复杂环境条件下大型异形超深基坑施工风险分析及控制对策

上海市基础工程集团有限公司 上海 200002

1 工程概况

昆明市轨道交通首期工程2号线与3号线工程换乘车站文化宫站，位于北京路与东风东路十字路口下，2号线与3号线之间设置联络线（图1）。2号线车站为地下2 层岛式车站，外包长度249.6 m，外包宽度22.7 m；3号线车站为地下3 层岛式车站，外包长度307.6 m，外包宽度22.9 m。车站基坑占地面积约2 万m2，整个异形基坑整体开挖。车站主体围护结构采用地下连续墙，坑内深浅坑采用排桩及落地墙围护，开挖采用半盖挖法施工，2号线开挖深度一般为16.58 m，最深达18.18 m，3号线一般开挖深度为23.56 m，最大开挖深度达25.30 m。

图1 车站平面布置

2 基坑环境分析

（a）本工程比较典型的地质情况为：①1粉质黏土、③2黏土、③4泥灰质土、③5圆砾、③7粉砂土、③8粉土。

（b）勘察期间于钻孔内测得两稳定地下水位：混合水位及圆砾③2层潜水水位。本段历史最高水位为现地表下约2 m；盘龙江距本线位段较近，与本场区地下水位有联系。

（c）本站地处昆明市2 条主干道交叉处，交通通行压力大，施工的同时又要保证道路通畅，根据交通组织，需要以北京路、东风东路十字路口为界，将车站划分成若干区域进行分阶段施工，翻交次数较多。采用局部半盖挖法就是考虑确保交通不能中断的需要。由此造成施工场地狭小（最窄的场地宽度只有17 m），并且变化较多。

（d）车站主体两侧建筑物众多，基坑距离周边建筑物很近，最近距离仅2.5 m，且部分建筑物的基础形式比较差，建筑物保护要求高。

（e）该车站施工范围内北京路上地下管线错综复杂，既有管线与新建管线形成了密集的地下管网；东风东路的东西向管线与北京路的南北向管线在十字路口交汇，使得十字路口处的管线呈现蜘蛛网状分布。

3 基坑施工存在风险分析

3.1 围护结构施工质量难以控制[1,2]

（a）圆砾层存在，且分布不均，厚度变化大，容易产生坍方、漏浆等问题，进而影响地下连续墙施工质量。

（b）基坑形状为异形基坑，圆弧段较多，且圆弧段均采用锁口管接头，地下连续墙接头施工质量难以保证。

（c）受管线迁改及交通翻交影响，围护结构施工阶段较多，且各阶段之间施工时间间隔较长，导致围护结构新老部位接头多。

（d）受交通环境制约，混凝土早晚高峰期不能供应，可能造成无法及时浇筑混凝土或混凝土浇筑中断。

（e）大部分导墙位于原市政管沟上，土质较松，处理不好易产生坍方，导墙坍塌等事故，影响围护结构的施工质量。

3.2 周边建筑保护难度大

基坑周边的建筑物中，震庄宾馆为云南省国宾馆，主要接待高层领导，目前尚未进行开挖，房屋已经出现明显裂缝；电信大楼为文物保护建筑，年代久远，基础形式差；中方大厦高度较高，但基础形式仅为3 m深的筏板基础，无桩基。因此，对建筑物保护难度非常大。

3.3 管线保护难度大

基坑周边管线纵横交错，种类繁多，且很多已经年久老化，容易变形损坏。新改迁的管线虽迁出基坑范围，但是由于空间的限制，新迁的位置距离基坑非常近，施工场地内管线分布零散，场地内重型设备较多，稍有疏忽，则可能造成管线损坏。

3.4 基坑降水风险大

昆明地区开挖如此面积和深度的深基坑尚无前例可以借鉴，在深基坑降水方面也无任何经验可以参考。本基坑周边还有盘龙江和震庄宾馆人工湖存在，和坑内存在什么样的水利联系尚不可知。圆砾层及硬度较大的粉土层也都将对降水方案的设计及降水效果产生影响。周边环境如此复杂，开挖大面积异形深基坑的基坑降水风险很大。

3.5 半盖挖区围护结构应急抢险困难

本工程为了确保道路通行不受影响，设计采用了半盖挖施工，盖挖区顶板上用于道路通行。这就造成了盖挖区下的围护结构在基坑开挖时处于通行道路之下，一旦发生涌水涌砂情况，受交通通行及管线限制，应急抢险将非常困难。

3.6 异形基坑，深浅坑开挖风险大

本基坑开挖面积大，基坑形状不规则，支撑体系复杂，基坑开挖变化多，而且存在深浅坑开挖问题。设计工序为先浅后深，即浅坑施工完底板后再开挖深坑，且联络通道开挖深度为连续坡度，深浅坑间隔围护为落低排桩，容易发生渗漏情况，将对浅坑底板质量产生影响。

3.7 开挖顺序、进度协调难度大

本基坑为整体开挖，根据支撑体系布置情况，开挖时将由东南西北四个方向向基坑中部同步开挖。但这几个开挖区域又被盖挖顶板上的通行道路分隔开，开挖过程必须协调好各开挖区的进度，避免由于个别区域开挖速度快而旁边区域未能及时跟上开挖速度，造成基坑开挖放坡面过陡或坡顶荷载过大的情况。

3.8 支撑体系施工难度大，质量要求高

基坑支撑体系采用钢支撑与混凝土支撑结合体系，其中，混凝土支撑体系中的格构柱采用的是钢管柱，必须通过法兰进行节点传力连接，施工难度较大，质量难以控制。在联络通道弧线段围护结构上，钢支撑与围护结构为非垂直关系，受力不合理，这对钢支撑施工质量要求很高。

