邻近运营地铁线路深基坑施工安全风险研究

2021-01-06武赞福

河南建材 2021年7期

武赞福

兰州市轨道交通有限公司（730000）

1 工程概况

兰州市轨道交通1 号线一期工程沿线站点附属人防工程西关什字站土建施工项目西起西关清真大寺东侧30 m 处，总建筑面积为65 170 m2。工程所处临夏路、中山路，交通量较大、人流密集。深基坑围护结构形式采用咬合桩加内支撑，主体结构为两层多跨矩形框架结构，施工用明挖顺作法。工程1～26 轴及1#、9#出入口位于文化宫-西关站盾构区间隧道正上方，工程结构底板底与既有文西区间隧道顶之间的最小间距仅为5 200 mm。

1）地质情况:查阅地质勘查报告，工程项目的地层从上至下分别是第四系全新统人工填土、冲积黄土状粉土、卵石土（含中粗砂透镜体）及上第三系砂岩等。

2）水文情况:勘察期间，该项目地下水位在地面以下6.00～10.00 m，属第四系孔隙潜水类型。

2 安全风险识别

设计图纸和施工方案显示，本工程支护结构采用 Φ1 200 mm、Φ1 000 mm 和 Φ800 mm 的围护桩，施工期间进行基坑外管井降水，桩间挂Φ8@200 mm×200 mm 的钢筋网，喷射 150 mm 厚混凝土，钢筋网和围护桩通过植筋连接；基坑设三道钢支撑。基坑土方开挖按照“分层、分段、分区域”原则，“先支后挖”。区间管片正上方基底土体采用注浆加固，主体结构按照开挖“分段、分区域”原则交替施工，同步、及时加载反压措施。

本项目施工主要包括支护结构、基坑降水、基坑开挖、基底加固、防水施工、主体结构施工及堆载反压、车坑回填、道路恢复等工序环节。

通过查阅文献资料、研究设计图纸和施工方案，并咨询专家意见，对本工程主要工序环节存在的安全风险进行识别。本工程存在以下风险:

1）钻孔灌注桩超挖、钻孔灌注桩塌孔是基坑维护结构施工中存在的主要风险。设计钻孔灌注桩桩底距管片顶的间距只有2 000 mm, 钻机施工过程，孔底高程控制不到位、超挖会造成管片穿孔风险。钻孔过程中泥浆护壁措施控制不到位会造成塌孔，进而引起周边地层变化，造成运营风险。

2）深基坑降排水期间存在过度抽排方面的风险。深基坑降水过度抽排造成周边整体水位下降，水位过低会造成既有线路下沉风险。

3）区间管片上方基底土体注浆加固存在区间管片偏移、渗漏两方面风险。为防止区间管片上浮，对既有区间左右线分别进行加固，水平方向为单线隧道开挖轮廓线以外2 000 mm 内范围，主体结构底板基底以下2 000 mm 范围。在土体土方注浆加固时，注浆压力、钻孔角度和深度控制不到位，将会造成区间管线偏移、管片渗漏及管片穿孔三方面风险。

4）基坑开挖存在土方超挖和管片上浮风险，支护不及时会引起支护结构失稳风险。

5）主体结构施工时存在区间管片上浮风险。基坑底部与距管片顶部之间的覆土只有5 200 mm厚，设计将主体结构划分成12 段24 个区域，采用先后分别施工的方式。主体结构底板一边分区域施工，一边及时采取反压措施。反压措施不到位、施工效率低等将造成基底及区间管线上浮风险。

综上所述，本工程5 道主要工序存在9 个方面的风险。

3 安全风险分析

文章采用风险矩阵分析法对风险进行分级。风险的数学表达式为R=L×S，其中:L 为发生事故的可能性，S 为发生事故的损失程度。风险分为4 类，分别为巨大（9）、重大（6-8）、中度（3-5）、轻度（1-2）。

对本工程邻近运营地铁施工中存在的风险进行矩阵分析，工程施工中有巨大风险2 个、重大风险5 个、中度风险2 个，其中:基坑开挖超挖造成管片上浮、底板反压措施不及时造成管片上浮是巨大风险，钻机桩超挖造成管片穿孔、过度抽排造成地铁区间下沉、在土体土方注浆加固造成区间管线偏移、管片穿孔、围护结构失稳造成管片偏移是重大风险，土体注浆加固过程中造成区间管线渗漏水是中度风险。

4 安全风险应对

4.1 钻孔桩超挖造成管片穿孔重大风险应对措施

钻孔灌注桩桩底与管片顶的间距只有2 000 mm，如果钻机施工过程中孔底高程控制不到位、超挖，将造成管片穿孔。首先，钻孔灌注桩施工前必须编制安全防护专项施工方案；做好设备选型工作，优先选用适合本工程地质情况且施工工效高、震动小的钻机；做好对施工人员、技术管理人员的技术及安全交底工作。其次，钻孔前的放样要精准，要严格控制护筒的埋设位置、标高，钻机要准确就位。再次，严控孔底标高，钻孔前先测算出孔深，在钻孔过程中对所有孔桩深度用测绳实测复核，既有区间（营业线）区域在距离桩底4 m 时，每一钻尺均应实测深度。最后，要编制管片穿孔应急措施。

