基于青島某地鐵基坑監測預報警安全管理機制分析

聶祝寶 謝 鵬

(1.青島地鐵集團有限公司，山東青島 266000； 2.中國鐵路設計集團有限公司，天津 300251)

1 概述

在地下軌道交通修建的過程中，確保地鐵圍護結構、主體結構及周邊環境的安全性和穩定性十分必要[1-2]。

目前，國內外學者和工程技術人員對地鐵基坑監測預報警安全管理機制進行了大量的研究。徐楊青、程琳[3]采用面向對象的編程語言C#，以及現代化的數據庫存儲技術SQL Server 2005，結合基坑工程的專業知識，開發了一套監測數據處理系統。周二眾、劉星等[4]以“Leica TPS1200+測量機器人”為基礎，以VB6.0和SQL2005數據庫為平臺，開發了深基坑動態監測的實用軟件系統。吳振君、王浩等[5]在GIS圖形可視化技術基礎上，系統地實現了區域內多個基坑地質勘察、設計、施工等資料，以及測點信息、監測儀器、監測數據、周邊建筑物等相關數據的全面采集和成果輸出的自動化。

在地鐵基坑施工過程中，對基坑圍護結構、主體結構和周邊環境進行施工監測是基坑工程安全管理的有效途徑，也是必不可少的重要環節[6]。通過合理科學的施工監測，可及時發現施工現場各項指標的變動情況，對有可能發生的危險進行及時的預警和報警，以方便做出合理的判斷和采取相應的措施。以青島地鐵1號線某地鐵車站為工程背景，對其存在的工程風險及監測重點、監測項目對象及其精度、風險咨詢及應急方案進行分析，從而建立地鐵車站施工監測預報警安全管理機制[7-8]。

2 工程概況

青島某地鐵車站位于山東省青島市黃島開發區新港山路下方，沿新港山路東西向布置，地面較為平坦。車站起點里程為YSK18+932.55，終點里程為YSK19+184.4，中心里程為YSK19+022.000，全長251.85 m，標準段寬約20.0 m。本站為地下兩層島式車站，站臺寬11 m，有效站臺長118 m，車站底板高程為-14.4 m，埋深約為19 m。車站共設4個出入口，一個安全出入口，二組風亭，采用明挖順作法施工。

車站場地南側為大片居民小區，主要為山海灣住宅樓。北側為大片廠房，以上建(構)筑物均距擬建車站場地較遠，地上建(構)筑物一般采用天然地基，對工程基本無影響。

基坑地層從上到下為填土、淤泥質粉質黏土、粉質黏土、強風化花崗巖。第四系孔隙潛水主要賦存于雜填土、淤泥質粉質黏土層中，基巖裂隙水賦存于強風化花崗巖裂隙中，地下水對基坑具有不利影響。基底為強風化花崗巖，力學性質較好，可作為地基持力層，局部為上更新統晚期粉質黏土，工程性質一般，可作為地基持力層。

3 風險工程及監測重點

車站施工過程中，主要風險為車站圍護結構自身變形引起的自身結構安全問題；基坑周邊市政管線眾多，車站圍護結構變形、開挖施工也會對周邊建筑物管線產生影響(如表1所示)。

施工過程中，應加強開挖面地質觀察、滲漏水以及圍護結構變形等巡視工作，并做好相關記錄；監測數據異常時，應加大監測頻率，并將監測結果及時反饋給相關部門，確保工程結構體系及周邊環境的安全[9-10]。

綜合分析工程自身風險及周邊環境風險，確定本工程監測等級為二級。

表1 車站風險源匯總

4 監測項目對象及其精度

該地鐵車站基坑監測平面示意如圖1所示，其車站監測項目、對象及精度統計如表2所示。

圖1 車站基坑監測平面示意

圖2 擴大端監測點布置

序號監測項目位置或監測對象監測儀器監測精度1地表沉降基坑周邊地面精密水準儀1.0mm2地下管線沉降管線接頭精密水準儀1.0mm3圍護樁頂豎向水平沉降圍護樁上端部精密水準儀經緯儀1.0mm4圍護樁體水平位移圍護樁內測斜管、測斜儀1.0mm5支撐軸力支撐端部或中部頻率接收儀≤1/100(F.S)6地下水位基坑周邊水位管水位計5.0mm

5 監測預報警及數據分析

5.1 警情發生

2017年5月22日9時50分左右，車站基坑西南側擴大端底部突然出現混凝土掉落現象，隨即出現涌水涌沙。發現后第一時間發布了預報警情，并加強了地表沉降、軸力、測斜等幾個項目的監測作業。監測點布置如圖2所示，當日現場各監測項目變化速率如表3。

