地鐵車站深基坑開挖變形與影響因素探究

劉國鋒

（中鐵十九局集團軌道交通工程有限公司，北京 101300）

0 引言

根據統計，我國已經有60 多座城市有了或者正在開發軌道線路，總里程大約有7000 多公里[1]。城市軌道建設規模在不斷加大，而其周邊又存在很多建筑物，因此必須考慮挖掘地鐵基坑對周圍環境的影響。

1 地鐵車站深基坑開挖對周邊建筑物結構安全的影響

開挖深基坑對周邊建筑物的影響一般遵循以下規律：①挖掘基坑時會使周邊土層受到不均衡的壓力，致使基坑四周出現變形；②變形后會使相應的土體結構產生移動；③土體結構移動后會產生一定內力從而影響到周圍建筑物的穩定性。

1.1 深基坑開挖對周邊建筑物結構的安全影響評估

1.1.1 搜集基礎資料

在全面調查的基礎上，仔細分析深基坑的地質狀況和周圍建筑物分布狀況，盡可能多地搜集相關地質和水文數據，然后據此采取措施維護周邊建筑物結構的穩定性。首先是規劃地鐵深基坑開挖支護方案；其次是詳細了解地鐵車站構造的相關參數；最后全面評估開挖深基坑可能造成的影響。

1.1.2 三維數值模型分析

全面了解地鐵車站和周圍建筑物的結構特點，再深入分析需要開挖的深基坑狀況，并根據分析結果得出相應的支護方案。再分析模擬開挖基坑可能產生的問題，同時分析車站的構造以及應當采取的支護措施，并考慮支護方案可能受到的影響，做出對周邊建筑物維護的綜合評估。

1.1.3 根據計算結果得出開挖方案

（1）計算車站整體結構產生移動的狀況并總結結果，同時參考類似的地鐵開挖深基坑參數，綜合分析后得出結果。

（2）總結深基坑地質狀況和支護結構特點，分析地鐵深基坑的安全狀況。要根據實際情況科學安排開挖深基坑的進展，并做到合理協調、統一指揮，確保工程安全施工。

（3）在認真總結、全面分析的基礎上，采取合理措施進行基坑開挖，同時按照分區、分層和對稱的原則安全施工，只有遵循這樣的原則才能在開挖過程中確保車站和其相應結構的安全[2]。

另外，要及時監測施工現場水平位移狀況，并根據監測結果采取科學合理的施工方案，配置相應的降排水設備，及時關注容易出問題的節點，做好相應的應急方案。

1.2 基坑開挖施工安全防護措施

1.2.1 基坑分區開挖措施

在深基坑的分區開挖施工過程中，應加強各區域圍護結構的穩定性，選取常規的十字對撐加角撐形式支撐圍護墻的水平結構。保證支撐架設的及時性，最大程度降低負面影響，確保地鐵車站的安全性。

1.2.2 坑內地基加固措施

若開挖的分區具有差異性，則選取的加固措施也應有顯著區別，每種地質環境都有與之相對應的加固方法，為了符合施工要求，一定要保證良好的加固效果。此之，由于深基坑開挖易出現復雜的地質問題，因此應選取科學的加固措施，降低因深基坑開挖對地鐵車站周邊建筑物結構造成的負面影響，如坍塌、沉降和開裂等。

1.2.3 分塊對稱開挖措施

對于不同的地質環境，選取的操作方法和最終產生的結果也有差異，因此，應選擇合理有效的開挖方法。根據分塊對稱開挖原則，不僅要及時對基坑支護實施加固措施，還應精準控制開挖土方，避免因過度開挖而發生傷害性事件，比如影響人們的人身安全等，此外，還要加強對周圍的支護，確保整個支撐體系的穩定性。

2 地鐵車站深基坑開挖變形控制管理辦法與基坑降水管控措施

2.1 深基坑變形控制管理辦法

常規的工程是以機械開挖為主，人工配合為輔，各個環節都需要確保安全。正式開挖前，首先要對鋼筋混凝土支撐及鋼支撐和鋼連系梁進行處理；其次是按照圖紙要求進一步加工，將鋼支撐與地連墻連接。當形成基坑圍護結構后，要根據“開槽支撐、先撐后挖、分層開挖、嚴禁超挖”的原則，將基坑作縱向分段、支撐道數分層的處理。實施過程中要保持一定的對稱性和平衡性。在開挖的過程中，安全意識必不可少，要實時監測、確保安全。應先開挖地連墻接縫處，掏槽檢縫，進行安全方面的檢查，如果安全就繼續施工，反之則需采取回土反壓、堵漏等措施。同時，要堅持適量的原則，不能超挖、深挖，并且保護周圍的降水井不被破壞。前期工程結束后，對成品進行保護，不得使其受到二次破壞。具體的保護措施如下。

