隧道深基坑開挖施工中的關(guān)鍵技術(shù)及風(fēng)險控制研究

摘 要：隨著城市地下空間的開發(fā)利用，隧道深基坑開挖工程日益增多。隧道深基坑開挖工程作為地下空間開發(fā)利用的重要組成部分，其施工技術(shù)和風(fēng)險控制顯得尤為重要。基于此，針對隧道深基坑開挖施工中的關(guān)鍵技術(shù)及風(fēng)險控制進(jìn)行深入研究，通過分析工程概況、地形地貌、地質(zhì)、水文及氣象條件等，提出了合理的施工方法和工藝流程，并探討了施工過程中的重難點，特別是針對風(fēng)險控制提出了有效的措施。

關(guān)鍵詞：隧道深基坑；開挖施工；關(guān)鍵技術(shù)；風(fēng)險控制

中圖分類號：TU7 " " " " " " " " " " " " " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A " " " " " " " " " " " " " " " " " 文章編號：2096-6903（2024）12-0001-03

1 工程概況

位于五峰鎮(zhèn)香東村的東門中橋緊鄰東門隧道和S325省級公路的交匯點，交通便捷。該跨接構(gòu)造以1～20 m的現(xiàn)場澆筑箱形梁呈現(xiàn)，與道路縱軸成直角布置。橋面按照公路一級負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計，整體寬度共計11.5 m，其中包括兩側(cè)各0.5 m的F形混凝土護(hù)欄和中間10.5 m的凈跨寬度。橋梁上層結(jié)構(gòu)為每跨20 m的鋼筋混凝土整體現(xiàn)澆箱型梁，而0號和1號橋臺的下層結(jié)構(gòu)則采用了U形擴(kuò)底的臺座基礎(chǔ)。挖掘工作的土層深度大概為6 m。

2 地形地貌、地質(zhì)、水文及氣象條件分析

2.1 工程地質(zhì)

橋臺處地質(zhì)多為巖石，其中0#橋臺基坑四周均為巖石，1#橋臺大樁號以及橫向兩側(cè)均為巖石，小樁號側(cè)緊鄰河溝。

2.2 氣象條件

坐落于亞熱帶的潮濕氣候帶內(nèi)，五峰縣氣候以降水豐富、暴雨事件頻發(fā)及四季各有特色著稱，因山勢起伏造成的微氣候現(xiàn)象也相當(dāng)顯著。該地區(qū)平均年降水量達(dá)到1 396.4 mm，最高紀(jì)錄超過1 700 mm。平均每年降水日數(shù)為171 d，單月最高降雨量紀(jì)錄為922.3 mm，而一天的最高降雨量則為422.90 mm。長期平均蒸發(fā)總量為900.00 mm，濕潤度指數(shù)為1.55。4～10月期間的雨季，其降雨總量占全年總量的80%～85%，而旱季（即11月至次年3月）所貢獻(xiàn)的降水比重通常只有大約15%。該地區(qū)的年均氣溫為13.1℃，氣溫峰值可達(dá)37.1℃，最低氣溫可降至零下15℃。此外，東南風(fēng)為該地主要的風(fēng)向，平均風(fēng)速為1.3 m/s。

2.3 水文

東門中橋跨當(dāng)?shù)匾缓訙希訙铣Ｄ炅魉?，旱季水深約30 cm。0#、1#橋臺基礎(chǔ)均緊鄰河溝。

3 施工方法及工藝流程

東門中橋橋臺基坑開挖采用放坡開挖的施工方案，其中緊鄰河溝側(cè)的兩個橋臺采用土圍堰進(jìn)行防護(hù)，防止河溝水進(jìn)入基坑，可以保證干燥的施工環(huán)境。

