地鐵深基坑開挖風險分析及控制對策思考

張 銳

（中鐵上海工程局集團華海工程有限公司，上海 201101）

連續(xù)墻滲漏水是地鐵深基坑開挖過程中常見的問題之一。當?shù)叵滤惠^高或地質條件復雜時，地下水會滲入連續(xù)墻之間的縫隙，導致滲漏水問題的出現(xiàn)。圍護樁加上止水帷幕作為防滲措施也存在一定的風險。如果圍護樁施工不規(guī)范或止水帷幕質量不達標，也會導致滲漏水問題的發(fā)生。此外，基坑底部裂隙水以及基坑開挖不當引發(fā)地表下沉也是需要關注的風險。

1 地鐵深基坑開挖風險

1.1 連續(xù)墻滲漏水

連續(xù)墻作為基坑側壁的支護結構，其主要功能是抵抗側土壓力和地下水的滲流，確保基坑的穩(wěn)定性和安全性。然而，由于復雜的地質條件等客觀因素以及施工操作不當?shù)戎饔^因素，連續(xù)墻滲漏水問題經(jīng)常出現(xiàn)，給地鐵工程帶來一系列的不利影響。

（1）地下水位高：當基坑所處位置的地下水位較高時，地下水會通過連續(xù)墻的縫隙和孔洞進入基坑內部，導致滲漏水問題。地下水的滲入可引起基坑周圍土體的軟化和沉降，進而對基坑結構的穩(wěn)定性產生威脅。

（2）連續(xù)墻施工缺陷：連續(xù)墻施工過程中可能存在施工缺陷，如混凝土質量差、墻體接頭處理不當、鋼筋銹蝕等，這些問題會導致連續(xù)墻的抗?jié)B漏性下降。滲漏水通過缺陷部位進入基坑，可能引起土體下沉、側壁塌方等嚴重后果。

（3）地質條件復雜：可能存在具有高滲透性的地層、裂隙巖石或含水層，這些地質特征會增加地下水的滲流量，導致連續(xù)墻的滲漏水問題加劇。

1.2 圍護樁+止水帷幕滲漏水

圍護樁和止水帷幕常作為地鐵深基坑開挖工程的防滲措施使用。然而，圍護樁加上止水帷幕的組合存在一定的風險，特別是在復雜地質條件下或施工操作不當?shù)那闆r下。

（1）不規(guī)范施工：圍護樁施工過程中若鉆孔質量差或是鋼筋連接不牢固，可能導致圍護樁的滲漏性能下降。同樣的，止水帷幕施工過程中也需要高度注意施工質量，若出現(xiàn)灌漿質量不達標、帷幕與周邊土體間存在縫隙等問題，會增加滲漏水的發(fā)生概率。

（2）地質條件復雜：在復雜地質條件下，如含有高滲透性地層、裂隙巖石或含水層，圍護樁和止水帷幕的防滲效果可能受到影響。這些地質特征會增加地下水的滲流量，滲漏水可能通過圍護樁和止水帷幕的縫隙進入基坑內部。

（3）樁體缺陷或損壞：圍護樁在施工過程中可能出現(xiàn)樁身質量問題，如鋼筋銹蝕、混凝土破損等。樁體缺陷或損壞會導致圍護樁的防滲性能下降，從而發(fā)生滲漏水的情況。

1.3 基坑底部裂隙水

基坑底部裂隙水指的是在基坑開挖過程中，由于地下水位較高或者地質條件復雜等原因，基坑底部出現(xiàn)裂隙導致地下水滲流進入基坑。

（1）高地下水位：當?shù)叵滤惠^高時，在基坑底部形成的裂隙可能會成為地下水進入基坑的通道。這種情況經(jīng)常發(fā)生在地下水位較接近地面或地下含水層較活躍的區(qū)域。

