深基坑工程的环境影响风险因素分析及预控措施

王 军

（1.上海市城乡建设和交通委员会科学技术委员会办公室， 上海 200032；2.上海建瓴工程咨询有限公司， 上海 200032）

0 引 言

近年来，上海地区的基坑工程呈现出“深、大、紧、近”的特点，即：开挖深度深，面积大，紧邻用地红线，近临房屋、管线、地铁等基础设施。加之上海地区深厚软土地层条件，使得深基坑工程成为建设工程中的高风险领域。虽然深基坑工程引发的重大安全事故得到了有效的遏制，基坑工程本身的安全性得到了较好保证，但是由深基坑施工而引发的周边环境影响风险事件却频发。房屋沉降、倾斜、开裂、断水、断电、马路沉陷等，给周边市民的正常生活和出行带来了不便，甚至造成财产损失，产生了较大的社会影响，甚至引发社会稳定的风险事件。因此，针对深基坑工程环境影响风险事件，全面分析深基坑工程各阶段环境影响风险因素，采取针对性预控措施，降低周边环境影响风险，成为深基坑建设、设计、施工、监理等各方高度重视的问题。

1 深基坑工程环境影响风险事件及风险分析

1.1 对周边建筑物的影响

深基坑工程对周边建筑物影响的风险事件通常为整体沉降、倾斜或开裂。建筑物发生整体沉降虽然对于结构没有太大的破坏，但会影响其使用功能，且一旦遇到暴雨天气，极有可能会造成屋内积水。建筑物发生倾斜或开裂致使建筑物遭受破坏，严重的情况下造成危房甚至建筑的报废，产生巨大的经济损失。如果居住建筑、学校建筑发生整体沉降、倾斜或开裂，需要疏散居民和学生，会带来巨大的社会影响，甚至可能由此引发社会稳定的风险事件。由深基坑工程导致周边建筑物损坏的风险事件案例很多，不仅造成极大的经济损失，而且容易造成极恶劣的社会影响。

1.2 对周边管线及地铁的影响

深基坑工程对周边管线影响的风险事件主要是“五大”管线的损坏和断裂。“五大”管线指的是给水、排水、煤气、电信和电力管线，肩负着城市给水、排水、供气、供电、通讯等重要工作。深基坑施工时若措施不当，施工引起管道的附加纵向拉应力超过管体的纵向强度时，会使管道发生开裂、断裂，引发泄露、渗漏，造成质量安全事故。例如：给水管可能引发供水中断和路面塌陷，污水管可能会出现环境污染，煤气管道还可能出现爆炸等事故。类似的事故并不鲜见。

此外，深基坑工程造成的邻近地铁区间隧道结构裂缝、错台、渗漏、管片变形等风险事件也有发生，影响了地铁的正常运营。严重情况下需停运地铁交通进行加固和修复，社会影响巨大。对越江隧道、驳岸、防汛墙、共同沟等的影响风险事件也时有发生。

因此，降低上述环境影响风险，减少风险事件的发生，详细分析引起环境风险的因素是关键，必须采取有针对性的预控措施。一般来讲，环境影响风险事件往往伴随着工程质量安全风险事件而发生。根据笔者多年的参与深基坑工程咨询评审和安全质量事故处理的经验，除了施工阶段的风险因素，在规划阶段、勘察阶段、方案设计阶段也存在引起风险事件的因素。深基坑环境影响风险因素贯穿于规划、勘察、设计和施工各个阶段。

2 常见的环境影响风险因素

2.1 规划方案阶段的风险因素

为了追求地下空间开发的利益最大化，在规划方案阶段，往往对深基坑实施过程中对周边建筑物、管线和市政基础设施的影响风险重视不足，对可能受影响对象的保护要求和影响承受能力，缺少必要的分析和研究。致使地下室结构外边线与用地红线距离非常接近甚至小于规划允许的最小值，开发深度也较大，基坑距离保护对象的距离则更近，甚至有时连围护结构的布置和施工机械的操作都存在困难。增加了设计和施工的难度，深基坑实施过程中对周边建筑物的影响风险不言而喻。

2.2 勘察和环境调查阶段的风险因素

2.2.1 地下障碍物探摸不准

工程建设过程中经常碰到场地中有废弃的工程桩、地下室等情况。若前期勘察没有准确探摸，待围护桩(墙)实施遇到时再行清除，清障引起的土体扰动往往会引发周边被保护对象的沉降、倾斜等，甚至超过开挖造成的影响。例如上海市静安区某基坑工程设计采用地下连续墙围护。周边邻近有地铁区间隧道及老旧的多层居民房屋。地下连续墙施工至东侧遇有 7 根长约 31 m 的废弃灌注桩与其位置重叠。不得已采取拔桩方式处理，导致邻近居民房屋在短期内发生了较明显变形，房屋多处墙体产生贯穿裂缝，结构损坏，多处存在危险点。

