地鐵深基坑施工風險及控制措施研究

朱小軍

中鐵二局第一工程有限公司，貴州 貴陽 550000

1 地鐵深基坑施工存在的風險

1.1 圍護結構滲漏水風險

廣州地鐵明挖基坑常見的圍護結構形式主要為地下連續墻和鉆孔樁+旋噴止水樁兩種。兩種支護形式雖然存在不同，但是其滲漏水的核心問題均是圍護結構本身存在質量缺陷，在外界條件的誘因下造成的滲漏水情況較多。圍護結構的施工主要是靠泥漿護壁成孔，泥漿濃度過大，會造成混凝土灌注困難，存在斷樁（墻）的風險；泥漿濃度過小，會引起樁（墻）壁在重力和水土壓力不斷平衡的情況下塌陷，圍護結構的質量控制較困難。同時受施工工藝和目前的技術條件限制，連續墻（樁）均采用分幅施工，基坑存在大量的連續墻（樁）接頭。以連續墻為例，目前常用的接頭主要有工字鋼接頭和套銑接頭，因套銑接頭施工成本貴，在施工時通常選用成本相對低廉的工字鋼接頭，而工字鋼接頭在一期槽段施工過程中，需先采用沙袋等回填，二期槽段施工時，將沙袋等雜物用專用刷壁器沖刷干凈。刷壁的質量與各施工人員的經驗和責任意識有關，若接頭施工質量參差不齊，則存在滲漏水的隱患。特別是在地下水位高、砂層較厚或存在深厚淤泥層等不良地質情況下，滲漏水問題更為明顯。

1.2 坑內邊坡滑塌風險

廣州市屬于沿海城市，區域廣布海陸交相淤泥質土、砂層等不良地層，地質變化起伏，各類地層復雜交錯布置，這些地質條件和環境給深基坑的開挖帶來了較大挑戰。首先，現有廣州地鐵建設大部分在老城區內，施工場地十分狹小，受出土效率和施工時間限制，不可避免在基坑邊進行大量臨時堆載和機械擺放施工，增加了因邊坡超載引發的邊坡坍塌的風險。其次，地下各類復雜交互地層下土體的坡率控制不到位，在地下水豐富的作用和影響下發生滑坡的風險較為突出。最后，在具體施工環節，還存在未及時完成支護措施，施工開挖掏“神仙土”等導致邊坡滑坡、塌陷的問題。

1.3 支撐不穩風險

深基坑常用的內支撐為混凝土支撐和鋼支撐。整體而言，支撐不穩的風險相對較低，混凝土支撐不穩的風險遠遠小于鋼支撐失穩風險。混凝土支撐在基坑圍護結構變形過大甚至基坑坍塌，軸力遠超過本身的極限承載力時容易發生失穩；坑外土體卸載，使原本受壓的構件成為受拉構件，造成支撐失穩；鋼支撐過長而支承鋼支撐的格構柱設置不合理，也會造成鋼支撐失穩；施工人員施工時連接部位不穩、不牢，固定不佳等現象，同樣會造成鋼支撐失穩。

1.4 基坑底部突涌水和土體隆起的風險

一般而言，基坑施工中都會采用降水措施。無論是坑內降水還是坑外降水，都會造成基坑內外水位存在較大的落差。若降水措施不合理，則很難將基坑內地下水位控制在一個合理的范圍，造成基坑無法正常開挖。若基底地層處于承壓水地層中或溶洞未處理、透水性極強的軟弱土層中時，極有可能出現坑底涌水等現象。同時受土體自重和地下水位的影響，當基坑底部水頭壓力較大時，還可能會發生底部土體隆起現象。上述施工風險主要由工程地質勘察不明、設計方案不合理、施工順序不正確等問題導致。

1.5 周邊建構筑沉降開裂等風險

基坑施工過程中，為確保開挖過程中人員和設備的安全，必須采取降水措施，因地下水流失、圍護結構滲漏、土體卸載和基坑坍塌后引起的圍護結構變形都可能引發周邊建構筑物的沉降開裂等現象，嚴重程度又與建構筑物本身的基礎形式、地基處理方式和與基坑的距離關系有很大的關系。一般而言，樁基礎的沉降小于天然基礎，距離基坑越遠的沉降，開裂的風險越小。