（2）復雜地質條件：地質條件復雜時，例如存在裂隙巖體、泥炭層或含水層等，這些地質特征會增加地下水的滲流量，并導致基坑底部裂隙的形成。這些裂隙會促使地下水通過裂隙滲流進入基坑內部。

（3）基坑支護不當：如果基坑支護措施不當，如連續(xù)墻、圍護樁等結構未能有效防止裂隙的產生或者裂隙的擴展，那么地下水可能會通過這些裂隙滲流進入基坑底部。

1.4 基坑開挖不當引發(fā)地表下沉

在基坑開挖過程中，土體會受到應力重新分布的影響而發(fā)生形變。當土體的形變超過一定限度時，就會引起地表下沉。彈性沉降是由于土體的應力重分布引起的臨時性沉降，可以通過以下公式進行估算：

其中，ΔH表示地表沉降量，σ表示應變，E表示土體的彈性模量，ν表示泊松比，H表示基坑深度，B表示基坑寬度。根據(jù)該公式，地表沉降與應力變化、土體的彈性模量、基坑深度和寬度等因素有關。

基坑開挖過程中，如果排水系統(tǒng)設計不合理或者施工不當，土體內部的水分含量可能過高，導致地表下沉。Darcy定律描述了流體在多孔介質中滲流的規(guī)律。根據(jù)Darcy定律，流量（Q）與土體的滲透系數(shù)（k）、滲流截面積（A）、水頭差（△h）和滲流路徑長度（L）之間存在如下關系：

該公式可以用來計算流體的滲流速率。

2 地鐵深基坑開挖風險控制對策

2.1 輕微滲漏水防水措施分析

在進行基坑開挖前，可以采用地下連續(xù)墻進行防水。地下連續(xù)墻的厚度和材料選擇應根據(jù)具體工程要求和地質條件確定。常用的材料包括鋼板樁、混凝土攪拌樁等。墻體連接處應采用密封膠條或防水灌漿材料進行密封，以防止?jié)B漏水的進入。建立隔離層是另一種有效的輕微滲漏水防水措施。隔離層通常由高密度聚乙烯薄膜（HDPE）或類似材料構成，能夠有效隔離地下水與周圍土層的接觸，避免水分的滲透。隔離層應覆蓋整個基坑范圍，并與連續(xù)墻連接處進行嚴密的密封。如果在開挖過程中出現(xiàn)輕微滲漏水，應立即采取措施進行處理。常用方法包括噴涂防水劑和填充密封膠。噴涂防水劑可以形成一層致密的防水膜，有效防止水分滲透；填充密封膠可堵塞墻體裂縫或孔洞，防止水從墻體滲漏進入基坑。合理設計和布置排水系統(tǒng)對于輕微滲漏水的控制也至關重要。排水系統(tǒng)應包括有效的排水溝、泵站和管道網(wǎng)絡。通過及時排除基坑內的積水，降低地下水位，可以有效減少滲漏水的流量，提高防水效果。安裝監(jiān)測設備并建立預警機制是及時發(fā)現(xiàn)輕微滲漏水問題的關鍵。常用的監(jiān)測手段包括水位監(jiān)測、應力監(jiān)測和變形監(jiān)測等。當監(jiān)測數(shù)據(jù)超過預設閾值時，應及時采取相應措施，防止?jié)B漏水問題進一步惡化。

2.2 嚴重滲漏水防水措施分析

壓力注漿是一種常用的嚴重滲漏水防水方法。通過在滲漏點周圍注入高壓漿液，形成一層致密的膠狀體，堵塞滲漏路徑，阻止水分進入基坑。注漿材料通常采用聚氨酯樹脂（PUR）或環(huán)氧樹脂（EP），具有較好的粘結性和耐水性。對于嚴重滲漏水情況，可以考慮安裝擋水板來阻擋水流。擋水板通常由鋼板或玻璃鋼制成，固定在連續(xù)墻上，形成一個封閉的水密隔離區(qū)域。擋水板需要與地下連續(xù)墻及地面進行嚴密連接，并設置排水裝置以及應急泵站，確保基坑內的水位得以控制和排除。凍結法是另一種適用于嚴重滲漏水情況的特殊防水技術。通過將冷卻劑注入管道或孔洞，使周圍土層迅速冷卻并形成凍結帶，阻止水分滲透。對于遭受嚴重滲漏水影響的連續(xù)墻，可以考慮加固措施來提高其防水性能。

