地鐵深基坑施工風(fēng)險控制策略探討

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摘要：近年來，城市化進程不斷推進使得城市交通壓力增加，地鐵以其方便快捷等優(yōu)勢已經(jīng)成為人口密集城市主要交通工具。我國地鐵建設(shè)目前大多使用基坑施工方式，該種施工方法受地質(zhì)環(huán)境影響較大，且作業(yè)難度大、風(fēng)險高、安全隱患難以預(yù)測。因此，如何對施工全過程進行風(fēng)控尤為重要，本文以北京市軌道交通昌平線南延工程學(xué)清路站建設(shè)為例，對地鐵深基坑施工風(fēng)險與控制策略進行分析，并提出相應(yīng)解決方案。

關(guān)鍵詞：地鐵；深基坑；施工風(fēng)險；控制

引言

隨著城市交通運輸軌道線路的增多，地下空間被不斷利用，地鐵車站基坑工程朝著“密、深、大”的趨勢發(fā)展，站臺情況也變得復(fù)雜，比如在交匯站臺會出現(xiàn)大量的換乘區(qū)間，這就要求車站基坑有更深更大的空間，而車站所在的地理位置以及地質(zhì)條件、地下水位等都會對施工造成影響，如果施工地質(zhì)條件差，更會加大施工風(fēng)險。基坑工程主要由支護體系和土方開挖體系構(gòu)成，是綜合性很強的系統(tǒng)工程，施工過程需要巖土工程系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)工程系統(tǒng)密切配合才能順利完成。同時新時期對施工技術(shù)體系完善要求不斷提升，如何提升地鐵深基坑施工管理體系，降低深基坑施工風(fēng)險，保障地鐵施工工程質(zhì)量具有重要意義。因此，需要根據(jù)基坑環(huán)境提前制定挖掘方式和沉降點布置形式等，并對深基坑施工過程中可能出現(xiàn)的風(fēng)險進行評估制定相應(yīng)控制策略。

1深基坑施工風(fēng)險分析

通過研究深基坑工程施工方案，對深基坑施工過程中存在的風(fēng)險進行剖析。地鐵深基坑施工過程包括前期地質(zhì)勘測，中期施工體系構(gòu)建如連續(xù)墻結(jié)構(gòu)圍護等，施工過程中的每一步都存在巨大的風(fēng)險，需要提前做好風(fēng)險防護。

1.1地質(zhì)風(fēng)險

前期地質(zhì)勘測數(shù)據(jù)可能與實際情況不一致，就會造成工程初期設(shè)計偏差。在工程設(shè)計階段會存在地面工作未完成情況，導(dǎo)致地下勘測工作不能進行，由于地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜多變，有限的勘察點不能準(zhǔn)確反映出施工地區(qū)地質(zhì)情況。基于此地質(zhì)數(shù)據(jù)相關(guān)單位進行設(shè)計和工程招標(biāo)，而在當(dāng)今建筑行業(yè)激烈的市場競爭環(huán)境下，投標(biāo)單位為了控制資金，通常會要求施工單位承擔(dān)地質(zhì)情況造成的風(fēng)險，這就在無形中增加施工上地質(zhì)風(fēng)險。同時巖土工程施工本身就有許多風(fēng)險因素，如巖土介質(zhì)空間的變異性和力學(xué)性的模糊等，這些因素也會帶來施工風(fēng)險。

1.2結(jié)構(gòu)滲漏風(fēng)險

地下施工的穩(wěn)定性主要依靠圍護結(jié)構(gòu)，圍護結(jié)構(gòu)通常利用連續(xù)墻，其結(jié)構(gòu)具有剛度大、整體性強和防滲性好等優(yōu)點，而且還可在密集建筑群中進行施工,對建筑和道路影響較小[1]。圍護連續(xù)墻結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定是地下施工安全的保障，而連續(xù)墻圍護的重點在連續(xù)墻接頭處，接頭處連續(xù)墻相對薄弱容易出現(xiàn)滲漏和變形等問題。此外發(fā)生結(jié)構(gòu)滲漏的原因有很多，例如，當(dāng)?shù)罔F的深基坑結(jié)構(gòu)上有裂縫，此時建筑的防水作用就會失效導(dǎo)致結(jié)構(gòu)漏水，或在結(jié)構(gòu)施工過程中，穿墻管施工縫隙處防水措施不到位造成結(jié)構(gòu)漏水問題出現(xiàn)。

