地铁工程深基坑开挖中的风险防范策略分析

摘要:本文通过工程案例对地铁深基坑开挖的风险进行分析，并提出一些措施对风险进行控制，期望能更好的促进地铁工程的发展。

关键词:地铁；深基坑；风险；防范策略

中图分类号：U231文献标识码： A

引言

随着全国地铁工程建设的不断深入，各种工程事故不断出现，如何控制地铁建设工程风险已经成为工程领域的热门课题。地铁工程的工程风险具有鲜明的特点，其单个工点的工程事故不仅造成进度和经济的损失，给后续施工造成困难和隐患，而且可能影响到整个项目的建设，具有明显的放大效应。地铁车站基坑工程是地铁工程建设中最大的风险源。基坑工程除了其固有的风险外，由于施工对工程周边环境的影响，还存在工程的环境风险。环境风险往往是工程本体的工程活动造成的，本体的事故往往连带产生环境的问题。环境的制约提高了工程的施工难度，也加大了工程本体的风险。二者相互作用、相互影响，都是工程风险的重要组成部分。基坑工程在地铁建设中确属于事故高发项目，但通过采取有效的技术措施和管理措施，也并不是不可预防、不可避免的。

一、工程案例

本文以某城市地铁工程某段隧道盾构工程建设为雏形进行隧道施工技术方法的研究。本车站标准宽度20.5m，开挖深度21m，该车站采用800mm厚的混凝土地下连续墙作为围护结构，墙体支撑采用2道¢800钢支撑加一道钢筋混凝土支撑的联合支护形式。本场地地基土主要由第四系全新统人工堆积层（Q4ml）、全新统浑河高漫滩及古河道（Q42al）、第四系浑河新扇（Q4al+pl）、上更新统浑河老扇（Q32al+pl）及第四系波状台地（Q31al+pl）粘性土、砂类土、碎石类土组成。地层划分主要考虑成因、时代以及岩性，划分依据根据野外原始编录、土工试验结果。

二、地铁工程深基坑开挖的特点分析

随着城市化进程的加快她铁工程也如火如茶的开展起来。但是相对复杂的地形也对地铁工程的发展带来了一定的困难,诸如软弱富水地层、高风险复杂条件等都使得深基坑开挖呈现高风险、复杂的局面。一般来说地铁工程深基坑开挖具有如下特点:( l)深基坑开挖施工的施工环境比较恶劣,一般来说地铁都兴建在经济较为发达的城市商业地区这些地区的建筑呈现高密度、高楼层的特点并且交通拥堵施工场地比较苛刻狭小,这就为施工带来了诸多的不便。(2)为了节约空间和土地将城市下方的地下面积充分利用基坑将会越挖越深,以便能设置车站、机房、人防以及消防设施等区域。(3)深基坑开挖时必须考虑支护结构,以确保施工的安全性。另外施工开挖过程中还应该考虑燃气管道、给来水管道、排水管道以及通信电缆等基础设施从而防止施工中的破坏影响居民日常生活。

三、地铁工程施工中深基坑开挖面临风险分析

（一）边坡或者护壁渗漏这种现象在地铁工程深基坑开挖中最为常见,这一现象主要发生在饱和土的变层之处不论是深基坑的开挖过程中还是车站主体结构施工期间都有可能发生这种现象。一旦发生渗漏,就会导致基坑局部失稳或者基坑塌陷；据统计大多数深基坑开挖事故的发生都与其有关。

（二）基坑边坡滑移现象如果深基坑在开挖时没有采取支护措施及放坡开挖这样就会导致边坡的土体因为承载力减少而导致边坡失稳,因而产生边坡滑移。

（三）地面开裂、沉降现象；这一现象主要是由于基坑发生水平位移、塌陷、涌水、涌砂以及失稳等原因造成的。基本而言深基坑开挖时,为了防止因为土体失水而引起的地面塌陷就需要借助坑内降水的方式。一旦当地的地层失水比较严重的话,上层软土就会因为失水而引起大范围的沉降导致基坑上浮。

四、应对基坑风险的方法

（一）基坑围护结构出现了比较大的位移

(1)对于基坑围护结构位移比较大的情况先停止挖掘，在薄弱位置紧挨着土面采取临时支撑的措施对围护结构的持续位移进行控制。(2)做好四周建筑物的注浆跟踪保护。(3)按照具体的监测报告和位移情况将围护结构出现位移的具体原因找出来并制定出具体的解决措施。(4)当坑中的监测点变化速率达到了规定的数值后,待坑内外的地基加固土体达到设计强度后再进行基坑的开挖。(5)对分层、分段、分块开挖严格执行“随挖随撑”“先撑后挖”的开挖原则将具体的原因找出来；并对支撑体系失稳、围护墙渗漏的原因制定出解决策略。