在嚴重滲漏水情況下，還可以采取深層抽水的手段。通過設置深層井和排水泵站，將基坑內部的水分抽出，降低地下水位，減少滲漏水的壓力和數(shù)量。深層抽水系統(tǒng)應具備足夠的排水能力和穩(wěn)定性，并與防水系統(tǒng)相互協(xié)調。在實施嚴重滲漏水防水措施時，需要根據(jù)具體工程情況進行綜合評估和設計，并與相關專業(yè)團隊合作。防水施工過程中需要嚴格按照施工規(guī)范進行操作，確保防水材料和設備的質量和性能符合要求。同時，定期監(jiān)測和維護防水系統(tǒng)，及時處理潛在問題，確保長期的防水效果。

2.3 針對基坑開挖不當?shù)娘L險控制

在進行基坑開挖之前，需進行充分的地質勘察和設計。通過詳細了解地下土層的組成、穩(wěn)定性和水文特征，以及結構物的特點和荷載要求，制定合理的開挖方案和支護措施，并確保其滿足安全和工程要求。之后根據(jù)地質條件和項目要求，選擇適合的基坑開挖方法。常用的開挖方法包括機械開挖、爆破開挖、凍土開挖等。根據(jù)工程特點和需求選擇適合的開挖方法，可以最大程度地減少地下水位變化、土體變形和周圍設施的影響，降低開挖引起的風險。基坑支護結構的設計應考慮開挖深度、土壤類型、地下水位等因素，并滿足相關規(guī)范標準。確保支護結構的穩(wěn)定性和密封性，防止土體坍塌、滲漏水以及對周圍建筑物的影響。安裝監(jiān)測設備并建立預警機制是控制基坑開挖不當風險的重要手段。監(jiān)測參數(shù)應包含地表沉降、地下水位、土體應力變化等。通過實時監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析和預警反饋，能夠及時發(fā)現(xiàn)并處理可能的問題，減少未預期的風險。加強施工管理和監(jiān)督是保障基坑開挖質量的關鍵措施。確保施工人員具備專業(yè)技能和經(jīng)驗，遵守相關規(guī)范和操作流程。加強現(xiàn)場安全培訓、定期檢查和質量評估，及時糾正施工中的不當操作和偏差。根據(jù)地下水位變化和工程要求，合理設計和布置基坑排水系統(tǒng)。確保排水系統(tǒng)暢通有效，及時排除基坑內的積水，減少對周圍土體穩(wěn)定性和工程質量的影響。

3 施工過程中的監(jiān)測創(chuàng)新技術與風險處理

在地鐵深基坑開挖的施工過程中，采用監(jiān)測創(chuàng)新技術可以實時獲取關鍵參數(shù)和數(shù)據(jù)，幫助預警潛在風險并及時處理。以下介紹幾種創(chuàng)新監(jiān)測技術。

（1）振動監(jiān)測技術：通過安裝振動傳感器，對基坑開挖過程中產生的振動進行監(jiān)測。振動監(jiān)測數(shù)據(jù)可用于評估結構物的穩(wěn)定性和土體的形變情況。振動速度v可以計算如下：

其中，ω表示頻率，a表示加速度。

（2）形變監(jiān)測技術：利用激光掃描儀、全站儀等精密測量設備對基坑周圍建筑物或地表進行三維形變監(jiān)測。這些設備可以獲取高精度的點云數(shù)據(jù)，并通過與預設控制點的對比分析，實時監(jiān)測和評估結構物的位移、沉降等形變情況。該技術能夠提供定量的形變數(shù)據(jù)，幫助工程人員及早發(fā)現(xiàn)和警示潛在的結構變形風險，并采取相應的措施進行風險控制和調整施工方案。

