巖溶地區基坑工程及樁基礎施工對地鐵結構影響的風險分析

羅春華

廣州軌道交通建設監理有限公司 廣東 廣州 510000

引言

隨著廣州地鐵不斷發展，越來越多的地鐵線路建成并投入運營，既有地鐵結構受鄰近外部項目施工的影響現象不斷增加，控制外部項目施工對地鐵隧道的影響成為越來越重要的工作。鑒于廣州已進行多個巖溶區域鄰近地鐵結構的外部工程設計與施工，且部分工程對地鐵結構及運營造成較大影響，筆者通過收集、分析和總結類似工程案例，結合地鐵保護工作經驗，針對實施的廣州設計之都聯合基坑項目進行風險分析，并擬定相應的管控措施[1]。

1 項目概況

廣州設計之都基礎設施綜合開發項目由30幅地塊以及地塊之間的公共空間組成。地下環路為單層結構，地塊內為2～4層地下室。以地下室大空間建設、聯合開發的原則，共享與私密結合使用的理念進行聯合基坑建設模式開發地下空間。聯合基坑長約460m、寬約370m，周長約1769m，基坑深度約10.5m，面積約170km2。該項目采用聯合基坑建設模式，即在用地外圍做統一基坑支護，統一開挖聯合基坑底，地下空間所有地塊和公共空間共用一個大基坑，各地塊根據建設面積分攤基坑投資的模式。基坑F區采用0.8m厚地連墻+三道鋼筋砼桁架撐的支護形式，基坑深度約16.6m；基坑G區采用0.8m厚格柵式地連墻進行支護，基坑開挖深度約6.6m；H區基坑采用0.8m厚地連墻+三道鋼筋砼桁架撐的支護形式，基坑開挖深度約14m。

2 工程與地鐵結構關系

2.1 基坑F區與地鐵關系

黃邊地鐵站Ⅳ號出入口及F6、F7號風亭與F區基坑地連墻的最小水平凈距為10m，其中地連墻距離Ⅳ號出入口原土釘的最小水平距離約為3m，基坑底標高約-1.60m，地鐵站底板標高約4.80m，基坑深地鐵車站約6.40m；區間隧道與基坑F區地連墻的最小水平凈距為18m。

2.2 基坑F區與地鐵關系

基坑G區地連墻結構外邊線與區間隧道的最小水平凈距為14.1m，基坑底標高約7.90m，地鐵隧道底標高約為3.40～4.28m，基坑淺于地鐵隧道約3.62～4.50m。

2.3 基坑F區與地鐵關系

基坑H區地連墻結構外邊線與區間隧道的最小水平凈距為20.6m，基坑底標高約-0.50m，地鐵隧道底標高約為2.90～3.40m，基坑深地鐵隧道約3.40～3.90m。

3 對地鐵影響的風險評估

3.1 風險預測與識別

3.1.1 環境風險。

3.1.1.1 由于本次聯合基坑設計僅考慮開挖至-2F層，局部地塊基坑比聯合基坑深時，由地塊方獨立開挖支護，后續各地塊獨立建設過程中，涉及建設單位多，受各建設方企業管理、領導理念影響大。

3.1.1.2 該工程及地鐵結構周邊地質條件差，軟塑、可塑性粉質黏土層較厚，砂層級配不良。

3.1.1.3 該區域為巖溶強烈發育場地、以無充填或充填少為主，受廣從斷裂帶影響，基巖張性裂隙發育，坑底溶洞可能與地鐵結構下方溶洞通過巖層裂隙帶、破碎帶連通，與上面砂層相連通，地下水量豐富[2]。

3.1.1.4 受該工程基坑H區影響范圍內對應的地鐵左、右線隧道現狀累計最大沉降分別為-10.1mm、-7.38mm；受該工程基坑F區和G區對應范圍內的地鐵隧道基本表現為向上方隆起，其中左、右線隧道最大隆起分別為9.3mm、5.9mm。

