承壓水異型結(jié)構(gòu)超深基坑開挖階段施工監(jiān)理實踐

李丙寅

【摘要】本文針對上海軌道交通13號線盾構(gòu)措施井工程存在微承壓水和承壓水復雜的水文地質(zhì)條件、工程本身不利的異型結(jié)構(gòu)和超深基坑特征以及苛刻的環(huán)境保護工況條件，分析了工程的風險等級及監(jiān)管類型，并就如何進行開挖前準備以及開挖過程中的監(jiān)理，特別是在遇到實際問題時所采取的針對性措施進行探討；作者結(jié)合本工程監(jiān)理實踐，總結(jié)了承壓水異型結(jié)構(gòu)超深基坑工程施工監(jiān)理體會，供同仁參考。

【關(guān)鍵詞】微承壓水；承壓水；異型結(jié)構(gòu)；超深基坑；風險等級；按需降水；風險控制；專項獎勵；應急搶險設備

1. 工程概況

（1）上海軌道交通13號線盾構(gòu)措施井工程位于浦東新區(qū)打浦路隧道口東側(cè)，耀華路以北；該工程為地下三層單跨結(jié)構(gòu)，基坑長度約為74.5m，寬度約為11.6～18.8m，為“Y型”異性結(jié)構(gòu)，開挖深度為27m，基坑圍護結(jié)構(gòu)采用1200mm厚的地下連續(xù)墻，墻深49～50m。

（2）根據(jù)“詳勘報告”中微承壓水觀測孔資料，微承壓水分布⑤-2砂質(zhì)粉土層中，第⑤-2層微承壓水水頭埋深為3.95米；⑤-2層揭示的頂板埋深為16.6～17.5m。根據(jù)區(qū)域觀測資料，微承壓水水頭埋深約為地表下3.0～8.0m，并呈幅度不等的周期性變化；承壓水分布于⑦-1灰色砂質(zhì)粉土、⑦-2灰～青灰色粉細砂層中；⑦-1層為上海地區(qū)第一承壓含水層，其揭示的頂板埋深為47.3～57.6m；根據(jù)區(qū)域觀測資料，承壓水水頭埋深約為地表下5.0～10.0m，并呈幅度不等的周期性變化。

（3）本盾構(gòu)井距離已建上南花城D2號樓基礎僅7.9m；距離正在運營的打浦路隧道最短距離僅12m；上述兩建（構(gòu)）筑物與本基坑的最短距離均小于本基坑開挖深度0.7 H。

2. 風險等級及監(jiān)管類型

依據(jù)上海申通地鐵風險評價文件，結(jié)合本工程受⑤-2層微承壓水和⑦-1層承壓水影響并處于較厚的砂性土層的水文地質(zhì)條件、基坑開挖深度0.7 H范圍內(nèi)有需要重點保護的建（構(gòu)）筑物——上南花城D2號樓以及打浦路隧道的特殊工況條件、基坑超深（大于20m）及結(jié)構(gòu)異性（受力體系復雜）的工程本身特征等進行綜合分析后認為，本工程的風險等級為五級。主要風險是：地下連續(xù)墻墻體接縫流砂、微承壓水及承壓水引起坑底突涌，并進而誘發(fā)支撐體系失穩(wěn)而發(fā)生基坑坍塌事故，甚至造成打浦路隧道發(fā)生嚴重變形而影響城市交通運行安全乃至災難性的涌砂事故。這些事故產(chǎn)生的后果可能具有災難性，令人無法或難以接受，因此，本工程也作為2008年上半年上海市軌道交通建設風險最大的深基坑工程之一，倍受社會各界廣泛關(guān)注。

3. 施工監(jiān)理

3.1開挖前的監(jiān)理準備。

3.1.1基坑開挖之前監(jiān)理做了非常充分的準備工作：監(jiān)理部先后兩次邀請公司資深專家對全體監(jiān)理人員講授地下工程監(jiān)理控制重點以及深基坑開挖監(jiān)理要點，通過兩次集中講評，監(jiān)理人員不僅進一步提高了對軌道交通工程質(zhì)量和安全風險的認識，更重要的是提高了控制質(zhì)量和安全風險的能力，監(jiān)理人員業(yè)務素質(zhì)全面得到提升；監(jiān)理部對監(jiān)理人員進行了優(yōu)化調(diào)整，抽調(diào)既有現(xiàn)場經(jīng)驗又有高度責任心的監(jiān)理人員具體承擔本工程開挖階段的監(jiān)理任務；監(jiān)理組事先精心編制了有針對性的深基坑開挖監(jiān)理實施細則，明確了監(jiān)理的內(nèi)容和要求，交底到施工單位和相關(guān)監(jiān)理人員；在公司的支持下監(jiān)理部還專門建立了本工程基坑開挖風險控制專項獎勵資金。

