地铁深基坑开挖风险分析及控制对策思考

张 锐

（中铁上海工程局集团华海工程有限公司，上海 201101）

连续墙渗漏水是地铁深基坑开挖过程中常见的问题之一。当地下水位较高或地质条件复杂时，地下水会渗入连续墙之间的缝隙，导致渗漏水问题的出现。围护桩加上止水帷幕作为防渗措施也存在一定的风险。如果围护桩施工不规范或止水帷幕质量不达标，也会导致渗漏水问题的发生。此外，基坑底部裂隙水以及基坑开挖不当引发地表下沉也是需要关注的风险。

1 地铁深基坑开挖风险

1.1 连续墙渗漏水

连续墙作为基坑侧壁的支护结构，其主要功能是抵抗侧土压力和地下水的渗流，确保基坑的稳定性和安全性。然而，由于复杂的地质条件等客观因素以及施工操作不当等主观因素，连续墙渗漏水问题经常出现，给地铁工程带来一系列的不利影响。

（1）地下水位高：当基坑所处位置的地下水位较高时，地下水会通过连续墙的缝隙和孔洞进入基坑内部，导致渗漏水问题。地下水的渗入可引起基坑周围土体的软化和沉降，进而对基坑结构的稳定性产生威胁。

（2）连续墙施工缺陷：连续墙施工过程中可能存在施工缺陷，如混凝土质量差、墙体接头处理不当、钢筋锈蚀等，这些问题会导致连续墙的抗渗漏性下降。渗漏水通过缺陷部位进入基坑，可能引起土体下沉、侧壁塌方等严重后果。

（3）地质条件复杂：可能存在具有高渗透性的地层、裂隙岩石或含水层，这些地质特征会增加地下水的渗流量，导致连续墙的渗漏水问题加剧。

1.2 围护桩+止水帷幕渗漏水

围护桩和止水帷幕常作为地铁深基坑开挖工程的防渗措施使用。然而，围护桩加上止水帷幕的组合存在一定的风险，特别是在复杂地质条件下或施工操作不当的情况下。

（1）不规范施工：围护桩施工过程中若钻孔质量差或是钢筋连接不牢固，可能导致围护桩的渗漏性能下降。同样的，止水帷幕施工过程中也需要高度注意施工质量，若出现灌浆质量不达标、帷幕与周边土体间存在缝隙等问题，会增加渗漏水的发生概率。

（2）地质条件复杂：在复杂地质条件下，如含有高渗透性地层、裂隙岩石或含水层，围护桩和止水帷幕的防渗效果可能受到影响。这些地质特征会增加地下水的渗流量，渗漏水可能通过围护桩和止水帷幕的缝隙进入基坑内部。

（3）桩体缺陷或损坏：围护桩在施工过程中可能出现桩身质量问题，如钢筋锈蚀、混凝土破损等。桩体缺陷或损坏会导致围护桩的防渗性能下降，从而发生渗漏水的情况。

1.3 基坑底部裂隙水

基坑底部裂隙水指的是在基坑开挖过程中，由于地下水位较高或者地质条件复杂等原因，基坑底部出现裂隙导致地下水渗流进入基坑。

（1）高地下水位：当地下水位较高时，在基坑底部形成的裂隙可能会成为地下水进入基坑的通道。这种情况经常发生在地下水位较接近地面或地下含水层较活跃的区域。

（2）复杂地质条件：地质条件复杂时，例如存在裂隙岩体、泥炭层或含水层等，这些地质特征会增加地下水的渗流量，并导致基坑底部裂隙的形成。这些裂隙会促使地下水通过裂隙渗流进入基坑内部。

（3）基坑支护不当：如果基坑支护措施不当，如连续墙、围护桩等结构未能有效防止裂隙的产生或者裂隙的扩展，那么地下水可能会通过这些裂隙渗流进入基坑底部。

1.4 基坑开挖不当引发地表下沉

在基坑开挖过程中，土体会受到应力重新分布的影响而发生形变。当土体的形变超过一定限度时，就会引起地表下沉。弹性沉降是由于土体的应力重分布引起的临时性沉降，可以通过以下公式进行估算：

其中，ΔH表示地表沉降量，σ表示应变，E表示土体的弹性模量，ν表示泊松比，H表示基坑深度，B表示基坑宽度。根据该公式，地表沉降与应力变化、土体的弹性模量、基坑深度和宽度等因素有关。

