基坑工程与地下工程安全及环境影响控制

陈慧旺

摘 要： 随着城市中基坑工程与地下工程的建设规模和建设难度的增大及环境条件的日益复杂化，对基坑工程与地下工程的安全以及其施工过程对环境的影响控制提出了更高的要求。本文对基坑工程及地下工程技术的发展进程进行研究，分析了现存问题，并在此基础上对我国基坑工程与地下工程安全及环境影响控制策略进行了系统总结。

关键词： 基坑工程；地下工程；安全；环境影响控制

【中图分类号】 TU753 【文献标识码】 A 【文章编号】 2236-1879（2018）11-0154-01

在城市用地现状愈发紧张的现实背景下，地下空间的开发也就显得至关重要，并被社会各界广泛关注起来。地下空间可以说也是城市发展中不可或缺的资源类型，关于地下空间的开放也更加深入，推进难度也随之不断增加。在经济发展的过程中，城市交通运行压力也不断增加，这就使得地铁的重要性愈发明显。通过对可靠资源进行研究不难发现，地铁这一交通运输形式已经被拓展应用到各个大城市中，但是无论是在建工程，还是竣工工程，其安全性都是需要重点考量的基准性指标。

一、基坑与盾构隧道工程的发展及现存问题

（一）基坑工程向着深大长方向发展。

在城市发展过程中，城市基坑开挖深度也逐渐增加，部分城市在发展的初级阶段，都不会将基坑深度设置在难度过大的环境中，而随着城市建设规模的不断增加，高层及地铁需求量不断攀升，这就需要对基坑开挖深度进行进一步延伸，，在这一过程中，基坑规模也呈现出了大幅度增长的趋势。

（二）深基坑工程变形控制成为制约性要求。

软土地区的深基坑设计、施工难度大、风险高，对变形控制要求严格。深基坑施工可引起基坑内变形、邻近处变形和区域性沉降。对于地铁、机场、高铁等对环境条件，环境变形的控制要求mm级，传统变形被动控制理论与方法已不能满足mm级控制要求，深大长基坑变形对环境安全影响的mm级微变形主动控制成为新的城市发展及环境下的重大需求。

（三）深基坑工程中的地下水控制成为突出问题。

由于基坑深度的大幅度增加，使承压水控制成为超深基坑分析与设计的一个重要组成部分，有时甚至是制约性的关键问题。国内外已经有不少因承压水引发的坑底突涌或流土引发的工程事故，坑底突涌、流土一旦发生，很难加以控制，其后果很严重。此外，当承压含水层分布厚度加大，及时采用很深的地下连续墙或超深止水帷幕也难以截断时，承压含水层抽水降压对环境的影响及控制就成为一个重要课题。尤其是大城市新区的建设，在一个局部的区域内可同时或先后有很多基坑施工，承压水的大量抽降则可引起区域性的地下水位大幅度下降并引起地层大范围沉降。

（四）基坑的局部破坏、连续破坏及整体稳定问题。

早期基坑开挖深度不大时，基坑失稳机理较为明确。当深度增加至20～30m甚至更深后，软土地区基坑支护体系往往由地下连续墙加多道水平支撑体系组成复杂的结构体系，甚至还有基坑内、外的土体加固。目前基坑基于平面问题的稳定破坏模式显然已经无法反映深基坑连续破坏的特点与机理。有必要对深基坑连续破坏这种重大地下工程灾害的产生与演变机理进行深入研究。

二、基坑工程与地下工程施工安全及环境影响控制策略

（一）基坑沿长度方向上的连续破坏。

大长度基坑发生了一些沿长度方向上由局部破坏引发数十米至一百米以上的连续破坏事故，然而基坑由局部破坏发展为大规模连续破坏的机理却少有研究。国内学者设计了悬臂排桩支护基坑局部支护桩破坏倒塌的模型试验，对局部破坏引发的土压力和支护结构内力变化等规律等进行了研究。结果表明，基坑局部垮塌会引起邻近桩的桩身内力瞬间增大，随后坑外土体滑塌进基坑内，造成邻近支护结构主动区卸载，但此卸荷过程相对滞后。据此，研究人员等提出了荷载传递系数的概念，即局部破坏引起相邻不同位置的其他桩内力的提高倍数，其与邻近桩承载力安全系数的相对大小决定着连续破坏是否能够发生与发展。

（二）漏水漏砂灾害的控制方法。

根据已有事故的工程经验，许多学者提出了灾害治理的应对措施，然而针对具体工程尚应制定具体的灾害预案与治理措施。从漏水漏砂灾害发展机理的角度出发，主要有以下几点措施：第一，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。第二，对土体流失的松动区进行注浆加固，并选用快凝浆液。采取慢凝浆液不仅起不到堵漏的作用，甚至会恶化灾害的发展。第三，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。第四，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。

从工程管理角度出发，主要措施如下：第一，富水砂层中施工具有较高风险，在这类地层中施工要重视其风险控制。第二，保证地连墙或止水帷幕的施工质量。搅拌桩倾斜会降低止水帷幕的止水效果，易引发灾害。膨润土夹层、空气夹层将发展为地连墙的孔洞，施工时应避免。第三，隧道施工过程中盾构机的密封性要反复确认检查，尤其盾尾密封处。第四，施工过程中进行及时的监测与信息反馈。第五，一旦发现漏水点，即使流量很小，应立即采取合理措施进行治理。第六，盾构机的始发和到达具有较高风险，应保证坑外土体加固的质量。

（三）基坑水平支撑体系的连续破坏及冗余度。

传统的基坑水平支撑设计理论是基于构件进行强度设计，难以保证整个支撑体系具有足够的冗余度，从而无法避免水平支撑结构在局部破坏情况下发生连续破坏。本文在对资料进行研究的过程中就发现，国内学者以环梁形式的水平支撑体系为例，设计出不同的環梁支撑平面布置方案，利用离散元软件PFC，通过FISH语言二次开发定义了钢筋混凝土杆件的破坏准则，实现了局部构件破坏时水平支撑结构体系的连续破坏模拟，确定了水平支撑体系的整体破坏荷载。在此基础上，提出了一种考虑水平支撑设计荷载的冗余度评价指标，即综合冗余度因子。

结语：

国内基坑工程和地下工程的稳定设计理论目前仍停留在基于平面问题的假定。大量的基坑工程和隧道工程的事故表明，基坑工程和隧道工程可因局部破坏发展为渐近破坏甚至连续破坏，导致产生大范围的破坏。因此，需发展基坑工程与隧道工程的防止连续破坏的设计理论与方法。目前基坑工程、地下工程施工引发的环境变形及引起的社会矛盾、工程事故仍然较多，复杂环境条件下的隧道工程的设计、施工还需开展进一步的研究。

参考文献

[1] 谢立鹏.浅谈基坑工程与地下工程安全及环境影响控制[J].民营科技，2017（07）：149.

[2] 郑刚，朱合华，刘新荣，杨光华.基坑工程与地下工程安全及环境影响控制[J].土木工程学报，2016，49（06）：1-24.