地铁深基坑施工风险及控制措施研究

2021-04-10朱小军

工程技术研究 2021年13期

朱小军

中铁二局第一工程有限公司，贵州贵阳 550000

1 地铁深基坑施工存在的风险

1.1 围护结构渗漏水风险

广州地铁明挖基坑常见的围护结构形式主要为地下连续墙和钻孔桩+旋喷止水桩两种。两种支护形式虽然存在不同，但是其渗漏水的核心问题均是围护结构本身存在质量缺陷，在外界条件的诱因下造成的渗漏水情况较多。围护结构的施工主要是靠泥浆护壁成孔，泥浆浓度过大，会造成混凝土灌注困难，存在断桩（墙）的风险；泥浆浓度过小，会引起桩（墙）壁在重力和水土压力不断平衡的情况下塌陷，围护结构的质量控制较困难。同时受施工工艺和目前的技术条件限制，连续墙（桩）均采用分幅施工，基坑存在大量的连续墙（桩）接头。以连续墙为例，目前常用的接头主要有工字钢接头和套铣接头，因套铣接头施工成本贵，在施工时通常选用成本相对低廉的工字钢接头，而工字钢接头在一期槽段施工过程中，需先采用沙袋等回填，二期槽段施工时，将沙袋等杂物用专用刷壁器冲刷干净。刷壁的质量与各施工人员的经验和责任意识有关，若接头施工质量参差不齐，则存在渗漏水的隐患。特别是在地下水位高、砂层较厚或存在深厚淤泥层等不良地质情况下，渗漏水问题更为明显。

1.2 坑内边坡滑塌风险

广州市属于沿海城市，区域广布海陆交相淤泥质土、砂层等不良地层，地质变化起伏，各类地层复杂交错布置，这些地质条件和环境给深基坑的开挖带来了较大挑战。首先，现有广州地铁建设大部分在老城区内，施工场地十分狭小，受出土效率和施工时间限制，不可避免在基坑边进行大量临时堆载和机械摆放施工，增加了因边坡超载引发的边坡坍塌的风险。其次，地下各类复杂交互地层下土体的坡率控制不到位，在地下水丰富的作用和影响下发生滑坡的风险较为突出。最后，在具体施工环节，还存在未及时完成支护措施，施工开挖掏“神仙土”等导致边坡滑坡、塌陷的问题。

1.3 支撑不稳风险

深基坑常用的内支撑为混凝土支撑和钢支撑。整体而言，支撑不稳的风险相对较低，混凝土支撑不稳的风险远远小于钢支撑失稳风险。混凝土支撑在基坑围护结构变形过大甚至基坑坍塌，轴力远超过本身的极限承载力时容易发生失稳；坑外土体卸载，使原本受压的构件成为受拉构件，造成支撑失稳；钢支撑过长而支承钢支撑的格构柱设置不合理，也会造成钢支撑失稳；施工人员施工时连接部位不稳、不牢，固定不佳等现象，同样会造成钢支撑失稳。

1.4 基坑底部突涌水和土体隆起的风险

一般而言，基坑施工中都会采用降水措施。无论是坑内降水还是坑外降水，都会造成基坑内外水位存在较大的落差。若降水措施不合理，则很难将基坑内地下水位控制在一个合理的范围，造成基坑无法正常开挖。若基底地层处于承压水地层中或溶洞未处理、透水性极强的软弱土层中时，极有可能出现坑底涌水等现象。同时受土体自重和地下水位的影响，当基坑底部水头压力较大时，还可能会发生底部土体隆起现象。上述施工风险主要由工程地质勘察不明、设计方案不合理、施工顺序不正确等问题导致。

1.5 周边建构筑沉降开裂等风险

基坑施工过程中，为确保开挖过程中人员和设备的安全，必须采取降水措施，因地下水流失、围护结构渗漏、土体卸载和基坑坍塌后引起的围护结构变形都可能引发周边建构筑物的沉降开裂等现象，严重程度又与建构筑物本身的基础形式、地基处理方式和与基坑的距离关系有很大的关系。一般而言，桩基础的沉降小于天然基础，距离基坑越远的沉降，开裂的风险越小。