(二)深基坑支护工程的设计方案

车站标准段宽度20.5m，深21m，盾构井宽度24.5m，深度24m。深基坑开挖一定要先降水。所以，基坑支护结构的重要部分在于地下水的处理与基坑变形控制。经过专家们的讨论，高压旋喷桩止水帷幕的设计方案适用于此，因为钻孔灌注桩适用性广、风险程度较低、施工作业方便等。但设计上以下几点仍需要注意。此车站采用φ1200mm@1500mm的钻孔灌注桩作为标准段支护结构，基坑底以下6.136m是支护桩嵌固深度；采用φ1200mm@1500mm的圆形钻孔灌注桩作为盾构井处支护结构，基坑底以下7.136m是支护桩嵌固深度；采用φ1200mm@1800mm的钻孔灌注桩在铁路信号厂办公路周围，基坑底以下6.136m是桩嵌固深度；采用φ1200mm@2000mm的圆形钻孔灌注桩在钢便桥处，基坑底以下8m是桩嵌固深度。因为此车站地下水位埋藏不深，可采用φ800高压旋喷桩在车站阳角处进行地基加固。采用钻孔灌注桩+钢管(钢筋混凝土)支撑的内支撑型式作为支护结构。根据基坑的深度以及宽度，竖向设置3道支撑，盾构井处竖向设置4道支撑(再加1道倒撑)作为盾构井段支护结构，临时铺盖系统则位于车站的北部。

（三）加强围护结构施工过程管理

施工过程中须强化从围护施工开始直至主体结构封顶各环节、各工序之间的风险梳理，强化技术管理从源头上防范风险。

与设计单位进行充分沟通，明确围护型式包括地下砼连续墙深度，是否隔断承压水、地连墙接头型式和地连墙的分幅型式，特别是分期施工，接口段的分幅型式;结合地层分布确定加固方式(包括墙缝比水措施)，在墙缝止水措施选择时要考虑浅层砂层土坍孔等对墙缝止水效果的影响，强化对墙缝止水孔定位、引孔、垂直度控制等技术要求。地连墙施工须结合工程水文地质状况，选用适宜的成槽设备;选用适宜的地基加固、降水或组合加固方式，以确保地连墙施工质量;地连墙施工中应通过试成槽，明确各项施工技术指标，包括工序之间的衔接;对砂性土地层刷壁监控。根据地连墙不同接头型式，做好接头防“绕流”措施以确保接头质量，防比接头处渗漏。

根据砂性土层所处不同位置，采取合理措施对地连墙接缝进行止水处理。基坑支撑体系宜优先选用混凝土支撑。

（四）围护结构和内支撑系统

围护结构构成――空间受力体系能够支撑基坑主动区土压力和其它附加荷载，以提高基坑稳定性。鉴于此，施工单位应该选择质量和强度与设计要求相符的围护支撑结构。钢支撑以及钢围檩安装质量是质量控制要点。判断钢支撑、钢围檩质量时，要重点检查其材质"活络头刚度"顺直度"壁厚"螺栓连接强度等；并根据设计要求及时修正。安装钢支撑时，一保持其顺直，使钢支撑轴心受力；二确保接头牢固，钢围檩和接头接触部位能够有一定的刚度和强度，保证接头密贴围檩，然后用细石混凝土填补空隙。如果有角撑，围护桩和钢围檩接合处，除斜支座保证支撑轴心受力外，同时要在围护桩和围檩之间考虑剪切传递。格构柱与支撑的连接要为基坑回弹留有一定空间。对钢支撑施加预应力前，油泵校验工作要提期进行，以确保油泵数据准确，稳定运行并定期校验。同时，对每根支撑施加预应力进行记录备查，如钢支撑支撑轴力不达标，或由于支护结构出现过大的扭曲而破坏支护结构的稳定性，最终造成基坑因支撑体系受损而坍塌。安装好钢支撑后，在支撑一端依据设计值施加第一次预应力，同时对接头螺栓拧紧情况进行检查；第一次施加预应力，需要对预应力的损失及围护结构水平位移在24h内进行监测，按照设计值对预应力进行复加。如果昼夜温差过大，在一定程度上损失支撑预应力，按照设计值在当天低温时立即对预应力进行复加；如果基坑变形速率超出控制范围，同时接近警戒值，但是支撑轴力没有达到自身规定值，这时在征得设计的同意后，可以通过增大支撑轴力的方式对变形进行控制；对于围护结构来说，如果变形过大，通过被动区注浆的方式对围护结构位移进行控制，注浆1-2h内，按照设计值对注浆范围支撑预应力进行复加，进而在一定程度上将围护结构外移所造成的应力损失降到最低；如果支撑轴力接近或者超出设计值，需要增设支撑分解轴力，进一步提高抗变形能力，防止基坑变形增大。

结束语

地铁工程建设投资大，施工周期长，车站基坑一般位于城市中心区周边建筑物密集、各种地下管线多，工程结构及施工工艺复杂，包括工程自然环境、场地条件等工程风险影响因素多，因此，造成地铁工程建设期间的风险发生机理具有多发性，潜在的不利后果和损失具有严重性或灾难性，由此而产生的环境影响和社会影响范围大、程度严重，地下工程建设必须加强风险管理，坚持“安全第一、预防为主、综合治理”的原则，采取有效的管理措施和技术措施，减少或降低可能发生的风险及损失。

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