（1）支護結構保護。確保結構的完整、規范性，要對支護結構進行檢查與防護，及時排查其有無出現裂縫、較大的變形、滲漏水等不良情況；還要查看地連墻，防止其出現沉陷、滑移、涌土、流沙等現象。

（2）在基坑開挖。保持與要求的一致性，如開挖出的土體土質與巖土勘察報告、開挖范圍與深度、土層的高低寬窄程度、地表水與地下水資源的保護及排放情況、降水設備的運行、基坑周邊裝備布置情況等，都需要及時地進行排查與防護，若有特殊情況，要加以更正。

（3）基坑周邊環境。要進行實時檢查，檢查管道的使用情況、周邊建筑的墻體變化、路面的破損程度以及周圍植物等是否出現異常。

（4）實施監測。檢查設備的完整性，檢查基準點、監測點、檢測元件與其他檢測設備是否已經準備到位，排除障礙物。

（5）符合設計圖紙及設計要求中提到的其他相關注意事項。

2.2 基坑降水管控措施

2.2.1 基坑降水與周邊環境的關系

做好基坑降水工作，首先是適當的含水量，一般將基坑水位控制在坑底以下1.0～2.0 m，有利于基坑內工作人員進行施工作業；其次，穩定的降水系統能夠保持基坑的穩定性，防止滑坡、流沙等不安全因素的出現；最后，適當的水位高度能夠減少對承壓水水頭的壓力，減小地表的沉陷程度，保護周圍的環境。具體方法如下。

（1）按照基坑開挖深度、大小控制降水井的數量，并對抽水量進行人為干預。

（2）對降水井的抽水量進行觀測和記錄，可以借助流量計提高觀測的準確度。

（3）加強對圍護結構的安全檢測。實行降水前，運用相關的方法檢查，預判圍護結構是否存在滲漏情況，如有，做好修補防護措施，避免開挖過程中出現涌水。

（4）在施工的過程中，如果出現降水井不能使用的情況，要立即安排維修人員對用電線路及水泵進行察看，針對不同環節出現的問題進行專項排查和解決，以此保證降水任務的順利開展。按照工程要求，降水過程中要準備10 臺以上的備用泵，占正常使用泵的10%以上，泵的啟動系統要切實可靠[3]。

（5）降水井的正常運行對整個工程起著至關重要的作用。因此在施工過程中，要加強對降水井的安全檢查工作。降水井運行時，需要有充足的電力，對此，最好的解決方法是提供雙電源支持，分別是工業用電和應急發電機，并定期對發電機進行試運行，使電路時刻處于正常準備狀態，以保證降水井得到持續供電，避免造成嚴重后果。

（6）對地表水和地下水的疏干降水，不可盲目進行，要根據基坑的開挖深度與周圍的水質狀況進行施工。可以采用2 個步驟，分別是先將水位降至第二道支撐下2 m，然后把水位降至基底以下1 m。疏干降水過程有一定的時間要求，即每個階段降水在基坑開挖前15～20 d 進行，等到基坑施工過程中部分程序得到穩定之后，再開始后續工作。

2.2.2 基坑降水的管控措施

（1）在基坑降水前，要接受專家的建議和指導，嚴格按規定施工。

（2）對基坑降水運行過程進行全面監控。充分發揮周圍設置的檢查基準點、監測點、檢測元件與其他檢測設備的作用，發現特殊情況，應及時進行處理。

（3）對抽水設備及其運行情況進行監測。為了保證抽水設備處于不間斷運行狀態，要對水泵的工作壓力、真空泵、電機、水泵溫度、電流、電壓、出水情況進行監測。

（4）水泵抽水要按照一定的標準和要求進行，要參照開挖深度與范圍，不得超時抽水、過量抽水，通過適當的監測，可以對潛水水位進行合理控制，防止因使用不合理的降水設備而導致水位降低，從而對基坑周邊環境造成不可挽回的損失。

（5）除了對基坑內水位進行監測外，還要關注基坑外的地下水水位。如果基坑外的地下水水位發生變化，就要及時調整抽水井的運行，控制抽水量。

（6）使用抽水設備時，要進行定期保養和維修，避免雜物掉進井內。冬季要采取相應的防凍措施。

（7）將監測到的數據進行分析、整理和研判。如通過分析試降水監測結果，可以及時修正其滲透系數；對水位、水量的數據進行整理，可以繪制水量Q、時間t 和水位降深S 的關系曲線，分析其發展趨勢，預測將要達到的目標。

3 結語

通過分析地鐵車站深基坑開挖前、開挖時的安全影響因素，能夠對相關工程的實施起到示范作用，從而保證工程安全穩定實施。