2 地鐵深基坑施工風險控制措施

2.1 勘察階段的風險控制

在地鐵基坑施工過程中，探明地質十分重要，也是一切工作的基礎。在勘察階段，勘察人員可采取以下措施控制施工風險：第一，查明不良地質（采空區、巖溶、地裂縫、地面沉降、有害氣體）的特征、分布范圍、發展趨勢和危害程度；第二，查明場地范圍內巖土層的類型、分布范圍，分析和評價地基的穩定性、均勻性和承載能力，提出天然地基、地基處理或樁基等地基基礎方案的建議，為需進行沉降計算的建（構）筑物、路基等提供地基變形計算參數；第三，進行巖土施工工程分級，提出對地下工程不利影響的工程地質問題及防治措施的建議，提供基坑支護、施工所需的巖土參數；第四，查明地表水體的分布、水位、水深、水質、防滲措施、淤積物分布及地表水與地下水的水力聯系等，分析地表水體可能對工程造成的危害；第五，查明地下水的埋藏條件，如地下水類型、水位、巖土滲透系數、變化幅度等水文地質資料，提出地下水控制措施的建議。

2.2 設計階段的風險控制

科學合理的基坑設計是整個項目建設的有效條件，設計方案和圖紙是重要的參考依據。在設計階段，設計人員可采取以下措施控制施工風險。第一，充分結合勘察單位提供的地質資料進行圍護結構形式的選擇，在條件允許情況下，優先選擇地下連續墻結構和套銑接頭形式，若因條件限制需采用鉆孔樁或工字鋼接頭時，應結合實際情況明確泥漿的具體參數和終止標準，同時應根據不同的工藝選擇優化連續墻的錨固深度和各類設計參數。第二，優化設計計算方式，目前通常采用理正深基坑軟件進行基坑的二維計算，局部計算無法全面真實地反饋地層變化情況，在地質變化較大時造成偏差較大，建議采用理正軟件計算時，還需采用Midas XD等大型三維軟件進行建模計算，重點關注地質變化較大區域、周邊建筑物密集區的復核計算，對底部處于軟弱土層時，還需對抗隆起和基底涌水量等進行細部的檢算，如抗隆起無法滿足時，需對基底地基進行提前加固處理。第三，根據周邊建構筑的重要性制訂科學有效的降水措施，減小降水對周邊環境的影響。第四，將設計的原理、原則、施工相關規范和設計階段主要考慮的預防措施對施工單位進行交底，使施工單位從源頭上理解和控制風險。

2.3 施工階段的風險控制

風險能否得到有效控制，重點在施工階段，施工過程中需重點從以下方面控制風險。

第一，圍護結構的施工質量直接關系到整個基坑能否正常開挖的重要條件，首先在施工中應重點控制成槽泥漿的比重和黏度等指標，根據地質條件制訂不同地層下的泥漿控制指標尤為關鍵，接著嚴格控制接頭的刷壁質量，在刷壁過程中必須派駐有豐富經驗的管理人員進行旁站監督，確保接縫沖刷干凈無泥漿和沙袋等雜物，同時做好原始數據的收集工作，為后期圍護結構完成后開挖前評估提供綜合判定依據，最后加強對施工作業人員的教育，強調施工質量的重要性和危害，在有條件時采用鎖口管或鎖口箱替代沙袋回填，確保接縫的施工質量。

第二，采取科學的開挖和降水方式。合理的開挖順序、嚴謹的場地布置可保證基坑邊坡影響范圍內不超載。嚴格按照勘察報告的建議坡率進行開挖，嚴禁掏“神仙土”，嚴禁違章指揮和違章操作等均是控制坑內邊坡滑塌的有效措施。科學降水、按需降水是保證周邊建筑物沉降控制的關鍵。根據地質條件進行基底預加固，并在加固結束后及時封閉降水井是防止基底突涌水和基底隆起的有效方式。

第三，嚴格科學監測。對圍護結構變形、支撐軸力、周邊建筑物沉降進行全過程監測，充分利用先進技術手段（如遙感測繪、自動傳感監測）等，及時反饋信息，提前進行預判是基坑風險控制最有效的手段。

2.4 健全風險巡查控制制度及應急聯動機制

首先，各單位要根據企業和地域特點編制科學可行的風險管理辦法，并組織相關人員進行學習，使全體參建人員有效掌握相關制度和知識。其次，加強施工巡查工作，只有通過及時有效的巡查，才能及時反饋施工中的異常情況，并提供給專業技術人員進行預分析和預處理，將施工風險遏制在萌芽狀態。最后，制訂有效的應急處置方案，確保在風險發生時可采取科學有效的組織救援和控制措施，盡量減少對企業的負面影響。

3 結束語

綜上所述，深基坑施工過程復雜，施工過程中需要考慮的因素眾多，施工風險貫穿整個建設的各個階段，風險的源頭在勘察設計階段，風險控制的重點在施工階段，只有參建的各方充分識別各類風險，才能采取具有針對性的措施有效控制風險，也才能確保各施工階段的基坑安全，這對企業的發展具有積極深遠的意義。