2.2.2 周边环境条件调查不深

根据 DGJ/TJ 08—61—2010《上海市基坑工程技术规程》要求，“根据基坑周边环境对附加变形的承受能力确定基坑的变形控制标准”。当基坑周边环境条件没有明确的变形控制标准时，方可参照规程提供的指标确定基坑变形控制指标。实际上，设计往往在没有掌握保护对象详细的调查资料或检测资料的情况下，按照规程提供的环境保护等级进行变性控制，忽略了建筑物既有的沉降和倾斜情况。此外，实际上前期相邻工程施工已经对邻近地下管线产生了较大的影响。由于不掌握情况，在实际施工时，虽然围护结构变形和管线控制变形满足预先估计，而周边管线却产生了开裂、渗漏等现象也时有发生。

2.3 方案设计阶段的风险因素

2.3.1 应对不良地质条件的措施不力

上海地区广泛存在着较厚的砂性土和粉性土。尤其是吴淞江故道区域，普遍存在②3层砂性土层。其渗透性强，对围护桩(墙)的成桩质量有较大的影响，极易发生钻孔坍塌和槽壁坍塌情况。如果设计未采取针对性的确保成桩质量的措施，当开挖深度范围内存在砂性、粉性较重的土层时，发生围护渗漏的概率就会非常高，甚至引发流砂、管涌，威胁周边环境安全。

2.3.2 对“时空效应”的重视不够

基坑工程时空效应虽然在规范中未有明确的定量化要求，但邻近地铁的深大基坑工程的实践证明，将大基坑在邻近地铁区域划分为小基坑，加快施工速度，对控制地铁隧道的变形有很好的效果。由于受制于工程费用和和工期要求，也没有明确的强制要求，深基坑设计往往宁可损坏后修复、赔偿，也不愿分区围护的情况较多，导致深大基坑因施工时间长、坑底隆起大等对周边建筑和管线产生了较大影响。

2.3.3 对施工的可操作性考虑不足

设计往往从围护结构角度出发，按最终状态考虑，忽视深基坑施工过程中的操作性问题。对是否有利于挖土、是否有利于及时施加支撑、是否有利于快速形成垫层等往往考虑不足。认为这是施工的问题，致使施工无法满足设计提出的“严禁超挖、快速支撑、不得大面积暴露”的要求，引发围护结构产生较大变形，造成对周边环境的不利影响。例如上海市长宁区某基坑面积约 15 757 m2，开挖深度约 20 m；坑内沿竖向设 4 道钢筋混凝土水平支撑，东西两侧增加上、下竖向斜撑。由于向下的竖向斜撑既不利于挖土也不利于及时架设，施工时间长且开槽相当于超挖，因此对周边产生了非常大的影响且影响范围超过预期。东侧居民住宅最大沉降34.6 mm，房屋裂缝、裂纹有明显发展，周边水管、煤气管也发生过爆裂现象。

2.3.4 对施工过程产生的变形估计不足

设计阶段根据一些计算分析手段得到的对环境影响的预估经验值，对围护结构变形控制提出了一些要求。由于没有考虑建筑物是否已经存在沉降、倾斜和裂缝情况，提出的建筑物变形控制标准往往比实际承受能力大；而根据上海地区深基坑工程实践经验，设计提出的围护变形控制标准往往比实际产生的变形小。两者叠加，常常发生周边建筑物倾斜、结构开裂的情况，严重的则产生了危险点。

2.4 施工阶段的风险因素

施工阶段的环境影响风险事件与施工安全质量风险事件相伴而生。因此，此阶段的环境影响风险因素也就是质量安全风险因素。对此，上海市地方标准《建筑工程施工质量安全风险管理指南》中有详细的阐述，例如风险事件包括：分槽段壁面大量土体坍方、墙体接头缝夹泥与渗漏、钢支撑失稳、承压水突涌、土体大面积滑坡、基坑底部出现流砂现象、基坑底部土体隆起、清障措施不到位等。同时，对相应的风险预控措施也给出了明确的建议。关于施工阶段的风险事件案例众多，在这里不作一一详述。

3 环境风险预控措施

3.1 综合统筹规划地下空间开发利用规模

在项目规划阶段，对地下空间的开发利用，除了项目自身的功能需求和地下空间的有效利用外，尚应结合周边的环境条件、现有工程技术水平、社会稳定风险等因素，综合考虑地下空间的开发深度和面积。对于重要的市政基础设施，包括轨道交通、越江隧道、电力隧道、共同沟等，应征询相关权属单位的意见，明确保护要求；对于周边建筑，尤其是居民区、学校、医院等敏感建筑，可结合社会稳定风险评估，确定深基坑与周边环境的距离及邻近保护对象一侧的开挖深度，进而为后期设计和施工降低风险创造条件。

