软土地区超深竖井施工风险管理及应急预案★

苏 宇

(上海市水务建设工程安全质量监督中心站，上海 200232)

0 引言

超深竖井程的综合技术难度与风险较高，为了有效地应对施工过程中可能遇到的各种突发事故，最大程度地降低人员伤亡或财产损失，保证安全、资金、质量、工期等各个方面满足要求，有必要对整个施工过程进行风险管理。超深竖井工程应搭建有效的风控平台，涉及到风险预警、风险等级评估及应急管理等一系列工作，并与包括设计、监理和咨询等在内的各方，进行密切且有效率的沟通和协调，并快速做出反应。另外，通过多种手段确保施工人员的人身安全，将对周围建构筑物的影响最小化。依据工程的设计、施工文件，并了解归纳外界部门风险信息，以上述工作为基础，以安全风险评估与管理为核心，统筹考虑施工质量与经济效益，做好建设高质量完成的同时确保安全文明、工期要求及投资控制等。根据本工程各个分部分项工程的施工工艺技术、目的和要求，同时结合工程的具体技术特点，确定评估与控制对象、目标和方法，制定相应的应急预案。

1 工程概况

1.1 工程简介

本工程1区竖井基坑围护采用1.5 m厚105 m深地下连续墙，基坑直径34 m，开挖深度58.65 m，分为16层土进行开挖。其中-12.550～-50.740墙体采用逆作法施工，内衬厚度为1 m和1.5 m，底板厚3 m。内衬结构采用大直径整体式环形钢模板按3 m一段逐层逆作。

1.2 工程水文地质条件

根据现有资料，在勘察揭露165.30 m深度范围内地基土属第四纪晚更新世及全新世沉积物，主要由黏性土、粉性土和砂土组成。其中竖井基坑底部位于第⑧2层粉质黏土、粉砂互层。本工程范围内地下水主要为赋存于浅部土层中的潜水、第⑦层中的第Ⅰ承压水、第⑨层中的第Ⅱ承压水及第⑩A、第层中的第Ⅲ承压水。云岭综合设施区域内第⑦层承压水水位埋深为4.53 m(相应标高-0.70 m)(见图1)。

1.3 工程难特点

1)超深竖井开挖深度接近60 m，基坑开挖时空效应影响时间长、超深竖井开挖效率低，采用常规深基坑的开挖方法已不能满足超深竖井的施工需求。

2)竖井下部⑨,⑩夹,⑩A,层不满足基坑抗突涌验算要求，上海地区对第层中的第Ⅲ承压水进行降水是首次试验，⑩夹,⑩A,层属于敞开式降水，周边苏州河防汛墙距离竖井较近，基坑降水对其稳定性具有不利影响(见图2)。

2 风险管理

2.1 风险界定

本工程风险分析各个风险因素的发生概率分为频繁的、可能的、偶尔的、罕见的、不可能5级[1]；根据发生后可能产生的后果，划分为灾难性、非常严重的、严重的、需考虑的、可忽略的5个等级，将风险等级分为低风险Ⅳ、中等风险Ⅲ、高风险Ⅱ、极高风险Ⅰ(见表1)。

表1 风险分析矩阵表

2.2 风险识别

本工程风险点主要存在于几个施工方面：支护结构、基坑开挖、降水工程、环境影响及第三方构筑物。

支护结构存在的风险因素有：环梁压坏扭曲、围护结构渗漏水。

基坑开挖存在的风险因素有：基坑坍塌、围护折断和大变形、机械倾覆、高空坠落。

降水工程存在的风险因素有：挡土结构失稳、管涌、流砂。

环境影响存在的风险因素有：建筑物变形、管线沉降、路面开裂。

第三方构筑物存在的风险因素有：地面构筑物、地下管线破坏。

综合分析，可对各个风险因素进行具体的等级界定及风险评价，如表2所示。

表2 风险等级评价表

3 应急预案

项目技术人员及安全管理人员应在工程开展前对已编制好的风险源分析及应急预案进行提前学习，并分别组织各个工种的施工人员包括劳务分包人员进行进一步的宣传与学习，在做好安全学习的前提下组织实战应急演练，从而使得现场施工人员更熟练应对发生的险情，减少不规范作业或施工质量不过关造成的损害和不良环境影响。超深竖井施工的应急预案主要包括基坑施工和降水施工的应急预案。

3.1 基坑施工应急预案

3.1.1 围护结构渗漏水

1)“针眼法”渗漏修补。

a.清除漏水裂缝表面污物，找准漏水水源；b.沿漏水裂缝两侧10 cm～15 cm处钻450 mm斜孔，孔深与裂缝相交；c.孔距视裂缝宽度而定，约在30 cm～50 cm之间；d.孔内埋设注浆阀；e.连接高压注浆泵，注入溶性聚氨酯堵漏剂至裂缝出浆、凝固；f.拆除注浆阀，清理混凝土表面浆液，恢复混凝土原状。

2)坑内钢板封堵。

对渗漏处封上钢板后，利用单向阀向渗漏接缝处灌入水泥浆进行封堵。封钢板灌浆作业与逐层开挖一同进行，直至封至坑底。封堵钢板采用700 mm×500 mm×15 mm钢板制作(见图3)。

3)坑外注浆。

采用水泥浆及水玻璃，利用双液注浆作为聚氨酯注浆后续的加强措施和周边土体填充作用，进一步提高围护堵漏效果及减小周边环境影响(见图4)。

4)基坑回灌。

本工程的综合技术难度与风险较高，为了有效地应对施工过程中可能遇到的各种突发事故，最大程度地降低人员伤亡或财产损失，保证安全、资金、质量、工期等各个方面满足要求，有必要对整个施工过程进行风险管理。