1.3底部管涌風(fēng)險

基坑下方設(shè)置承壓水時，隨著工程持續(xù)進行基坑深度不斷增加，承壓水上方壓力被不斷減少，就可能造成基坑底部的隆起，當(dāng)基底不透水層壓力小于承壓水層壓力時，就容易導(dǎo)致管涌發(fā)生，進而導(dǎo)致基坑失穩(wěn)出現(xiàn)坍塌。造成管涌的原因有很多，主要原因是以下幾個方面。第一，圍護結(jié)構(gòu)的深度不夠，未能穿過承壓水層，使承壓水未被隔斷，導(dǎo)致基坑達到一定深度后承壓水利用水頭壓力開通路徑，穿過基坑底形成管涌。第二，基坑的降水不能夠滿足要求，基坑挖掘前應(yīng)提前降水，根據(jù)降水實驗結(jié)果制定圍護結(jié)構(gòu)防水效果，要求基坑開挖時基坑內(nèi)水位降至開挖面0.5m以下。如果此過程存在誤差或錯誤，會導(dǎo)致管涌出現(xiàn)。第三，基底加固標(biāo)準(zhǔn)是滿足抗管涌發(fā)生的前提，因為基底承壓水頭壓力較大，僅僅依靠不透水層和土體的壓力不能達到平衡的目的，這就需對基底進行加固，通常使用攪拌樁加固，加固過程中如果不能滿足加固標(biāo)準(zhǔn)就會造成管涌風(fēng)險[2]。

1.4沉降風(fēng)險

由于深基坑施工過程是在地下進行，所以不可避免的會對施工周圍的建筑物產(chǎn)生影響，會出現(xiàn)建筑物沉降等后果，如果建筑物沉降過大，將造成建筑物不可修復(fù)的破壞。深基坑施工造成地面建筑物沉降的原因主要有三方面。第一，基坑降水會導(dǎo)致基坑外的地下水產(chǎn)生繞流，水流使基坑外的土體固結(jié)沉降，最終造成地面沉降。第二，深基坑施工過程中，支撐操作不及時，就會導(dǎo)致土壓力達不到平衡，出現(xiàn)圍護結(jié)構(gòu)鼓肚子現(xiàn)象，從而導(dǎo)致基坑周圍建筑出現(xiàn)沉降現(xiàn)象。第三，深基坑的圍護結(jié)構(gòu)深度不夠，基坑圍護結(jié)構(gòu)不能達到不透水層設(shè)計目標(biāo)深度，便不能有效隔斷基坑內(nèi)外地下水，造成基底隆起導(dǎo)致周邊建筑發(fā)生沉降。

1.5其他風(fēng)險

除施工環(huán)境等不可抗拒因素外，施工過程中的一些誤差和人為因素也會造成風(fēng)險如，例如施工過程中管線搬遷后，土方回填不密實，會使得測斜速率連續(xù)超標(biāo)，表現(xiàn)為管線沉降量在基坑挖掘初期值超過警戒值的問題。如果施工作業(yè)現(xiàn)場項目部缺少能準(zhǔn)確識別基坑施工危險因素的專業(yè)技術(shù)人才，在基坑施工過程中一旦出現(xiàn)問題不能立即采取有效措施，就會導(dǎo)致大的問題發(fā)生。

2地鐵深基坑施工風(fēng)險控制策略分析

2.1施工隊伍科學(xué)化建設(shè)