4 基坑施工风险的控制对策

4.1 严格控制各工序施工质量

（a）导墙施工时，如果遇到市政管沟，必须将管沟全部挖除，必要时进行回填后再施工导墙[3]。同时，根据导墙底部土质情况及本段地下连续墙的接头形式，综合确定每一段导墙的深度，确保导墙具有足够的承载力。

（b）围护结构施工时，除了一般施工中对施工质量有影响的因素必须严格控制，针对本项目特有的可能影响围护结构施工质量的因素也必须有对策：

第一，对成槽至圆砾层后，必须增加对槽段深度及泥浆高度及时跟踪测试，发现异常，必须及时采取补浆等措施，坍方严重时，必须及时对槽段进行回填。

第二，对于盖挖区采用的H型钢接头进行改进，确保接头施工质量。

第三，对于圆弧段锁口管接头，增加接头的刷壁次数，严格刷壁质量验收，确保合格后方可下放钢筋笼。

第四，对于混凝土供应不及时问题，首先尽量调整施工时间，使浇筑混凝土时间尽量避开早晚高峰；确实无法错开高峰期浇筑的情况，需要做好材料计划，在高峰期之间需要准备一定的混凝土余量，并且放缓浇筑速度，确保槽段混凝土不凝固，并控制好导管的振捣和提拔。

（c）围护结构施工完成后，尤其是处于盖挖区顶板下部的围护结构，要及时进行质量分析，各项数据反映质量存在问题的，及时采取补救措施，不可抱任何侥幸心理。

（d）所有围护结构新老接头部位、圆弧段接头部位，尤其是处于盖挖区顶板下部的围护结构接头，开挖前全部进行止水补强，确保万无一失。

（e）支撑施工时，混凝土支撑与钢管柱连接节点必须严格验收，所有的焊接必须合格；圆弧段钢支撑架设完毕后，必须在钢支撑与围护墙的角度空隙内填充细石混凝土，待混凝土达到强度后方可继续开挖。

4.2 进行科学的降水试验[4,5]

本基坑的复杂性，对降水试验提出了很高的要求。鉴于此，本工程进行了科学的降水试验，主要对围护下部未封闭承压含水层③3粉砂含水层进行研究，进而为降水方案优化设计提供依据。

4.3 加强基坑监测工作

首先，必须制订完善详尽的监测方案，合理布置监测点，尤其是周边的房屋建筑，必须进行针对性的布点，使其切实能反映房屋建筑的变形，并确定各阶段的监测报警值和监测频率。其次，在施工中必须注重监测点的保护工作，以免损坏监测点，影响到数据收集；第三，时刻关注周边环境的变化，对监测报表进行分析研究，遇有监测报警或异常情况时，须立即采取应急措施，将险情杜绝，确保基坑的安全。施工有必要时，要及时加大监测频率，及时进行数据分析，以监测信息指导施工。

4.4 细化管线管理工作

由于管线与本工程基坑关系密切，一旦管理不善发生管线事故，不但影响工程推进，造成经济损失，严重者会危及基坑安全，因此必须细化管线管理工作。

制定专人进行管线管理，加强与管线单位的沟通，熟悉管线情况。管线迁改后，对新设线路，须进行准确定位，以便后期需要时，能够迅速将管线定位。建立管线管理档案，及时收集整理各种管线信息。

4.5 动态跟踪开挖，综合协调进度

本工程对基坑开挖风险大，协调难度大的风险采取了如下应对措施：

（a）制定全面系统的基坑开挖方案，做好专家评审工作，及时进行安全技术交底；

（b）加强工序管理与衔接，遵循时空效应，控制变形。基坑开挖期间是车站位移变化最为敏感的时间段，车站基坑开挖严格按照“时空效应”的理论，分层分段施工，并要随挖随撑。由于浅坑底板作为深坑开挖支撑体系的传力结构，因此，在浅坑底板形成并达到强度之前，深坑区域靠近围护结构侧土方不能挖除，仅可挖除浅坑底板施工所需部分的土方，并确保土方放坡安全；

（c）每天召开开挖例会，切实落实挖土令制度。

5 风险控制效果分析

通过严格控制围护结构施工质量，基坑开挖过程中未出现涌水涌砂情况，仅出现个别渗水情况。围护结构的良好质量确保了基坑开挖安全。

由于管线均距离基坑太近，部分管线沉降测点达到报警值（－20 mm），大部分测点的绝对沉降量在－5～－30 mm之间，报警率约12.5%。但通过对管线的细化管理，基坑开挖后至工程完工，未发生管线事故，管线得到了较好的保护。

监测数据显示，在挖土施工期间周边建筑物虽有一定量的沉降，但总体变化不大，变形比较平缓，没有突变的趋势，相邻点差异沉降不是太大，总体来说基坑施工对周边建筑物的影响在可控范围之内。

监测数据显示，基坑开挖过程中墙体位移最大值约为45.40 mm，大部分墙体位移测点的最大位移值为20～40 mm，部分超出35 mm的报警值，墙体变形控制较好。

6 结语

目前一些新建地铁的城市，其地铁车站站位往往位于主城区，深基坑施工面临的环境往往是非常复杂的。而基坑开挖又是地铁建设过程中极易发生事故的阶段，结合基坑周边环境特点对其进行风险分析和控制相当必要。以上针对地铁车站深基坑的环境特点，进行环境条件及风险分析，并提出一系列施工风险控制应对措施，可供其他工程借鉴。