3.1.1.5 地鐵隧道及車站結構均采用明挖現澆施工，存在大量施工鋒和變形縫。

3.1.2 施工組織風險。①各地塊獨立建設過程中，涉及建設、設計、施工、監理單位多，溝通協調難度大，聯合基坑與獨立基坑交接時間長。②施工單位可能存在不按圖施工、違規施工等行為。③基坑開挖過程中超挖，不及時架設支撐，不遵循分區、分塊、分層的原則。④基坑體量龐大，施工組織不當，不及時回筑地下室結構會導致坑底暴露時間長。⑤施工單位為節省成本，在坑底進行樁基礎施工。⑥基坑邊堆載、吊裝造成基坑支護超限。

3.1.3 施工工法、工藝及質量風險。①圍護結構嵌固深度不足、剛度小，支撐高度及角撐受力不合理。②連續墻質量缺陷，基坑側壁滲漏水；大量抽排地下水。③連續墻、基礎樁及支撐立柱施工過程中未采取相關防止塌孔措施，大量抽排地下水或巖溶水。④連續墻、基礎樁及支撐立柱施工工法不當，采用沖孔、振動、爆破施工造成溶土洞坍塌。⑤坑底溶洞可能與地鐵結構下方溶洞通過巖層裂隙、破碎帶連通，大量抽排巖溶水可能會導致地鐵下方溶洞坍塌。⑥坑底溶洞可能與上面砂層相連通，大量抽排巖溶水可能導致地鐵結構周邊土層壓縮，造成地鐵結構出現不均勻變形。⑦基坑施工過程中，地鐵結構周邊設置回灌井過度回灌地下水，造成地鐵結構周邊軟塑黏土軟化、可塑黏土軟化崩塌。⑧砂層級配不良，基坑施工抽排地下水、回灌地下水均可能導致地鐵隧道周邊沙土流失[3]。

3.2 風險定性評估

3.2.1 環境風險。

3.2.1.1 后續各地塊獨立建設過程中，涉及建設單位多，受各建設方企業管理、領導理念影響大，靠近地鐵的基坑F、H區開挖深度控制難度大。由于地鐵保護專家評審會議一致認為，F、H區基坑若開挖三層地下室將會對地鐵結構造成重大影響，但后續各地塊的業主均為參與地鐵保護審查及專家評審工作，獨立基坑施工前須繼續進行地鐵保護報審工作，溝通、協商及現場管控將會相當困難。

3.2.1.2 該工程及地鐵結構周邊地質條件差，軟塑、可塑性粉質黏土層較厚，砂層級配不良，基坑支護、開挖、降水以及樁基礎施工等稍有不慎將會引起地鐵結構周邊土層發生變化，從而導致地鐵結構變形。

3.2.2 施工組織風險。

3.2.2.1 各地塊獨立建設過程中，涉及建設、設計、施工、監理單位多，溝通協調難度大，聯合基坑與獨立基坑交接時間長；且基坑體量龐大，施工組織不當，不及時回筑地下室結構會導致坑底暴露時間長，致使圍護結構變形持續發展，影響周邊地層應力的原有平衡，造成地鐵結構變形。

3.2.2.2 設計計算、驗算及相關專家評審均是在合理施工條件下評定為基本可行，但如果現場施工單位不按圖施工，基坑超挖、不及時架設支撐，不遵循分區、分塊、分層的原則等違規施工行為，將對周邊環境造成重大影響，嚴重地威脅地鐵結構安全。

3.2.2.3 施工單位為節省成本，在坑底進行樁基礎施工，會導致坑底長期暴露，造成支護結構變形超限，增加地鐵安全風險。

3.2.2.4 基坑邊堆載、吊裝，將會造成基坑支護超限，并導致地鐵結構側的土層壓縮固結，容易導致地鐵結構變形。

3.2.3 施工工法、工藝及質量風險。

3.2.3.1 圍護結構嵌固深度不足、剛度小，支撐高度及角撐受力不合理，將會造成基坑坑底隆起、圍護結構踢腳、變形超限、周邊地層水土流失。

3.2.3.2 該區域為巖溶強烈發育場地、以無充填或充填少為主，受廣從斷裂帶影響，基巖張性裂隙發育，坑底溶洞可能與地鐵結構下方溶洞通過巖層裂隙帶、破碎帶連通，連續墻、基礎樁及支撐立柱施工過程中未采取相關防止塌孔措施，大量抽排地下水或巖溶水將會導致地鐵結構下方溶洞壓縮或坍塌，地鐵結構變形縫將會出現不均勻沉降。

