明挖隧道深基坑开挖的安全防护施工技术探讨

■蔡敏俊

（晋江市路桥建设开发有限公司，晋江 362200）

与地上建筑不同，隧道以及其他地下建筑，在施工过程中面临更大的事故风险，如果处理不当，会造成大范围的土体下陷，不仅关系到地下施工人员的生命安全，还威胁到地上建筑人员的生命安全[1-2]。而在基坑超过一定的深度后，地下施工作业环境更加难以保证[3-4]。 根据中华人民共和国住房和城乡建设部令第37 号《危险性较大的分部分项工程安全管理规定》：开挖深度超过5 m（含5 m）属于深基坑，危险性较大，需要组织专家对施工安全性进行论证。

本文总结了现阶段隧道深基坑开挖中易出现的问题和难点，提出了隧道深基坑开挖过程中安全防护措施，并结合项目施工案例，具体分析明挖隧道深基坑安全防护措施的合理性。

1 工程概况

1.1 工程简介

以晋江市东部快速通道一期工程A2 标段项目为例，项目建设地点位于福建省晋江市，起点位于侨晖路（现状主干路）西南侧355 m 处（K7+055），终点位于围头湾支线以南约487 m 处（K8+937）。路线长度1.882 km（其中路基段0.182 km，隧道段1.700 km），隧道占比90.33%，基坑最大开挖深度达20 m，属于深基坑，大断面深基坑防护施工安全风险大，基坑安全等级为Ⅰ级。

项目地层以素（杂）填土、坡积粉质粘土（5-22）、残积砂质粘性土层（6-22、6-23）为主，局部为全风化花岗岩（7-10）、砂土状强风化花岗岩（7-11），地形总体略有起伏，道路、房屋等分布较密集。 拟建路线穿越的地貌单元主要为剥蚀丘陵地貌，局部为冲洪积地貌。

1.2 隧道深基坑开挖中易出现的问题和难点

根据现场踏勘分析，隧道深基坑开挖中易出现以下5 个方面的问题和难点，详见表1。

表1 隧道深基坑开挖中易出现问题及难点

2 明挖隧道深基坑开挖安全防护措施

针对以上施工存在的问题及难点，隧道深基坑开挖安全防护措施主要有：

2.1 提前做好相关施工准备

项目施工前，提前做好相关准备，主要包括以下4 个方面，详见表2。

表2 施工准备内容

2.2 优化完善安全管理制度

为了消除明挖隧道深基坑施工过程中的安全隐患，确保施工安全得到有效保障，施工单位要完善安全管理制度，提高施工安全管理的规范化和制度化水平，具体包括[5]：（1）在施工准备阶段，施工单位应组织专项安全会议，制定针对性强的安全管理措施，细致划分工作人员职责与权限；（2）在施工过程中，应严格依据安全管理制度，对施工人员的权限和职责进行规范，使安全管理措施得到落实；（3）在施工过程中， 一旦发现基坑围护结构出现涌水、冒砂等情况，应立刻停止施工，上报相关责任人，采取相应的控制和预防措施后，在确保安全前提下方可再施工；（4）当支撑轴力急剧变化，不符合规范要求时，应停工并增加支撑数量，避免坍塌事故。

2.3 强调施工安全操作要点

为确保基坑开挖安全，施工中应严格控制开挖速度，及时做好基坑排水降水工作，并选择合理支护措施。

2.3.1 基坑开挖速度控制

基坑开挖速度直接影响到工程的稳定性，基坑开挖按照“分层分段、随挖随支护”原则，按照设计图纸和专项施工方案控制基坑开挖层厚和布距，开挖一段、支护一段，严格控制开挖速度。 开挖速度也应结合实际监测数据及时进行调整， 出现预警情况，应停止开挖，及时分析形成原因，必要时采取合理有效防护措施后再施工， 确保基坑开挖支护安全、稳定。

2.3.2 隧道排水降水施工

明挖隧道深基坑开挖过程中需要注意的水主要有地下水及地表水。 地下水对明挖隧道深基坑施工安全有非常重要影响，地下水位较高且降水措施处置不当时， 开挖过程中容易导致基坑突涌塌方。雨水、工业用水及居民用水等地表水涌入基坑，会使基坑周围土体受地表水侵蚀，破坏基坑围护土体结构稳定，导致安全事故发生。 基坑开挖前，对基坑周围场地进行硬化，根据专项施工方案完善地表排水系统，提前30 d 布设井点降水孔位，结合基坑开挖情况，布置纵横向临时排水系统，通过集水井抽排基坑明水，避免地下水影响基坑开挖施工。