提高施工隊伍科學(xué)文化水平，加強專業(yè)知識培養(yǎng)，確保施工過程從前期地質(zhì)勘測到計算設(shè)計再到施工現(xiàn)場，確保每部分數(shù)據(jù)和操作的準(zhǔn)確化標(biāo)準(zhǔn)化，從而減少因誤差和錯誤造成的風(fēng)險。

2.2結(jié)構(gòu)滲漏風(fēng)險對策

當(dāng)施工過程中發(fā)現(xiàn)接頭滲漏現(xiàn)象，必須及時快速進行處理，防止由于滲漏導(dǎo)致圍護結(jié)構(gòu)承載主體土體沉降，影響周圍建筑物安全，或?qū)е峦馏w抗力喪失造成基坑整體傾覆[3]。在發(fā)現(xiàn)連續(xù)墻接頭有滲漏情況后，要根據(jù)滲漏情況，采取相應(yīng)解決措施。如果滲漏量不大，可以使用導(dǎo)管進行引流，再使用防水混凝土砂漿封堵，等到混凝土達到凝固程度，關(guān)閉導(dǎo)管閥門。如果滲漏情況十分嚴重，采用封堵方法就十分困難，就要在基坑內(nèi)回填土，將水流封堵住，隨后再對基坑外圍進行封堵，可以使用雙液漿封堵。因為圍護結(jié)構(gòu)是地下工程，施工過程中不可控因素較多，水下混凝土容易產(chǎn)生夾砂問題，其中接頭是最容易出現(xiàn)問題的地方。因此，確保圍護結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量，是防止?jié)B漏的保障。

2.3管涌風(fēng)險對策

管涌是地下施工容易發(fā)生的現(xiàn)象而且一旦發(fā)生造成的危害是極大的，因此加強管涌現(xiàn)象的防護是至關(guān)重要的，如進行基底加固，施工時對基底進行加固，來抵抗?jié)B透水頭壓力。同時要對圍護結(jié)構(gòu)進行攪拌樁加固，由于管涌的發(fā)生很可能由于圍護結(jié)構(gòu)未隔斷導(dǎo)致基坑內(nèi)水繞流。在施工過程中如果發(fā)生管涌現(xiàn)象，應(yīng)該根據(jù)情況采取相應(yīng)措施。例如當(dāng)管涌現(xiàn)象發(fā)生時首先要對內(nèi)部支撐的結(jié)構(gòu)進行排查，確保圍護結(jié)構(gòu)整體的安全性，隨后以滲透點為中心在滲透點周圍堆起土袋進行反壓封堵，同時進行混凝土澆筑，以此加強反壓滲透的壓力。如果管涌問題發(fā)生的范圍較大時，在搶修時間較短情況下，對涌口進行分層填筑濾水材料實施壓重，使用的濾水填料顆粒需要按照由小到大填筑。還可以采用降低水壓的方式進行搶修，即在發(fā)生管涌時在基坑外設(shè)置降水井，以此來降低基坑內(nèi)外壓力差，降水井深度設(shè)置應(yīng)根據(jù)基坑深度和地質(zhì)情況設(shè)置。也可以采用管井降水方式，此方法需注意降水過程中，應(yīng)采取相應(yīng)保護措施防止管涌惡化。

2.4沉降風(fēng)險對策

如果檢測到建筑物沉降累計值或速率超過預(yù)先設(shè)定警戒數(shù)值，要求施工單位采取相關(guān)措施，常用的方法如預(yù)埋袖閥管注漿法，就是在施工開始前對基坑發(fā)生沉降影響范圍內(nèi)的重要建構(gòu)筑物，采用鉆孔工藝安裝袖閥管，如果發(fā)現(xiàn)有沉降現(xiàn)象立刻啟動袖閥管注漿，以此措施進行補救。也可以利用鋼托架和千斤頂?shù)瘸辛ぞ哌M行臨時支頂。同時周圍建筑物發(fā)生地表沉降現(xiàn)象時，應(yīng)查明沉降范圍區(qū)域是否有溶土洞存在，如果有，則要進行注漿加固工藝。

