浅谈基坑工程与地下工程安全及环境影响控制

2016-04-14林伟明

地球 2016年12期

关键词：灾害基坑注浆

■林伟明

（广东省地质局第一地质大队广东珠海519002）

浅谈基坑工程与地下工程安全及环境影响控制

■林伟明

（广东省地质局第一地质大队广东珠海519002）

近年来城市中基坑工程与地下工程建设规模和建设难度的增大和环境情况变得越来越复杂,对基坑工程与地下工程的安全以及其作业过程对环境的影响控制的要求也越来越高了。本文对基坑工程和地下工程作业造成的环境破坏及造成的灾害进行了分类;并提出了一定的控制建议。

基坑工程安全环境

1 引言

90年代以来，我们国家对地下空间的利用情况的关注度有了更多的提高。地下空间己被视为地区发展的关键资源，区域内地下空间利用正逐渐向更深的地下空间推进，特别是地铁和超高层建筑的建设。特别是以地铁为主的城市轨道交通是城市可持续发展的重要需求。

2 基坑工程与地下工程安全问题分类

根据对国内外基坑工程、地下工程施工引发的变形对环境产生的影响、基坑工程与地下工程自身的稳定与安全问题的系统分析，提出了可将其分为施工引发变形极其环境影响、水土流失引发的灾害、局部破坏与连续破坏三类。三个安全问题对应的现有的分析理论与方法分析如下:

2.1 第一类

指城市地下工程作业建造、运营过程产生的变形及引发的环境破坏与灾害。对于变形问题，常规的基坑工程与地下工程分析理论与方法、本构模型、渗流与固结理论、数值分析均适用。

2.2 第二类

指基坑工程与地下工程建造及运营过程引发的水土流失、土层空洞、局部土层塌陷、环境影响与灾害。对于第二类问题，由于涉及到水、土、土的相互作用及水、土的强祸合问题，常规的基坑工程与地下工程分析理论与方法、现有的本构模型、渗流与固结理论、数值分析均不适用。

2.3 第三类

指土体局部剪切破坏、支护结构局部破坏引发基坑、隧道局部破坏以及局部破坏引发的城市地下工程的坍塌与连续破坏。

3 基坑工程的控制

3.1 基坑降水引起的变形及控制

控制降水引起变形的回灌主动控制技术，近年来，回灌被作为控制降水引起变形的主要方法之一。有学者在隧道和基坑间建造了回灌井进行地下水回灌，通过回灌，基坑建设和降水导致的坑外土体变形被很好的限制，沉降速率显著减小。这一实验证明了回灌对于降水引起基坑变形有很大作用。

3.2 基坑施工引起地下隧道的变形控制

3.2.1 隔离桩控制

隔离桩是控制基坑或隧道作业对邻近建(构)筑物破坏的被动控制技术，用于隔离软土地基大面积荷载下的应力传播从而降低对周边的损坏。在基坑围护装置和隧道间合理设置隔离桩，能有效地减小基坑施工造成的坑外土体变形传递，进而达到控制基坑施工对邻近既有隧道的变形影响。

通过相关文献指出，隔离桩在阻止外部土壤、隧道平行移动时还有着隔离效果与牵引的意义，当牵引效果明显时，隔离桩就能够引起相关深度区域内土壤和隧道的平行移动。基坑施工的卸荷效应可以出现坑外位移波动区，当隔离桩桩身大部分处与该位移影响的区域里的时候，隔离桩的牵引效果最为明显。而埋入式隔离桩，如果改善桩顶埋深、桩长，能够降低他的牵引效果更多的表现出它的隔离效果，并降低隧道平行移动。同样背景下，隔离桩离隧道越短时隔离作用越明显。

3.2.2 隧道内注浆主动控制

在隧道内进行微扰动袖阀管注浆，作为对隧道不利变形进行纠偏的有效手段，在上海地区的隧道病害治理中得到了一定程度的应用。

注浆初期主要影响管片转动，显著减小隧道接头张开量;随注浆量的增加，隧道横向收敛显著减小，但注浆引起的接头错台量和隧道侧向位移则不断增加。

3.2.3 基坑外注浆控制技术

针对基坑开挖引起的基坑外隧道向基坑方向的位移，当被动控制措施不能有效控制既有隧道变形时，可在基坑与隧道之间设置竖向袖阀管注浆，通过注浆产生的水平向和竖向力，可使强迫隧道发生设定的水平向及竖向的位移，从而起到控制基坑施工引起的基坑外隧道变形。

3.3 基坑工程连续破坏的控制设计方法

基于连续破坏模拟分析及典型基坑坍塌事故分析，初步提出了如下增强基坑支护结构体系冗余度的防连续破坏设计方法。

（1）增加传力路径:通过支护结构的合理布置及设计，增加支护体系的传力路径;（2）间隔加强法:针对性设计对围护桩(强)、支撑体系每隔一定距离设置加强单元;（3）保证节点强度:通过加强支护结构连接节点的强度，提高支护体系的整体性和鲁棒性;（4）保证延性:保证支护结构的节点和构件均具有足够的延性;（5）增强横向连续性:可以安装具备一定强度的梁体来提高支护结构水平角度上的冗余度，该特征在支护组织平面外形是外凸形或者是阳角时更为明显;（6）加强关键构件:加强对关键构件的设计，使其具有更高的强度与延性。

3.4 盾构法隧道施工引起变形控制

有研究表明在其他施工工艺基本一致的前提下，提高盾构掘进速度和降低停机时间有利于对地面沉降的控制。

3.5 盾构隧道连续破坏的控制

（1）防止局部破坏发生:在隧道易发生局部破坏的区域，对盾构隧道管片连接螺栓进行加强;对易破坏区域的隧道外土体进行加固;对易破坏区域在隧道内设置临时加固措施等。（2）控制局部破坏发展范围:在邻近易发生连续破坏区域设置若干环加强环，防止局部破坏一旦发生可将其控制在局部破坏范围。（3）防止连续破坏:在易发生局部破坏区域外，每隔一定距离设置隧道加强段，控制连续破坏发展范围。

3.6 地下工程漏水漏砂灾害的控制

（1）控制孔洞或缝隙的发展。对于地铁隧道来说，应控制管片接缝的张开量;对地下连续墙来说，应控制孔洞的持续发展。（2）对土体流失的松动区进行注浆加固，并选用快凝浆液(例如水泥水玻璃双液浆)。采取慢凝浆不仅起不到堵漏的作用，甚至会恶化灾害的发展。（3）坑外快速降水是控制灾害发展的一个方向，此措施的关键在于降水速度。（4）在上述措施失效后，向地下结构中灌水是控制灾害发展的最后的选择。