表3 各監測項目變化速率統計

發生警情后，樁體測斜值出現明顯突變，CX02測點當日變化情況如表4所示。

表4 樁體測斜CX02速率變化情況

5.2 膜袋樁加固工藝

出現管涌后，地表、管線沉降變化量較大，很多測點相繼出現了預報警的情況，為避免情況的進一步惡化，首先進行坑內降水，然后采用膜袋樁對基坑外部進行加固止水。

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膜袋樁止水是目前國內較新型的加固止水方式，相較于傳統的袖閥管樁和高壓旋噴樁施工工藝，克服了一系列袖閥管樁和高壓旋噴樁的缺點，如膜袋樁能有效控制注漿漿液擴散范圍，使其能成為連續的樁體，克服了跑漿、冒漿和串漿的問題，同時也大幅度減小了對加固區周圍土體的擾動，解決了廢棄漿液的處理等問題。膜袋樁加固止水示意如圖3所示。

圖3 膜袋樁加固止水示意

由圖3可知，膜袋樁在土體表面通過壓力作用向樁體內注漿，隨著袋內漿液不斷增多，內部漿液不斷擠壓，最終形成與膜袋樁直徑一致且強度和密實度較高的樁體，其施工工藝為：

①膜袋加工

根據注漿加固深度，把膜袋綁扎在φ32鋼管上，對鋼管兩端進行車絲，管壁上鉆孔，鉆孔直徑為10 mm，鉆孔個數控制在4～6個。膜袋分兩段進行綁扎，上段膜袋和下段膜袋使用封隔器分段，封隔器長度為0.5 mm，封隔器兩端車絲。下段膜袋鋼管底部使用膜袋布包裹，然后采用黑色防水膠布綁扎。

②下放膜袋

將綁扎好的膜袋和φ32鋼管連接，依次把膜袋下放到鉆孔底部，鋼管露出地面500 mm。露出地面的鋼管連接注漿閥門。

③上段膜袋注漿

采用強度等級為42.5 MPa的普通硅酸鹽水泥，水泥漿液的水灰比為0.8∶1，注漿壓力達到1 MPa后停止注漿。

上段膜袋注漿完成后，使用φ20鍍鋅鋼管，鋼管一端車絲(連接高壓水管)，一端做成尖銳狀態。把削尖的一端下到φ32的鋼管內進行清洗，清洗完成后捅開封隔器，進行下段膜袋注漿。

⑤下段膜袋注漿

采用強度等級為42.5 MPa的普通硅酸鹽水泥，水泥漿液的水灰比為0.8∶1。下段膜袋水泥漿和控制液同時灌注，注漿壓力達到1 MPa后停止注漿。

采取膜袋樁加固止水后，各監測數據變化量趨于穩定。地表沉降、管線沉降和典型樁體測斜累計變化如圖4～圖6所示。

圖4 地表沉降累計變化量曲線

圖5 管線沉降累計變化量曲線

圖6 測斜CX02累計變化量曲線

由圖4可知，該站較大區域出現了地表沉降值超過40 mm的情況，經過加固后沉降值趨于穩定；各監測管線累計沉降變化情況如圖5所示，其中GGC02、GGC03、YGC02為沉降量較大的管線沉降點，GGC02、GGC03為直接管線沉降點，加固后的管線沉降也趨于穩定。由圖6可知，從5月29日起，測斜點CX02累計變化量維持在穩定狀態，且變化值均在控制范圍以內。

6 風險咨詢及安全風險管理

6.1 安全風險咨詢及服務方案

(1)施工工藝因素引起的變形風險

基坑開挖暴露時間過長、支撐安裝不及時、支撐受力面積減小、圍護結構存在瑕疵、滲漏水等原因，都會造成坑內坑外壓差過大并引起土體位移。

該部分由施工產生的地表沉降、隆起，襯砌結構收斂變形大所帶來的風險，可通過隆沉數據、收斂數據、支護結構、洞內巡視等方式得以反映。

(2)水文地質因素引起的沉降風險

大面積的降水會引起周邊的地表沉降，給臨近的軌道交通帶來次生風險。通過監測數據反映施工中的沉降情況，也是檢驗降水是否恰當、降水井點數量使用是否合理的一個輔助方法。

綜上所述，需要通過技防(采取有效的技術措施及手段)、人防(通過技術手段采集樣本，結合人力資源管理保障監測體系的有效)、管理防范(通過建立工程程序、工作原則等保障監測體系的運轉)三個方面來保障監測質量[11-13]。

6.2 安全風險管理

(1)成立安全風險管理專家組，縮短風險決策時間，提高風險管理水平，協助業主建立完善安全風險監控管理體系。

第三方監測單位進場后，依據建設單位風險管理體系文件及建設文件等，深入分析本工程特點，建立全新的安全風險監控體系，包括安全風險管理機構的組織構架、人員要求、規章制度、管理規定、技術標準、工作程序等內容。各單位彼此溝通了解項目風險信息，在項目正式施工之前建立起完善的風險管理體系，使各單位在明確各崗位權限、設定和工作響應流程之外，在發生險情時能迅速制定應急方案并實施。項目在施工過程中所依照的風險管理流程如圖7所示。

圖7 工程施工階段遵循的風險管理流程

(2)協助建設單位進行安全風險監控管理，協助業主對施工單位和監理單位安全風險監控體系的執行情況，監控，信息報送反饋，預警評估等進行監督、檢查和指導，參與施工監控實施方案、風險處理方案的評審[14-16]。