3.1.2突出預控，嚴格控制基坑開挖節(jié)點驗收。

（1）開挖前，對參與挖土、支撐、降水、堵漏、監(jiān)測等分包單位各方的企業(yè)資質(zhì)和業(yè)績、管理人員的資格、工程設備的適應能力、現(xiàn)場管理制度等情況進行綜合評定，符合要求后，方可進場；

（2）在基坑開挖條件節(jié)點驗收中，監(jiān)理認真編制了本工程《圍護結(jié)構(gòu)質(zhì)量評估報告》和《監(jiān)理工作小結(jié)》，監(jiān)理對圍護結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量提出結(jié)論性評價意見——工程質(zhì)量“合格”；

（3）對地墻施工中轉(zhuǎn)角幅、異型幅、充盈系數(shù)較大、鋼筋籠下放困難、超聲波測試異常、存在割籠處理等槽段進行重點梳理，并列出清單，供參加驗收的專家參考；

（4）嚴格按照上海市深基坑開挖條件節(jié)點驗收檢查表“15條檢查項目”進行逐項檢查，做到施工單位檢查人員有簽字、監(jiān)理復查人員以及總監(jiān)代表有復查意見、總監(jiān)有審核確認結(jié)論；

（5）對節(jié)點驗收中提出的問題，監(jiān)理落實專人督促施工單位整改并回復；總監(jiān)在確認開挖條件成熟，并征得建設單位同意后，及時簽發(fā)“挖工開工令”。

3.2開挖過程中的管理。基坑開挖是一個動態(tài)過程，必須堅持動態(tài)控制，及時收集、掌握、分析有關(guān)挖土、降水、支撐、堵漏、監(jiān)測等各類信息，以便及時準確發(fā)出監(jiān)理指令，有效實施過程控制。開挖過程中遇到的主要問題和采取的針對性措施有：

3.2.1降水異常問題：

3.2.1.1本措施井坑內(nèi)共設6口疏干井，2008年2月17日開始降水，根據(jù)計算和抽水統(tǒng)計，至4月中旬，抽水量已經(jīng)達到理論賦水量的80%以上，但是單口井出水量和單日累計出水量均沒有明顯減少跡象；根據(jù)觀察，6口井全部停抽后，靜水位回升很快，24H回升量達到8.8m之多， 可能有外部補給水源存在；在5口疏干井同時抽水、另一口井作為觀察井和備用抽水井的情況下，很容易做到水位控制在開挖面以下2米左右水平，能保證基坑挖土對降水水位的要求。針對現(xiàn)場異常情況，監(jiān)理及時向建設單位做了匯報，并極力要求施工單位組織專家予以會診。專家會診分析認為：在坑外進行地基防滲處理之后，基本排除因墻體滲漏發(fā)生水平方向大量補充水源的可能；而在垂直方向可能存在較大的補充水源，很大可能是⑤-2層微承壓水與⑦-1層承壓水局部相通，但單位時間內(nèi)補充的承壓水的水量尚未達到大于5口疏干井正常抽水總量的程度，只要現(xiàn)場管理和技術(shù)措施到位，開挖仍是安全的。