3.2.3.3 坑底溶洞可能與地鐵結構周邊級配不良的砂層相連通，連續墻質量缺陷、基坑側壁滲漏水或施工過程中大量抽排地下水，使得坑內外產生水力梯度，導致土中水分流動，然后帶走砂粒，且產生對土體的壓縮，也會對地鐵隧道的變形有一定程度的影響。

3.2.3.4 連續墻、基礎樁及支撐立柱施工工法不當，采用沖孔、振動、爆破施工造成溶土洞坍塌，同時可能導致地鐵結構周邊砂層液化。

3.2.3.5 基坑施工過程中，地鐵結構周邊設置回灌井過度回灌地下水，造成地鐵結構周邊軟塑黏土軟化、可塑黏土軟化崩塌[4]。

3.3 風險管控措施

針對以上風險分析，結合多年的地鐵保護工作經驗，提出以下管控措施，供后續地保工作參考。

3.3.1 針對各地塊獨立建設過程中，涉及建設、設計、施工、監理單位多，溝通協調難度大的問題，地鐵保護工作人員應提前介入，與鄰近地鐵地塊的建設單位溝通，督促提醒對方按《廣州市城市軌道交通管理條例》及地鐵集團復函、會議紀要等相關要求進行執行。

3.3.2 嚴格控制鄰近地鐵側基坑F區和H區開挖深度，將F區和H區控制為二層地下室，避免基坑開挖過深對鄰近地鐵結構造成威脅。

3.3.3 要求設計單位核算基坑支護結構布置體系，圍護結構須有足夠的嵌固深度，確保連續墻、支撐有足夠的強度、剛度和穩定性。

3.3.4 施工過程嚴格控制地下水位，嚴禁采取深層降水措施，確保地下水位下降幅度控制在1.0m以內。施工前在地鐵側布置水位回灌井，但須采用無壓回灌，嚴格控制回灌速度，避免砂層中出現沙土流失現象及軟塑、可塑性粉質黏土層遇水軟化、崩塌。

3.3.5 要求設計單位制定巖溶處理專項方案，現場施工須有針對性地采取相關措施，確保該項目及地鐵結構安全。

3.3.6 鑒于該基坑體量龐大、實施時長為管控重點，須嚴控開挖及封底時間。基坑開挖應遵循分區、分塊、分層、及時封閉的原則；嚴禁超挖，及時架設支撐；當挖至基坑底設計高程時，應立即施做地下室結構，避免因基坑長時間暴露增加地鐵安全風險。

3.3.7 連續墻、基礎樁及支撐立柱禁止采用趕作業成孔、禁止抽排地下水；須采用泥漿護壁施工，并采取有針對性措施防止塌孔；工程樁應從地面施工，減少基坑暴露時間。

3.3.8 要求施工單位制定完善的施工方案、地鐵保護專項方案及應急預案，施工前須對現場管理人員及操作人員進行交底。

3.3.9 地下工程實施須遵循先監測后施工的原則，加強對基坑及地鐵結構變形及周邊地下水位監測，重點監測地鐵車站主體與附屬結構、車站主體與隧道結構及相關變形縫的差異沉降。

3.3.10 值得注意的是，數值分析過程中不考慮變形的時空效應，然而地層變化具有時空效應，外部項目對地鐵隧道的影響傳遞過程一般為：基坑－基坑周圍地層－地鐵隧道周圍土層（圍巖）－隧道管片－道床。而目前對地鐵隧道變形監測對象是隧道管片內部結構和道床，以至于監測數據對危險預測存在滯后性。因此，后續監控管理工作不僅限于監測數據關注，要把地保工作重點放在現場監管[5]。

4 結束語

鑒于廣州已進行過多項巖溶地區地鐵車站及區間隧道的側方深基坑工程設計和施工，其中綠地金融中心、中國南方航空大廈、廣州無限極廣場等項目均位于該工程周邊，擁有類似的地質條件，均對地鐵結構造成不可挽回損傷。前事不忘、后事之師，地鐵保護工作人員應整理過往案例、總結經驗，嚴格監督該工程施工過程，做好充分的溝通，盡量避免施工過程中出現上訴風險源，執行好風險控制及規避措施。