基坑开挖过程中，如果排水系统设计不合理或者施工不当，土体内部的水分含量可能过高，导致地表下沉。Darcy定律描述了流体在多孔介质中渗流的规律。根据Darcy定律，流量（Q）与土体的渗透系数（k）、渗流截面积（A）、水头差（△h）和渗流路径长度（L）之间存在如下关系：

该公式可以用来计算流体的渗流速率。

2 地铁深基坑开挖风险控制对策

2.1 轻微渗漏水防水措施分析

在进行基坑开挖前，可以采用地下连续墙进行防水。地下连续墙的厚度和材料选择应根据具体工程要求和地质条件确定。常用的材料包括钢板桩、混凝土搅拌桩等。墙体连接处应采用密封胶条或防水灌浆材料进行密封，以防止渗漏水的进入。建立隔离层是另一种有效的轻微渗漏水防水措施。隔离层通常由高密度聚乙烯薄膜（HDPE）或类似材料构成，能够有效隔离地下水与周围土层的接触，避免水分的渗透。隔离层应覆盖整个基坑范围，并与连续墙连接处进行严密的密封。如果在开挖过程中出现轻微渗漏水，应立即采取措施进行处理。常用方法包括喷涂防水剂和填充密封胶。喷涂防水剂可以形成一层致密的防水膜，有效防止水分渗透；填充密封胶可堵塞墙体裂缝或孔洞，防止水从墙体渗漏进入基坑。合理设计和布置排水系统对于轻微渗漏水的控制也至关重要。排水系统应包括有效的排水沟、泵站和管道网络。通过及时排除基坑内的积水，降低地下水位，可以有效减少渗漏水的流量，提高防水效果。安装监测设备并建立预警机制是及时发现轻微渗漏水问题的关键。常用的监测手段包括水位监测、应力监测和变形监测等。当监测数据超过预设阈值时，应及时采取相应措施，防止渗漏水问题进一步恶化。

2.2 严重渗漏水防水措施分析

压力注浆是一种常用的严重渗漏水防水方法。通过在渗漏点周围注入高压浆液，形成一层致密的胶状体，堵塞渗漏路径，阻止水分进入基坑。注浆材料通常采用聚氨酯树脂（PUR）或环氧树脂（EP），具有较好的粘结性和耐水性。对于严重渗漏水情况，可以考虑安装挡水板来阻挡水流。挡水板通常由钢板或玻璃钢制成，固定在连续墙上，形成一个封闭的水密隔离区域。挡水板需要与地下连续墙及地面进行严密连接，并设置排水装置以及应急泵站，确保基坑内的水位得以控制和排除。冻结法是另一种适用于严重渗漏水情况的特殊防水技术。通过将冷却剂注入管道或孔洞，使周围土层迅速冷却并形成冻结带，阻止水分渗透。对于遭受严重渗漏水影响的连续墙，可以考虑加固措施来提高其防水性能。

在严重渗漏水情况下，还可以采取深层抽水的手段。通过设置深层井和排水泵站，将基坑内部的水分抽出，降低地下水位，减少渗漏水的压力和数量。深层抽水系统应具备足够的排水能力和稳定性，并与防水系统相互协调。在实施严重渗漏水防水措施时，需要根据具体工程情况进行综合评估和设计，并与相关专业团队合作。防水施工过程中需要严格按照施工规范进行操作，确保防水材料和设备的质量和性能符合要求。同时，定期监测和维护防水系统，及时处理潜在问题，确保长期的防水效果。

2.3 针对基坑开挖不当的风险控制

在进行基坑开挖之前，需进行充分的地质勘察和设计。通过详细了解地下土层的组成、稳定性和水文特征，以及结构物的特点和荷载要求，制定合理的开挖方案和支护措施，并确保其满足安全和工程要求。之后根据地质条件和项目要求，选择适合的基坑开挖方法。常用的开挖方法包括机械开挖、爆破开挖、冻土开挖等。根据工程特点和需求选择适合的开挖方法，可以最大程度地减少地下水位变化、土体变形和周围设施的影响，降低开挖引起的风险。基坑支护结构的设计应考虑开挖深度、土壤类型、地下水位等因素，并满足相关规范标准。确保支护结构的稳定性和密封性，防止土体坍塌、渗漏水以及对周围建筑物的影响。安装监测设备并建立预警机制是控制基坑开挖不当风险的重要手段。监测参数应包含地表沉降、地下水位、土体应力变化等。通过实时监测、数据分析和预警反馈，能够及时发现并处理可能的问题，减少未预期的风险。加强施工管理和监督是保障基坑开挖质量的关键措施。确保施工人员具备专业技能和经验，遵守相关规范和操作流程。加强现场安全培训、定期检查和质量评估，及时纠正施工中的不当操作和偏差。根据地下水位变化和工程要求，合理设计和布置基坑排水系统。确保排水系统畅通有效，及时排除基坑内的积水，减少对周围土体稳定性和工程质量的影响。