3.2.1.2采取的措施有：（1）成立專家組，隨時為現(xiàn)場提供技術(shù)支持。（2）加強降水管理，專業(yè)降水單位現(xiàn)場人員加強降水井的檢查和降水設備維護，保證設備可靠運行；嚴格控制降水水位，水位保持在開挖面以下1m～2m；同時密切關(guān)注坑外兩口觀察井的水位變化情況，日變化較大時，及時采取措施處理并在必要時啟用坑外3口承壓井降壓；準備多臺備用水泵，以備急用；現(xiàn)場監(jiān)理人員每天兩次對抽水量和降水水位進行獨立計量，保證降水數(shù)據(jù)準確可靠。（3）將地墻接縫堵漏為重點，專業(yè)堵漏人員堅持24小時井下巡邏檢查地墻接縫滲水情況、檢查落實堵漏物資到位情況，一旦發(fā)現(xiàn)滲漏點，保證在第一時間準確實施堵漏，防止事態(tài)擴大。（4）加大監(jiān)測頻率，密切關(guān)注打浦路隧道變形以及周圍環(huán)境沉降變化情況，實現(xiàn)信息化施工。

3.2.2挖土設備經(jīng)常損壞以及進度偏慢問題：

3.2.2.1基坑大部分處于較厚的⑤2層砂質(zhì)粉土層中 ，該土層滲透性強，在動水條件下，容易液化，流動性強；但在實施坑內(nèi)降水以后，開挖面以上的砂質(zhì)粉土固結(jié)后又有較高的硬度和抗壓強度，用上海地區(qū)通常使用的挖土設備-“克林”吊抓斗很難通過自重實施有效抓土，抓土后又不能靠土的自重很好的自然卸土，開挖功效很低，設備也經(jīng)常損壞，極大的制約了挖土施工的進度，對基坑安全極為不利；挖土分包單位的成本大大提高，其他相關(guān)分包也因挖土進度緩慢波及了自身利益而多有怨言。

3.2.2.2采取的措施有：（1）改進挖土工藝：采用小挖機在坑下事先鏟運松動、積極配合井上“克林”吊再抓的方法，提高了“克林”吊抓土效率；（2）調(diào)整挖土作業(yè)班制：由一天一班制為雙班制，最大限度地提高設備的使用效率；（3）優(yōu)化挖土施工工藝：在最后兩層土開挖時，將單層分段挖土改為分層分段開挖，并同底板施工配合，形成流水作業(yè)，大大縮短了施工工期；（4）采取技術(shù)措施，加快底板施工：通過優(yōu)化設計，辦理了底板施工設計變更單，由原設計的三個施工段變更為六個施工段，縮短了每個施工段的持續(xù)時間，不僅加快了底板施工進度，也極大的降低了施工安全風險。

3.2.3應急搶險鉆孔設備不能很好適應施工工況問題。面對措施井基坑開挖高風險的嚴峻形勢，應急搶險鉆孔設備的落實被放到了十分突出的位置。但盡管在經(jīng)濟發(fā)達的上海地區(qū)，應急搶險鉆孔專用設備——“Atlas Copco”也只有區(qū)區(qū)幾臺，鉆孔搶險設備組織難度較大，施工單位最初試圖采用自購的HTM-120型全液壓潛孔鉆機作為搶險鉆孔應急之用，但是經(jīng)過實地反復實踐，其性能不能滿足應急搶險“快速、準確、高效”的要求，在此情況下，監(jiān)理要求施工單位將HTM-120型全液壓潛孔鉆機退場、并馬上向上級申請組織調(diào)撥最關(guān)鍵的搶險鉆孔設備——“Atlas Copco”馬上進場，隨時待命。

3.2.4地墻內(nèi)側(cè)表面局部出現(xiàn)鋼筋夾泥問題。

3.2.4.1基坑開挖以后，監(jiān)理發(fā)現(xiàn)在地墻內(nèi)側(cè)表面局部區(qū)域外層鋼筋之間存在夾泥現(xiàn)象，雖然夾泥厚度不大，但若處理不徹底，將對結(jié)構(gòu)質(zhì)量和使用壽命造成不利影響，甚至存在安全隱患。

3.2.4.2采取的措施有：（1）要求施工單位及時編報《地墻夾泥處理方案》；（2）監(jiān)理對夾泥部位進行見證摸排，弄清夾泥情況，并報建設單位備案；（3）處理過程嚴格按照方案實施，監(jiān)理重點把關(guān)，實行旁站監(jiān)理，保證清理質(zhì)量。