（3）應力監(jiān)測技術：通過應力計、拉力計等專業(yè)設備對基坑周圍土體的應力狀態(tài)進行監(jiān)測。這些設備可以測量土體內部的應力分布和變化情況，提供準確的應力數(shù)據(jù)以評估土體的穩(wěn)定性和變形特征。通過連續(xù)監(jiān)測土體應力的變化，工程人員可以識別和分析土體的應力集中區(qū)域，預測可能出現(xiàn)的破壞機理，為風險控制提供科學依據(jù)。在風險處理中，根據(jù)應力監(jiān)測結果，可以采取加固措施、調整支護結構或降低開挖速度等措施，以保持基坑周圍土體的穩(wěn)定性。

監(jiān)測創(chuàng)新技術與風險處理的結合可以實現(xiàn)及時預警和控制。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)設置靈敏度閾值，當數(shù)據(jù)超過閾值時發(fā)出預警信號，及時通知相關人員采取應急措施，防止?jié)撛陲L險的發(fā)展。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化，對施工方案進行實時調整。例如，在遇到地下水位過高的情況下，可以采取增加排水量、加固支護結構等措施，并及時監(jiān)測效果。將監(jiān)測數(shù)據(jù)與地質勘察、設計參數(shù)等多因素進行綜合分析，以識別可能的風險源和影響因素，并制定相應的風險管理措施。利用數(shù)值模擬軟件（如FLAC3D、PLAXIS等）對基坑開挖施工過程進行模擬，預測潛在風險并評估其影響程度。根據(jù)模擬結果，可以調整施工計劃和風險處理策略，以最大程度減少風險發(fā)生的可能性。利用遠程監(jiān)控系統(tǒng)和自動化設備，實時獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)并進行遠程控制。例如，在地下水位升高的情況下，可以通過遙控調節(jié)排水泵站的排水量，保持基坑內的合理水位，降低風險。除以上措施外，還可以通過對連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析和建立預測模型，識別潛在的異常趨勢和風險信號，及早采取相應的措施進行風險處理。

4 結束語

在對輕微和嚴重滲漏水的防水措施分析中，著重強調了選擇合適的滲漏水防水材料和工藝，加強監(jiān)測與預警體系，確保基坑周邊土體和結構的穩(wěn)定性和安全性這三點措施的重要性。為了應對基坑開挖不當?shù)娘L險，應提倡科學合理的施工方案，結合現(xiàn)代監(jiān)測創(chuàng)新技術，實時獲取關鍵參數(shù)和數(shù)據(jù)，以便及時調整施工計劃并采取必要的風險處理措施。監(jiān)測創(chuàng)新技術在風險控制中發(fā)揮著重要作用。通過振動監(jiān)測、變形監(jiān)測、應力監(jiān)測和環(huán)境監(jiān)測等技術手段，能夠實時監(jiān)測基坑開挖過程中的變化，預警潛在風險，及時采取相應的措施進行風險處理。監(jiān)測創(chuàng)新技術與風險控制對策之間相互關聯(lián)，形成了一個科學、系統(tǒng)的風險管理體系，為地鐵深基坑開挖提供了更全面、精確的風險識別和處理方案。

然而，也應該認識到風險分析和控制是一個不斷演進的過程。隨著技術的發(fā)展和經(jīng)驗的積累，需要不斷總結實踐中的經(jīng)驗教訓，完善風險管理的方法和工具，適應不同項目和復雜環(huán)境下的挑戰(zhàn)。只有通過持續(xù)的監(jiān)測創(chuàng)新和風險控制措施的改進，才能更好地保障地鐵深基坑開挖工程的安全性和可持續(xù)發(fā)展。