2 地铁深基坑施工风险控制措施

2.1 勘察阶段的风险控制

在地铁基坑施工过程中，探明地质十分重要，也是一切工作的基础。在勘察阶段，勘察人员可采取以下措施控制施工风险：第一，查明不良地质（采空区、岩溶、地裂缝、地面沉降、有害气体）的特征、分布范围、发展趋势和危害程度；第二，查明场地范围内岩土层的类型、分布范围，分析和评价地基的稳定性、均匀性和承载能力，提出天然地基、地基处理或桩基等地基基础方案的建议，为需进行沉降计算的建（构）筑物、路基等提供地基变形计算参数；第三，进行岩土施工工程分级，提出对地下工程不利影响的工程地质问题及防治措施的建议，提供基坑支护、施工所需的岩土参数；第四，查明地表水体的分布、水位、水深、水质、防渗措施、淤积物分布及地表水与地下水的水力联系等，分析地表水体可能对工程造成的危害；第五，查明地下水的埋藏条件，如地下水类型、水位、岩土渗透系数、变化幅度等水文地质资料，提出地下水控制措施的建议。

2.2 设计阶段的风险控制

科学合理的基坑设计是整个项目建设的有效条件，设计方案和图纸是重要的参考依据。在设计阶段，设计人员可采取以下措施控制施工风险。第一，充分结合勘察单位提供的地质资料进行围护结构形式的选择，在条件允许情况下，优先选择地下连续墙结构和套铣接头形式，若因条件限制需采用钻孔桩或工字钢接头时，应结合实际情况明确泥浆的具体参数和终止标准，同时应根据不同的工艺选择优化连续墙的锚固深度和各类设计参数。第二，优化设计计算方式，目前通常采用理正深基坑软件进行基坑的二维计算，局部计算无法全面真实地反馈地层变化情况，在地质变化较大时造成偏差较大，建议采用理正软件计算时，还需采用Midas XD等大型三维软件进行建模计算，重点关注地质变化较大区域、周边建筑物密集区的复核计算，对底部处于软弱土层时，还需对抗隆起和基底涌水量等进行细部的检算，如抗隆起无法满足时，需对基底地基进行提前加固处理。第三，根据周边建构筑的重要性制订科学有效的降水措施，减小降水对周边环境的影响。第四，将设计的原理、原则、施工相关规范和设计阶段主要考虑的预防措施对施工单位进行交底，使施工单位从源头上理解和控制风险。

2.3 施工阶段的风险控制

风险能否得到有效控制，重点在施工阶段，施工过程中需重点从以下方面控制风险。

第一，围护结构的施工质量直接关系到整个基坑能否正常开挖的重要条件，首先在施工中应重点控制成槽泥浆的比重和黏度等指标，根据地质条件制订不同地层下的泥浆控制指标尤为关键，接着严格控制接头的刷壁质量，在刷壁过程中必须派驻有丰富经验的管理人员进行旁站监督，确保接缝冲刷干净无泥浆和沙袋等杂物，同时做好原始数据的收集工作，为后期围护结构完成后开挖前评估提供综合判定依据，最后加强对施工作业人员的教育，强调施工质量的重要性和危害，在有条件时采用锁口管或锁口箱替代沙袋回填，确保接缝的施工质量。

第二，采取科学的开挖和降水方式。合理的开挖顺序、严谨的场地布置可保证基坑边坡影响范围内不超载。严格按照勘察报告的建议坡率进行开挖，严禁掏“神仙土”，严禁违章指挥和违章操作等均是控制坑内边坡滑塌的有效措施。科学降水、按需降水是保证周边建筑物沉降控制的关键。根据地质条件进行基底预加固，并在加固结束后及时封闭降水井是防止基底突涌水和基底隆起的有效方式。

第三，严格科学监测。对围护结构变形、支撑轴力、周边建筑物沉降进行全过程监测，充分利用先进技术手段（如遥感测绘、自动传感监测）等，及时反馈信息，提前进行预判是基坑风险控制最有效的手段。

2.4 健全风险巡查控制制度及应急联动机制

首先，各单位要根据企业和地域特点编制科学可行的风险管理办法，并组织相关人员进行学习，使全体参建人员有效掌握相关制度和知识。其次，加强施工巡查工作，只有通过及时有效的巡查，才能及时反馈施工中的异常情况，并提供给专业技术人员进行预分析和预处理，将施工风险遏制在萌芽状态。最后，制订有效的应急处置方案，确保在风险发生时可采取科学有效的组织救援和控制措施，尽量减少对企业的负面影响。