3.2 开展深入细致的环境调查和评估

在工程的前期阶段，对周边房屋、管线和市政基础设施开展深入细致的调查，并对保护对象的现状情况进行评估。对于调查范围，应结合深基坑工程的开挖面积和深度确定。一般要求在开挖深度的 2～3 倍的范围；对于开挖面积大、深度深的基坑宜扩大到 4 倍于开挖深度的范围。对于调查内容和深度，除了位置、基础和结构形式、相互关系外，对重要性程度、邻近区域先期的建筑活动等，要依据基坑的环境保护等级及周边房屋、设施的重要程度而有所侧重，但至少应对周边房屋已有的沉降、倾斜和裂缝情况进行调查和检测。根据《深基坑工程技术规程》要求，对于优秀历史建筑，尚应进行结构质量检测和鉴定。

根据调查结果，建设单位、设计单位和保护对象的权属单位应共同对被保护对象承受基坑影响的能力进行评估。必要时可邀请相关领域的专家参与评估，进而为工程设计人员确定深基坑变形控制标准，以及是否采取相应的保护措施提供依据。

此外，在前期阶段，应调查清楚邻近区域是否存在多个基坑工程，协调相互的施工顺序和各自需要采取的工程技术措施。避免先施工的基坑完全不考虑后者，后者也不考虑前期已有的影响，而导致后续深基坑的环境影响风险增大、矛盾增加的情况发生。

3.3 采取安全可靠、技术先进的方案

在规划确定的地下空间开发条件、主体结构的设计要求以及前期环境调查和评估的基础上，设计应采取安全可靠、技术先进的方案。一是对深基坑工程实施产生的变形应有充分的估计，适当提高深基坑变形控制标准，不能以不发生坍塌事故作为风险防范的标准。例如对于周边无桩基的浅基础民房、医院和学校建筑等，按重要建筑考虑保护等级。二是采取扰动小、质量得到保证的先进的施工工艺和设备。如在砂性地层中，采用全回转 CD 机施工灌注桩、铣槽机施工地下连续墙；变形控制度极高的工程采用伺服式支撑系统等。三是认真对待时空效应。在邻近保护对象一侧，可将深大基坑分区围护成利于快速施工的小基坑。四是采取必要的主动保护措施。如加深隔水帷幕隔断承压含水层，在深基坑和保护对象之间设置隔离桩(墙)，事先对建筑物进行桩基加固，施工过程中重要管线要挖出并做悬吊保护等。五是设计应充分考虑施工可操作性和便利性问题。六是充分运用专家资源，通过专家在工程实践中的经验，为设计方案选择、技术应用和保护措施等提出意见和建议。

3.4 确保施工质量

如前所述，深基坑工程施工过程的中的质量安全风险事件，往往会导致环境影响风险事件。因此，针对可能发生的安全质量风险事件，采取针对性的预控措施，也是降低环境影响风险的预控措施。上海市地方标准《建设工程施工质量安全风险管理指南》中有详细的阐述。例如对基坑开挖过程中大面积滑坡的风险事件，指南中给出了 6 点预控措施，即：边坡的斜率必须依据边坡土体的实际物理力学指标和特性进行稳定计算而定；确保降水的实施质量，使水位降至预定的要求；土体加固严格按设计要求实施；在影响边坡稳定的范围内，不准进行其他施工作业，避免由于施工作业而扰动边坡的土体；一般不在影响边坡稳定的范围内堆载弃土；可采取地基加固技术措施，改良边坡土质。

3.5 准备针对性应急预案

任何风险预控措施也难以完全避免风险事件的发生。因此，需要针对工程特点和周边环境特点，根据事先分析的风险因素和可能的风险事件，准备针对性的应急预案，以便在风险事件发生时能及时启动，来降低风险事件的进一步扩展，将风险事件产生的环境影响降低到最小。

4 结 语

上海地区的深基坑工程引发的环境影响风险问题，总体上呈现越来越突出的趋势。通过深刻认识环境影响风险事件，深入分析规划、勘察、设计、施工各阶段的风险因素，做好各阶段风险评估，采取针对性的预防控制措施，保证投入。加之技术的进步，深基坑工程引发的环境影响风险问题将会得到有效的控制，社会稳定的风险也将降低到最小。

[1]刘国彬,王卫东.基坑工程手册(第二版)[M].北京：中国建筑工业出版社,2009.

[2] DG/TJ 08—61—2010,深基坑工程技术规程[S].