4.2 钻孔塌孔引起周边地层变化中度风险

钻孔过程中泥浆护壁措施控制不到位造成塌孔，从而引起周边地层变化、管片浮动偏移。针对该问题，首先要严格按照审批方案施工，严控泥浆比例及标高。其次，钻孔桩成桩后要及时灌注混凝土；但在灌注过程中，除首盘混凝土满足封底要求外，要减低灌注速度，避免混凝土冲击力对周边土体的影响。再次，加强既有区间自动化监测，做好施工监测工作。本工程区间监测采用自动化监测，同步增加人工现场巡查频次，确保施工运营安全。最后，要编制塌孔应急措施。

4.3 过度抽排造成地铁区间下沉重大风险

深基坑降排水时过度抽排会造成周边整体水位过低，导致既有线路下沉。针对该问题，首先，要编制基坑降水工程安全专项施工方案，严格按照论证、审批过的方案实施，做好技术交底工作。其次，基坑降水除严格按照方案交底执行外，要做好24 h观测，做好备用电源准备工作；如遇电网停电，应立即切换电源，以保证降水效果。再次，对既有区间管片采用纵向连接施工。为增强区间隧道纵向连接刚度，限制局部错台，施工前在基坑下方及基坑外50 m 范围内的盾构隧道内增设纵向拉紧条。纵向拉紧条采用10 mm 厚钢板加工而成，利用管片间既有U型螺栓将拉筋条安装加固，拉紧条安装后管片连接螺栓必须拧紧，达到管片设计扭力，严禁损坏管片螺栓丝扣，安装拉紧条后要求外露足够丝扣。螺栓紧固后用红色油漆进行防松划线，要求划线清晰整洁，便于后期巡视时检查。最后，要做好深基坑降水应急措施。基坑降水引起周边地表沉降问题的处理:在基坑周边设置观测点，随时观察、监测地表沉降情况，有异常情况及时研究解决。

4.4 土体土方注浆加固造成区间管片偏移重大风险

在土体土方注浆加固时，注浆压力控制不到位造成区间管线偏移。针对该问题，首先，要编制注浆加固安全专项施工方案，并严格按照审批方案实施，做好技术交底工作。其次，注浆过程中严控袖阀管注浆浆液类型及注浆参考参数；施工时，其实际注浆形式、相应注浆段长度、注浆浆液配合比、注浆压力、注浆时间等应根据现场实际地质、地层情况，通过现场试验确定。最后，要编制区间管片应急措施。

4.5 土体注浆加固造成区间管线渗漏水中度风险

在注浆加固管片上方土体的过程中，造成区间管线渗漏水。针对该问题，首先，要严格按照安全专项施工方案实施，做好技术交底工作。其次，调整注浆加固施工时间，选择运营停止、检修时段进行管片正上土体注浆加固，期间安排专人区间盯控，做好对接联系工作。最后，制订既有区间渗水应急措施，对区间出现的新增渗水点进行登记和标识，分析其是否对运营区间线路造成安全隐患；发现新增渗水点应先上报运营产权单位，并根据区间渗水情况、结合上方基坑施工情况制定处理方案，如果渗水呈“一滴滴”或“一片片”状态，先对渗水点进行封堵并观察，过程中加大观测频次。

4.6 土体注浆加固造成钻孔管片穿孔风险

土体注浆加固过程中，钻孔角度、深度控制不到位造成管片穿孔。针对该问题，首先，要严格按照审批过的施工方案实施，对技术管理人员、操作人员做好技术交底及安全技术交底工作。其次，调整作业时间，选择停止运营、检修期作业。再次，严格控制钻机开钻角度，钻进过程中每加一次钻杆应校核一次钻进角度，在距孔底标高4 m 处，每进1 m应校核一次角度及孔底深度。最后，编制应急处置措施。

4.7 基坑开挖超挖，造成管片上浮巨大风险

基坑底部距管片顶部覆土只有5 000 mm，深基坑开挖时预留土体不足、反压措施不到位造成管片上浮。针对该问题，首先，要编制基坑开挖安全专项施工方案，并严格按照论证审批过的方案实施，做好技术交底工作。其次，基坑土方开挖严格遵循“分段分层、由上而下、先支撑后开挖、先中间、后两侧、主体结构紧跟”的原则，采取明挖法，严禁超挖。最后，制订管片上浮与坑底隆起的应急措施。

4.8 围护结构失稳造成管片偏移重大风险

基坑支护不及时、围护结构发生位移、基坑失稳造成管片偏移。首先，要严格按照设计的基坑支护方案施工，加强基坑支撑体系施工管控工作。其次，要加强基坑及周边环境变形监测工作，及时对监测数据进行对比分析，发生预警及时处理。最后，要编制围护结构位移过大应急措施及支护结构失稳应急措施。

4.9 底板反压措施落实不及时造成管片上浮巨大风险

基坑底部距管片顶部覆土只有5 000 mm，设计将主体结构划分成12 段24 个区域，先后分别施工。主体结构底板一边分区域施工，一边及时采取反压措施。反压措施不到位，施工进度缓慢等将造成基底及区间管线上浮。针对该问题，首先，要编制结构反压安全专项方案，并严格按照论证审批过的方案实施，做好技术交底工作。其次，备足反压材料，按照设计及论证工序完成一块区域底板后应及时堆载反压材料，然后再开挖施工另一块。同时，要加快施工速度，提高施工时效，以缩短风险暴露时间。最后，要编制既有区间上浮应急措施，根据已专项交底的预警值和控制值标准，当临近或已到预警值时应立即停止基坑开挖或停止结构施工。根据反压堆载措施，结合设计交底和监测反馈数据及时对涉及风险区进行堆载，堆载数量以监测数据是否稳定为基准，防止出现超压现象。立即加设基坑内、外沉降监测点，以增加区间自动化监测数据采集频次。