突涌水、坍塌等風險。

3）地質雷達探測 采用雷達探測儀向開挖地層發(fā)射寬帶寬、高頻率的電磁波，并對接收到的反射波信號進行分析處理，通過測量反射波來回的時間，探測地鐵車站周圍環(huán)境的變化，并獲得施工需要的各種地質資料。

3.2.2 超前支護措施

1）超前管棚支護 為防止車站主體結構開挖施工造成地表沉降，有效保證施工周邊環(huán)境以及地下管線的安全，結合地鐵車站施工地質條件及工程實際，并根據(jù)施工工期、安全等要求，沿開挖輪廓線在鋼架上鉆設管棚孔，鉆孔時應由高孔位依次向低孔位進行，且外插角不得侵入隧道開挖輪廓線，鉆孔直徑比管棚鋼管管徑大約2～3cm，通過超前管棚加強支護，能夠有效保證開挖掌子面圍巖的穩(wěn)定性，防止出現(xiàn)地表下沉、圍巖松動等安全風險。

2）超前小導管支護 在車站主體經(jīng)過松散地層、斷層破碎帶等不良地質段時，可通過超前小導管等超前支護手段，對開挖掌子面前方擾動土層予以超前注漿加固，以減少施工過程中松散土體的變形。施工時，在地鐵車站開挖輪廓線以上按照環(huán)向間距30～50cm，外插角10°～15°插入小導管，孔位及外插角偏差應滿足相關規(guī)范要求：其中，深層注漿孔偏差≤5cm，角度偏差≤2°；分裂注漿與壓密注漿的注漿孔偏差≤10cm，角度偏差≤3°，對于檢查發(fā)現(xiàn)小導管偏差超標時應及時予以修復并重新注漿。

3.2.3 不良地質處理

1）松散區(qū)處理 該地鐵車站所處松散區(qū)域多位于回填土以及雜填土層，埋深較淺，施工中極易對地表產(chǎn)生擾動而造成坍塌、沉降，因此，在進行松散及穩(wěn)定性較差區(qū)域的處理時，可通過地面打孔埋設注漿管進行注漿加固，以提升土體密實性與圍巖穩(wěn)定性，防止施工中土層擾動而出現(xiàn)沉降或坍塌等安全風險。

2）富水區(qū)處理 在進行富水地段的處理時，須先探明富水區(qū)域有無水源補給，確定止水區(qū)域周邊管線情況，若為雨污水管線發(fā)生滲漏，則應對雨污水管線進行清污、防水處理，若為市政給水管道發(fā)生滲漏，則應采取措施進行堵漏處理，滲漏處理后繼續(xù)打孔至砂層，埋設好注漿管，將圍巖中的滯留水通過注漿管引流至砂層，將淺埋層水分進行疏干，降低施工中圍巖的變形概率，同時，對于暗挖車站上方因管線滲漏造成軟化的土體，可通過導洞內定位注漿予以加固處理，以提升圍巖穩(wěn)定性，改良不良地質條件，進而減少與避免地層、管線的沉降。

3）空洞區(qū)處理 對發(fā)現(xiàn)地質條件較差的空洞區(qū)域，應采用水泥漿予以填充密實，并對空洞周圍區(qū)域通過小導管進行注漿加固。同時，為避免注漿時空洞周圍區(qū)域漿液量擴散面積過大，可在邊緣位置采用水泥-水玻璃雙漿液進行注漿加固，控制好注漿質量，保證空洞區(qū)域注漿的密實性。

針對施工中遇到的不良地質條件，該項目通過及時探測與分析處理，及時獲得場地不良地質分布情況，對探測到的松散層、富水區(qū)以及空洞區(qū)及時采取加固處理予以改良加固，有效保證了不良地段圍巖的穩(wěn)定性，消除了車站暗挖施工的安全隱患。

3.2.4 施工過程控制

為保證車站暗挖施工中地下管線及周邊構筑物的安全，該項目從地層預處理、過程恢復對地層及管線進行抬升，控制地層、管線的沉降。

1）為降低車站暗挖施工中的安全風險，車站大里程段分為9 步、小里程段分為6 步，采用小藥卷藥量分格爆破進行開挖，并根據(jù)試爆效果對爆破參數(shù)予以優(yōu)化調整。例如，根據(jù)圍巖軟硬、裂隙發(fā)育以及爆破后石碴塊度等，調整炮眼間距、裝藥量、周邊眼等參數(shù)，根據(jù)監(jiān)測的爆破震速，調整雷管分段數(shù)、單響藥量，以保證巖層爆破效果，避免爆破時擾動過大造成坍塌風險。

2）該車站所處地質條件復雜，在暗挖施工中應按要求做好地質補勘，并結合施工地質資料，制定切合實際的淺埋暗挖及支護控制措施。且由于該地鐵車站所處區(qū)間各個地層切換頻繁，因此，開挖時應對豎井鋼格柵間預制短格柵的設置予以嚴格控制，并根據(jù)馬頭門結構形式，分部破除豎井馬頭門井壁砼，保證開挖過程圍巖的穩(wěn)定性。

3）地鐵車站采用6 步法開挖時，在1 步與2步，3 步與4 步以及5 步開挖完成后，及時跟進對邊墻及拱部位置進行支護，在初支施工與封閉的同時，通過注漿將初支與周圍土體間空隙填充密實，保證車站結構成環(huán)后再進行第6 步開挖，通過分段分導洞襯砌有效保證了車站結構施工的穩(wěn)定性，降低了地層的沉降風險。

4）車站暗挖施工中，對經(jīng)過的地表與埋設監(jiān)測點的沉降情況進行監(jiān)測，同時，在開挖及臨時支撐拆除位置對拱頂沉降、凈空收斂情況等進行監(jiān)測，并對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行收集與分析，如若發(fā)現(xiàn)沉降、收斂等數(shù)據(jù)存在異常，須立即停工并采取措施對沉降、收斂進行控制，保證車站主體結構的安全性。由表1 的沉降觀測數(shù)據(jù)可知，地表、管線以及拱頂沉降較為穩(wěn)定，均在預警值以內，為安全施工提供了切實保證。

表1 沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)

4 結語

相較于明挖地鐵車站或是其他工程項目而言，淺埋暗挖地鐵車站施工難度更大、危險系數(shù)更高、影響因素更多、更易發(fā)生安全事故，因此其安全管理更為關鍵。為減少與遏制安全事故發(fā)生，應于項目施工前依據(jù)現(xiàn)場實際，對潛在危險源與施工安全風險等予以全面分析，制定針對性防范、應對舉措，并在后續(xù)施工中切實做好相應沉降監(jiān)測，落實規(guī)范施工，及時跟進做好支護，從而促使車站暗挖施工安全、順利、優(yōu)質完成。