3.1 施工準(zhǔn)備

開展深基坑挖掘前的各項預(yù)備活動，涵蓋了測量設(shè)定、技術(shù)方案梳理、施工資料收集和現(xiàn)場施工條件的布置。其中，測量準(zhǔn)備包括對測量儀器和工具進(jìn)行校驗和校正，技術(shù)準(zhǔn)備包括組建技術(shù)管理體系、編制專項方案和開工報告、建立質(zhì)量保證體系等，施工資源準(zhǔn)備是根據(jù)施工現(xiàn)場實際情況準(zhǔn)備施工設(shè)備、人員及材料，施工現(xiàn)場準(zhǔn)備則是確保施工現(xiàn)場的通水、通電和平整。

3.2 測量放樣

根據(jù)橋臺設(shè)計尺寸以及基坑邊坡坡度放出基坑開挖線，并做好標(biāo)記。

3.3 基坑開挖

本基坑設(shè)計為無支護(hù)形式，施工中采用放坡法進(jìn)行開挖?；油诰蛑饕扇C(jī)械化施工，輔以人工清挖。先用挖掘機(jī)將土層挖至比設(shè)計深度高出20～30 cm處暫停，繼而通過人力清理直至達(dá)到預(yù)定深度，這樣做可以防止影響坑底穩(wěn)定性，并確?？涌诒韺拥钠秸?。

挖掘深層基坑是加固工程地基的關(guān)鍵步驟，施工過程中務(wù)必嚴(yán)密監(jiān)控各個環(huán)節(jié)的安防措施。依照不同的挖掘技術(shù)與土地性質(zhì)，精確選取相匹配的挖掘剖面，并且設(shè)定科學(xué)的斜坡角度以確保工程作業(yè)的安全性。為確保工程效率與安全，基坑斜坡的角度應(yīng)把握適度，否則過小斜坡可能導(dǎo)致坍塌災(zāi)害。基坑壁的斜度需依據(jù)挖掘的深度、土壤的物理特性以及地下水位等具體情況來確定?；涌颖谄露仍斠姳?所示。

干燥地基的坑底應(yīng)根據(jù)基座設(shè)計的平面大小，各邊擴(kuò)展的幅度至少應(yīng)達(dá)到50 cm。水環(huán)境中的基坑底面需要考慮確保四邊排水溝和集水井的安置需求，各側(cè)的擴(kuò)增寬度不應(yīng)少于80 cm。

初步設(shè)定的基坑開挖斜坡比例保持在1：0.75。在執(zhí)行作業(yè)過程中，可視具體情況，如所在樁號的地質(zhì)特征和水位高低，適時調(diào)整斜坡角度，避免發(fā)生塌陷或沙土涌入現(xiàn)象，以確保精確挖掘至規(guī)定深度。應(yīng)在動土前測定地表高程，通過拉線法初步估算坑底標(biāo)高，完成挖掘后進(jìn)行最終的底部高程核查。

超過5 m深度的基坑在挖掘時，需建立作業(yè)平臺以確保挖掘邊坡的穩(wěn)固性。按照1：0.75的斜率進(jìn)行基坑挖掘，并在基坑底部往上3 m的位置設(shè)置寬度為2 m的作業(yè)平臺。該平臺以上的部分依然遵循1：0.75的斜率進(jìn)行挖掘。

3.3.1 挖掘方式與時間選擇

施工挖掘工作宜優(yōu)先于干旱季節(jié)進(jìn)行安排。開鑿?fù)恋鼗A(chǔ)時，使用挖掘設(shè)備并輔以工人手工操作。對于基坑邊緣的松軟巖層（或土壤），則由工人操持氣動鎬（或者手鎬）進(jìn)行挖掘作業(yè)。巖石采用挖掘機(jī)結(jié)合破碎錘進(jìn)行開挖。