3項目案例

3.1工程概況

學(xué)清路站位于學(xué)清路與月泉路交叉，地鐵站采用兩層三跨鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，總建設(shè)長496.9m，結(jié)構(gòu)采用明暗結(jié)合施工方式，兩端為明挖，中部為暗挖。兩端明挖圍護結(jié)構(gòu)為地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐體系。地鐵站主體基坑圍護結(jié)構(gòu)采用800mm地下連續(xù)墻+鋼管支撐的圍護體系。北基坑盾構(gòu)段設(shè)4道支撐（準(zhǔn)800×16mm），北基坑暗挖段設(shè)4道支撐，北基坑其余部分設(shè)3道支撐；南基坑盾構(gòu)段設(shè)4道支撐，其余部分設(shè)4道支撐。第一道鋼支撐間距為6m，其余支撐間距為3m。南北基坑兩端位置設(shè)立設(shè)置準(zhǔn)800mm立柱樁，樁長8m，立柱上方設(shè)置格構(gòu)柱，格構(gòu)柱插入立柱樁的深度不小于3m，聯(lián)系梁采用［40a槽鋼，交叉撐采用［20a槽鋼。

3.2基坑施工技術(shù)要點

土方開挖到各層鋼支撐下500mm時及時架設(shè)鋼支撐并施加預(yù)應(yīng)力，開挖至腰梁時，及時操作混凝土腰梁，待混凝土強度滿足設(shè)計要求時，架設(shè)鋼支撐并施加預(yù)應(yīng)力?？v向放坡，可以在坡頂設(shè)置截水溝，防止水流沖刷坡面和基坑外的積水流到坑內(nèi)部。同時要在基坑內(nèi)設(shè)置排水溝，防止出現(xiàn)基坑內(nèi)積水的問題?；訖M向放坡問題，應(yīng)該按照地質(zhì)、環(huán)境等條件設(shè)計安全坡度。對于可能長時間暴露或受暴雨沖刷威脅的縱坡應(yīng)采取整體覆蓋等保護措施，防止縱向滑坡。土方開挖沿縱向的分幅坑底長度應(yīng)嚴格按照方案進行，豎向每層應(yīng)分步開挖，每步開挖高度不得超過2.0m?；邮┕r機械挖掘達到基底標(biāo)高以上500mm后，應(yīng)采用人工開挖的方式挖掘至基底，并及時通知監(jiān)理、設(shè)計及相關(guān)勘查進行驗收，綜合接地后應(yīng)該及時進行封底，避免對基底土的擾動。同時在施工期間加強對基坑穩(wěn)定的監(jiān)控量測，實時監(jiān)測施工過程中可能出現(xiàn)的安全隱患，通過監(jiān)測信息反饋及時調(diào)整施工程序。在土方開挖過程中，應(yīng)密切關(guān)注地連墻接頭處的滲漏現(xiàn)象，如有滲漏水及時采取封堵后方可進行土方開挖。

4結(jié)論

本文主要對地鐵深基坑施工過程常見的風(fēng)險情況進行分析，并結(jié)合了學(xué)清路站基坑開挖施工技術(shù)要點進行闡述。地鐵基坑施工過程中，前期要明確施工過程中可能出現(xiàn)的風(fēng)險，嚴格依據(jù)技術(shù)和施工要求對風(fēng)險進行防范，保障深基坑施工過程順利進行。

參考文獻：

[1]劉翔，羅俊國，王玉梅.地鐵深基坑工程風(fēng)險管理研究[J].施工技術(shù)，2008（7）：11.

[2]李軍軍.地鐵車站土建工程施工風(fēng)險分析與對策[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2017（07）：100-101.

[3]郭乃勝.地鐵施工風(fēng)險源分析及關(guān)鍵控制技術(shù)[D].鄭州：中原工學(xué)院，2017.

作者：冷學(xué)巖 陽進 單位：中交隧道工程局有限公司