2.3.3 基坑开挖支护措施选择

选择合理有效的支护措施是确保明挖隧道深基坑开挖安全的前提。 支护措施种类繁多，应综合考虑区域水文地质条件、基坑周围环境、基坑开挖深度及形状，并结合经济效益科学合理进行选择[2]。以项目K7+600～K7+800 段为例，该段落采用排桩+高压旋喷桩+1 道混凝土支撑+2 道钢支撑方式支护，如图1 所示，支护措施参数见表3。

表3 支护措施及参数

图1 K7+600～K7+800 段深基坑支护形式

2.4 开展工程安全评估

通过有效监测手段，对工程安全状况进行评估。

2.4.1 建立基坑自动化监测系统

随着工程环境的逐渐复杂，传统的人工监测很难满足工程数据收集的需求，施工团队尝试将自动化监测纳入到工程当中，通过完善监测设备体系从而提升数据精度。 该项目采用自动化监测系统，利用现场提前预埋安装的监测设备采集各种监测数据，按预设的频率将数据无线传输到后台软件自行处理，管理人员在监测APP 软件上即可实时查看各项监测数据。

相对于人工监测，该项目自动化监测主要优点有：（1）不需要人员多次进入现场采集数据、处理数据，节省了人力物力，避免了主观人工误差，同时能够全天候24 h 实时监测，确保数据的连续性、准确性；（2）可通过详实的数据反映结构物细微的变化趋势，当结构物出现异常时，监测系统可第一时间将异常数据通过软件信息提示和短信通知等方式传达到相关管理人员， 项目管理人员可根据自动化监测数据实施相关预防措施，及时消除隐患，解除预警。

本项目监测项目主要包括： 支护结构监测、支撑系统监测、水位监测和环境监测。 具体内容为：桩体深层水平位移（采用串联式导轮固定测斜仪+测斜管监测）、桩顶水平位移及竖向位移（全站仪法）、钢支撑轴力、砼支撑内力、支撑立柱沉降、基坑外地下水位、周边（坑顶）地表沉降、周围建筑物沉降与偏斜和地表裂缝[6-7]。 监测项目的安装及监测现场情况见图2。

图2 监测项目的安装及监测现场

2.4.2 监测效果评价

以K7+650 处2021 年5 月30 日8∶00 AM 至2021 年6 月1 日8∶00 AM 桩顶水平及竖向位移监测数据为例，系统正常情况下，每1 h 采集一次数据，若连续预警2 次则改为每0.5 h 采集一次数据，根据前期系统设置的预警值， 水平位移预警值为0.25 mm/h，竖向位移预警值0.15 mm/h。

由于2021 年5 月28 日开始的持续降雨及围岩的变化，K7+650 处桩顶竖向位移于5 月30 日12∶00 PM 变为0.22 mm/h，连续多次预警，桩顶水平位移于5 月30 日13∶30 PM 也连续预警。 项目管理人员立即启动应急预案， 通知施工现场停止开挖，加强基坑排水， 紧急采取基坑围护体系加固措施，对K7+650 处的第一、第二道钢支撑处附加临时支撑，将钢支撑水平间距由原方案的4 m 改为2 m，并对已开挖部分立即进行喷浆挂网临时支护。 支护加固措施后，桩顶竖向位移于5 月31 日16∶00 PM降为0.12 mm/h，并趋于稳定，停止预警，桩顶水平位移于5 月31 日13∶00 PM 降为0.22 mm/h，并趋于稳定，停止预警。 通过监测系统的预警，及时发现了围岩的变形，采取了有效防护措施，保护了基坑开挖的安全。 监测数据见图3、4。

图3 竖向位移累计变化量时间曲线图

图4 水平位移累计变化量时间曲线图

3 结语

城市的发展必定会进一步增加深基坑开挖的技术压力，做好基坑开挖支护措施和降水排水等施工技术准备，同时利用信息化技术做好基坑施工数据收集和监控运用，可有效避免主观人工误差，根据数据趋势调整防护方案，及时消除安全隐患，进一步提升工程的安全保障能力。