3.3.2 挖掘施工要點

在進(jìn)行人力挖掘作業(yè)時，必須嚴(yán)格遵循一系列安全規(guī)程，這包括穿戴防護(hù)頭盔、禁止在溝渠內(nèi)部休憩、配備牢靠的爬梯、維持適當(dāng)?shù)淖鳂I(yè)間隙和對作業(yè)工具進(jìn)行完好檢查等。需要保證挖掘過程中基坑的垂直度、入口與出口的規(guī)格、中心線以及邊坡均符合標(biāo)準(zhǔn)，挖掘出的壁面應(yīng)平滑無凸凹不平現(xiàn)象。用設(shè)備進(jìn)行挖掘作業(yè)時，操作人員應(yīng)與設(shè)備保持安全距離，并采取支撐措施。在車輛運(yùn)出土方的過程中，禁止任何人員在車輛上逗留，若存在潛在的危險因素，必須立刻排除危險以保障施工環(huán)境的安全。

3.3.3 堆土地點選擇及施工要點

進(jìn)行挖掘作業(yè)時，需妥善預(yù)留填充土的剩余量，并且合理安排其堆積地點。如果堆積不妥，必將對施工的安全造成直接的威脅。

選擇堆土的地點需要依據(jù)工地的實際狀況，在施工場地寬敞、四周環(huán)境無干擾且不被制約的前提下，為了搬運(yùn)原料、堆放物料及施工便利，采用一邊堆放土壤、另一邊作為施工的臨時通道。

堆土要求排水溝周圍必須保持至少1 m的距離，土堆不得高于1.5 m，并且土堆的頂部需要有向外傾斜的排水坡度。應(yīng)當(dāng)留置臨時通道，確保施工順暢及安全。累積的土堆應(yīng)避免對建筑結(jié)構(gòu)物與設(shè)備造成壓迫，供水井、燃?xì)饩约坝晁臀鬯畽z查井不應(yīng)被覆蓋。

3.4 基坑開挖降水措施

本基坑緊鄰河溝，在河溝兩側(cè)采用編織袋圍堰施工。在構(gòu)建人工島前期，先鋪設(shè)一條專用通道直至施工現(xiàn)場，再剔除表層的淤泥積存，然后選用臨近地區(qū)的黏性土壤作為填充物，借助挖掘機(jī)及自倒式貨車來運(yùn)輸，以小型工具對填入的泥土進(jìn)行密實操作。

在島嶼的外圍區(qū)域，則由人力搭建以草編袋或聚酯纖維袋裝載的土堤圍護(hù)結(jié)構(gòu)。采用尼龍或麻料制成的袋體構(gòu)筑圍堰，其規(guī)格如下：圍堰頂端應(yīng)高出施工水面最高點0.5 m，寬度在1～2 m，外部斜率介于1：1～1：0.5，而內(nèi)部斜率則維持在1：0.5～1：0.2。圍堰靠近基坑一側(cè)的最低點至基坑邊沿的最小橫向距離應(yīng)視基坑挖深靈活調(diào)整，但該距離不得少于1 m。

施工時，須先將堰基部的樹根、草層、碎石等礙事物品清除干凈。再將填充物，即疏松的含黏土料填入編織袋內(nèi)，填至袋子容積的60%后進(jìn)行縫合封口。根據(jù)設(shè)計圖紙的指示，按照規(guī)定的方式疊放這些填土袋，保持編織袋的水平鋪放并且錯開排列。

4 施工重難點及風(fēng)險控制措施

4.1 施工重難點

橋墩基座擴(kuò)建施工要挖掘約6 m深的土層。在施工期間，確?；影踩?、坑壁的堅固性、水的控制與排除以及操作機(jī)械的安全都是施工的關(guān)鍵和挑戰(zhàn)所在。

4.2 環(huán)保措施

4.2.1 地形環(huán)境保護(hù)

一方面在合同所劃定的施工范圍內(nèi)外，竭盡所能保持植被和樹木的初始狀態(tài)。另一方面臨時用地范圍內(nèi)的耕地施工后采取措施恢復(fù)。

4.2.2 水環(huán)境保護(hù)

施工廢水、生活污水按有關(guān)要求進(jìn)行處理。對于骨料沖洗所用之水及其他建筑作業(yè)廢棄液，需經(jīng)由濾凈與沉降程序處理完畢方能釋放。針對建筑設(shè)備產(chǎn)生的廢油與廢水，應(yīng)執(zhí)行如隔油池等處理方案。