在基坑开挖期间，如发生险情，且其他应急抢险措施均失效的情况下，考虑迅速对基坑进行灌水至地面以下5 m，达到平衡内外水头压力目的，防止基坑坍塌等情况进一步恶化。考虑到用水量大、时间紧，且本项目临近苏州河，故考虑从苏州河进行取水，最大用水量约4.8万m3。取水采用一体化移动式抽水泵车，可迅速从邻近苏州河进行取水，通过场地内管路接至竖井基坑内。竖井基坑体积约5万m3，3台水泵车4 h～5 h可以回灌至基坑一半，基本可稳定坑内外水头压力差(见图5，图6)。

3.1.2 承压水突涌

1)预防措施。

a.在基坑土方开挖阶段，采用人工结合智能电子监控设备重新观测承压水水位，并重新进行承压水的抗突涌验算。

b.考虑到挖土机械可能会损坏一些降水井，确保施工图布设超过20%的应急备用井并确保降水井施工井成活。

c.考虑挖土机械行车方便，降水井间距不宜小于5 m,距离围护距离应大于7 m。

2)应急措施。

a.打开基坑内所有降压井抽水泵，使承压水快速降到安全水位。

b.派专人监测基坑周边的地表沉降及周边保护建筑的沉降监测曲线，保证第一时间发现报警值。

c.对于本工程竖井基坑面积较大，且基坑底层承压含水层涌水量较大的情况，在水位来不及下降的情况下也可立即进行土方回填并以黏土为主。在局部附属基坑面积不大的情况下，可采用回灌水措施，由于本工程回灌水量较大可提前与水务部门沟通，从最近的水源苏州河直接取水。

3.1.3 围护结构流砂

1)预防措施。

a.土方开挖的同时应尽快同步完成支撑环梁及内衬结构，以防围护整体变形过大过速使得地下连续墙接缝开叉渗漏。

b.考虑到本工程双道地下连续墙，为了减小内侧地墙出现流砂，应实时监控两墙之间的水头与竖井基坑内侧的水头不相差过大。

c.土方开挖阶段，实行24 h巡班制，分3组人员轮岗查看地墙质量并及时汇报渗漏情况以便于第一时间处理堵漏。

2)应急措施。

a.首先立即停止土方开挖以防渗漏进一步发展。

b.立刻进行现场作业人员紧急撤离，接下来对附近邻近的建构筑物内部居民及办公人员通知相关部门紧急疏散。

c.立即组织抢险队伍，做好抢险物资及人员的准备。

d.确定渗漏点之后，先用棉被封堵，再用回填土方覆压。

e.当轻微渗漏流砂时，直接采取对渗漏点堵漏的方法，凿除围护结构外侧直至漏点处，在孔内埋入高强塑胶管，再注入水溶性聚氨酯溶液；当流砂严重时，其他堵漏措施无效时直接采用基坑回灌。

f.实时监控周围房屋、地下管线，地表变形较大时，采取双液跟踪注浆措施，弥补之前地下水土流失。

3.2 降水施工应急预案

3.2.1 设备故障

降水现场管理人员应在所有设备进场前检查所有设备是否有故障。当降水突然暂停时应马上开启备用井抽水，保证坑内水位不继续上升，接着开始排查所有运行中的水泵，并立刻将故障设备更换。

3.2.2 降水运行故障

降水运行是依赖降水管井正常施工的，降水运行中断还应立刻检查基坑内所有井管的完整情况。当发现井管损坏时应首先观察其破坏情况，并第一时间上报。接着，由现场降水分包管理人员视情况采取补救措施；若井管破坏严重且水位不满足开挖要求时，立即开启群井抽水，水位降至满足开挖条件后再替换破坏的井管，再在修复好的井管内重新下放潜水泵抽水保证有续运行。

3.2.3 供电突发故障

每天进行发电机检查，尤其是群井试验下的发电机运行情况是否满足功率要求，确保在遇到险情时群井作业能顺利开启。

发电机启动需一定的预热时间，因此需间歇性开启预热保证随时开启发电机正常运转。

发电机做好日常保养，并确保燃油的储备能满足工作1 d的分量。

发电机全天有专门检查人员轮班检查，确保停电1 min 内发电机重启，同时与降水运行班组人员配合好在3 min内开启所需水泵，维持基坑内正常降水。

3.2.4 围护接缝、钻孔或工程桩壁渗水

运行现场管理人员一旦发现渗水问题，应及时在对应的漏点选择就近的降水井抽水，必要时进行群井抽水，待降水风险解除后，才重新安排降水井运行情况，并安排专员巡查渗漏点的后续动态情况。

3.2.5 人力、物资、设备供给不足

依据降水施工方案中所拟定的人员安排、材料准备、设备计划，及时采购物资、租赁设备及组织人员等。配备备用水泵以及部分匹配的电缆线等物资。根据运行的实际情况及时地调整人力资源，补充物资和设备，确保降水运行安全有序进行。

4 结语

本工程竖井工程开挖深度达58.65 m，作为目前上海软土地区开挖深度最深的基坑，工期长、施工难度大，存在较大的不确定风险，一旦超深竖井基坑发生质量安全事故，将造成巨大的经济损失和人员伤亡[2]。本论文通过对超深竖井结构施工过程中的可预料的危险源分析，确定造成风险后果的关键因素，建立一套安全合理的风险管理体系。并依据工程设计、施工文件及行业标准，针对超深竖井结构施工过程中各类风险点，制定相应的预防和应急措施，建立完善的应急预案和应急反应组织机构，有效应对超深竖井结构施工过程中可能遇到的各种突发事故，将重大工程施工中风险引起的不良后果和工程亏损最小化。