3 施工过程中的监测创新技术与风险处理

在地铁深基坑开挖的施工过程中，采用监测创新技术可以实时获取关键参数和数据，帮助预警潜在风险并及时处理。以下介绍几种创新监测技术。

（1）振动监测技术：通过安装振动传感器，对基坑开挖过程中产生的振动进行监测。振动监测数据可用于评估结构物的稳定性和土体的形变情况。振动速度v可以计算如下：

其中，ω表示频率，a表示加速度。

（2）形变监测技术：利用激光扫描仪、全站仪等精密测量设备对基坑周围建筑物或地表进行三维形变监测。这些设备可以获取高精度的点云数据，并通过与预设控制点的对比分析，实时监测和评估结构物的位移、沉降等形变情况。该技术能够提供定量的形变数据，帮助工程人员及早发现和警示潜在的结构变形风险，并采取相应的措施进行风险控制和调整施工方案。

（3）应力监测技术：通过应力计、拉力计等专业设备对基坑周围土体的应力状态进行监测。这些设备可以测量土体内部的应力分布和变化情况，提供准确的应力数据以评估土体的稳定性和变形特征。通过连续监测土体应力的变化，工程人员可以识别和分析土体的应力集中区域，预测可能出现的破坏机理，为风险控制提供科学依据。在风险处理中，根据应力监测结果，可以采取加固措施、调整支护结构或降低开挖速度等措施，以保持基坑周围土体的稳定性。

监测创新技术与风险处理的结合可以实现及时预警和控制。根据监测数据设置灵敏度阈值，当数据超过阈值时发出预警信号，及时通知相关人员采取应急措施，防止潜在风险的发展。根据监测数据的变化，对施工方案进行实时调整。例如，在遇到地下水位过高的情况下，可以采取增加排水量、加固支护结构等措施，并及时监测效果。将监测数据与地质勘察、设计参数等多因素进行综合分析，以识别可能的风险源和影响因素，并制定相应的风险管理措施。利用数值模拟软件（如FLAC3D、PLAXIS等）对基坑开挖施工过程进行模拟，预测潜在风险并评估其影响程度。根据模拟结果，可以调整施工计划和风险处理策略，以最大程度减少风险发生的可能性。利用远程监控系统和自动化设备，实时获取监测数据并进行远程控制。例如，在地下水位升高的情况下，可以通过遥控调节排水泵站的排水量，保持基坑内的合理水位，降低风险。除以上措施外，还可以通过对连续监测数据的分析和建立预测模型，识别潜在的异常趋势和风险信号，及早采取相应的措施进行风险处理。

4 结束语

在对轻微和严重渗漏水的防水措施分析中，着重强调了选择合适的渗漏水防水材料和工艺，加强监测与预警体系，确保基坑周边土体和结构的稳定性和安全性这三点措施的重要性。为了应对基坑开挖不当的风险，应提倡科学合理的施工方案，结合现代监测创新技术，实时获取关键参数和数据，以便及时调整施工计划并采取必要的风险处理措施。监测创新技术在风险控制中发挥着重要作用。通过振动监测、变形监测、应力监测和环境监测等技术手段，能够实时监测基坑开挖过程中的变化，预警潜在风险，及时采取相应的措施进行风险处理。监测创新技术与风险控制对策之间相互关联，形成了一个科学、系统的风险管理体系，为地铁深基坑开挖提供了更全面、精确的风险识别和处理方案。

然而，也应该认识到风险分析和控制是一个不断演进的过程。随着技术的发展和经验的积累，需要不断总结实践中的经验教训，完善风险管理的方法和工具，适应不同项目和复杂环境下的挑战。只有通过持续的监测创新和风险控制措施的改进，才能更好地保障地铁深基坑开挖工程的安全性和可持续发展。