4.2.3 大氣環(huán)境及粉塵的防治

施工場地和運(yùn)輸?shù)缆方?jīng)常灑水，需用密實的篷布覆蓋那些在搬運(yùn)過程中容易揚(yáng)散的物品。

4.2.4 固體廢棄物的處理

建筑作業(yè)區(qū)與工地院落內(nèi)產(chǎn)生的日常廢棄物需歸攏存放。在得到當(dāng)?shù)丨h(huán)境保護(hù)機(jī)構(gòu)許可的情況下，建設(shè)活動與日常生活產(chǎn)生的垃圾可以搬運(yùn)到專門的地方處理。

為了降低振動和噪聲干擾，優(yōu)先使用振動和噪聲更低的建筑機(jī)械。對設(shè)備采用減低噪聲的措施，盡可能采用噪聲較小的作業(yè)方法，并選配噪聲更低的建筑機(jī)械。

4.3 質(zhì)量保證措施

4.3.1 基坑外防排水

在坡頂距離基坑邊沿3 m的位置，安裝一道尺寸為300 mm×300 mm的攔水坎，并用彩色裝飾布覆蓋其外層。內(nèi)部填補(bǔ)黏土是為了防止地表水涌入挖掘區(qū)。在基坑底部的斜坡腳邊，劃設(shè)30 cm寬的排水槽，并且從管線的中軸線向兩邊逐漸形成一個縱向的下傾坡度，在四角各建造一個用于集水的小坑。無論是自然降雨還是其他地面積水，都會通過上層的排水槽流向集水坑，并且通過泵的作用排放到旭黃路兩旁的排水系統(tǒng)內(nèi)，以此來預(yù)防水侵對斜坡的破壞。

4.3.2 基坑內(nèi)排水

將基坑周邊結(jié)構(gòu)的外圍規(guī)劃為寬高均為30 cm的排水渠，并使之帶有縱向傾斜度。在四個角落分別施作了尺寸為0.5 m寬、0.5 m長、1 m深的蓄水井，使雨水能順著結(jié)構(gòu)四周的排水渠流進(jìn)蓄水井內(nèi)。再由泵機(jī)把積聚的水輸送至坑邊的收集井中，隨后由外圍泵站統(tǒng)一導(dǎo)入位于旭黃路兩邊的排水渠里，從而確保了基坑內(nèi)部干燥，便于施工作業(yè)。

4.3.3 動載及棄土的防護(hù)

工程車輛的臨時通行路線應(yīng)盡量避開南北向基坑邊沿，至少要確保路線距離坑口上緣有5 m的距離，確保施工安全。暫存棄土堆積處的底邊與基坑邊緣的橫向間隔須不短于該基坑深度。

4.3.4 加強(qiáng)對邊坡的變形及位移情況的觀測

指派專職人員密切監(jiān)控邊坡的形變和位移現(xiàn)象，重點監(jiān)測周遭土壤的位移和沉降，詳細(xì)記錄各項數(shù)據(jù)，并在出現(xiàn)異常時迅速實施應(yīng)對措施。在基坑的周邊設(shè)置4個變形觀測樁，由測量人員每天定時測量，如發(fā)現(xiàn)異常，加大觀測頻率。

5 結(jié)束語

隧道深基坑開挖施工中的關(guān)鍵技術(shù)及風(fēng)險控制研究對于保障工程質(zhì)量和安全具有重要意義。本文針對隧道深基坑開挖施工中的關(guān)鍵技術(shù)及風(fēng)險控制進(jìn)行了深入研究，通過分析工程概況、地形地貌、地質(zhì)、水文及氣象條件等，提出了合理的施工方法和工藝流程，并探討了施工過程中的重難點，特別是針對風(fēng)險控制提出了有效的措施，以期為類似工程提供借鑒和參考，推動隧道深基坑開挖施工技術(shù)不斷進(jìn)步和發(fā)展。