4. 監(jiān)理工作成效

盾構(gòu)措施井自2008年3月4日開挖至2008年6月2日最后一塊底板完成，歷時三個月，環(huán)境監(jiān)測報表顯示，除1個墻體測斜點發(fā)生墻體水平位移累計報警外，其余監(jiān)測點數(shù)據(jù)均未達到報警值；至2008年8月15日結(jié)構(gòu)完成、降水井停抽時，周圍環(huán)境地表沉降值均控制在允許范圍之內(nèi)，有效地控制了重大風險源，順利實現(xiàn)了進度、安全、質(zhì)量等各項目標；在上海市2008年第三季度深基坑、旁通道施工專項檢查評比中，該措施井工程受到上海市安質(zhì)監(jiān)總站的通報表揚（見滬安質(zhì)監(jiān)074號文）。

5. 幾點體會

5.1眾所周知，當前重大市政工程的安全質(zhì)量形勢相當嚴竣，重大安全和質(zhì)量事故時有發(fā)生，一個最重要的原因是從業(yè)人員的數(shù)量和素質(zhì)不能滿足高速發(fā)展的市政建設的需要。在此形勢下，筆者認為：建設一項重大的市政工程已經(jīng)不僅僅是施工單位自己的事，更不僅僅是監(jiān)理單位的事了。要建設好一項工程，關(guān)乎到社會的方方面面，必須充分利用參建各方甚至動用全社會的力量，才能最終達到“政府放心”、“人民滿意”的期望效果。例如：對深基坑工程設計及施工方案科學技術(shù)委員會專家評審、開挖之前深基坑開挖條件節(jié)點 “四方驗收”、開挖過程中針對異常情況組織的專家會診、應急資源特別是專用搶險設備如“Atlas Copco”的調(diào)撥、預案中搶險路線的選擇和疏通等等，都是施工項目部乃至施工企業(yè)所力所不及的，必須動用社會資源。

5.2地墻質(zhì)量的好壞，直接影響圍護結(jié)構(gòu)的效果和施工的安全，所以深基坑工程要從地墻等圍護結(jié)構(gòu)施工開始，認真抓好質(zhì)量控制，盡量減少地墻接縫夾泥、接駁器附近混凝土疏松等質(zhì)量通病，為后期的基坑開挖打好堅實的基礎。

5.3降水質(zhì)量是深基坑開挖安全的生命線，必須在分包隊伍選擇、人員配備、現(xiàn)場協(xié)調(diào)配合等方面充分重視。穩(wěn)定的隊伍、穩(wěn)定的水位是降水工作成敗的關(guān)鍵，“按需降水”把握得當，不僅是保證深基坑挖土安全的必要條件，也是減少周圍環(huán)境變形的必要措施。

5.4根據(jù)地下工程高風險的特點，監(jiān)理工作也要與時俱進，不斷總結(jié)探索新方法和新手段，提高工作成效：如對水位水量進行單獨計量，能夠收到類似“測量復核”、“工程材料平行檢驗”的功效；開挖期間堅持每天由總監(jiān)組織召開現(xiàn)場碰頭會，對協(xié)調(diào)參建各方的關(guān)系具有較高的現(xiàn)實意義；建立基坑開挖風險控制專項獎勵制度是體現(xiàn)監(jiān)理組內(nèi)部“責、權(quán)、利”關(guān)系的有益嘗試。

5.5本工程從施工單位自購一臺HTM-120型全液壓潛孔鉆機嘗試鉆孔開始，到最終將“Atlas Copco”這一關(guān)鍵應急設備運至現(xiàn)場，體現(xiàn)了項目部對重大風險的認識高度和處理安全隱患的決心，實踐了應急措施“寫在紙上、掛在嘴上、落到實處”的有機統(tǒng)一；盡管最終基坑順利見底，并沒有發(fā)生涌砂搶險緊急事件，“Atlas Copco”也沒有派上用場，看似勞民傷財，但“Atlas Copco”的到場是完全必要的，用實踐詮釋了“應急預案”的真實含義。

5.6上海地區(qū)深基坑工程施工工藝已經(jīng)相當成熟，而且已經(jīng)積累了非常豐富而又相當專業(yè)的施工管理經(jīng)驗，只要參建各方真正重視了風險的存在，切實落實了相應的措施，那么，違章指揮、違章操作、違反勞動紀律的“三違”現(xiàn)象必然就少了，在過程中再輔以科學的組織管理，“一切事故都是可以避免的”將可能成為現(xiàn)實！