任作良

（中鐵六局北京鐵建公司，北京 100036）

復雜施工條件下城市隧道深基坑施工技術的研究

任作良

（中鐵六局北京鐵建公司，北京 100036）

摘 要：隨著我國經(jīng)濟社會的發(fā)展、人口的增長和城市化進程的加快，人們對生存條件的需求日益擴展，這就導致了城市功能要不斷豐富和交通運力也持續(xù)增大，從而促使了城市內(nèi)各種龐大構(gòu)筑物逐漸集中化格局的形成。城市隧道深基坑施工技術也是在這種背景下產(chǎn)生和發(fā)展起來的。然而，由于城市環(huán)境的特殊復雜性，致使此項技術在具體應用過程中常會遇到各式各樣的矛盾和問題，有的還嚴重制約著工程建設的速度和質(zhì)量，甚至保證不了零事故的安全防線。本文在此就復雜施工條件下城市隧道的深基坑施工工藝做一些粗淺的闡述，旨在就如何高效處理施工過程中的各種難題進行交流。

關鍵詞：深基坑；城市隧道；施工技術；復雜地況；研究

隨著經(jīng)濟的騰飛和科技的進步，我國的城市化進程在不斷加快，城市功能在不斷完善。這種形式下，城市隧道建設的深基坑工藝得到了廣泛的應用，而且在大量的工程實踐過程中其技術水平也獲得了很大的提高。盡管如此，在實際的建設應用中，工程技術人員們還存在著一定的心理壓力，其原因就是此種工藝技術還有諸多不完善之處，再有就是因為城市內(nèi)部地形條件復雜，各種城市設施交錯縱橫，給深基坑施工帶來很大的困難，甚至因為所實施的技術方案不成熟或者在施工過程中發(fā)生了嚴重的異常情況而造成人員傷亡事故的也屢見不鮮。另外還必須做好對工程周邊環(huán)境的保護工作。最大限度地減小對周邊環(huán)境的影響。所以，大幅度地提高施工技術，認真、細致地搞好施工前的勘查測量、數(shù)據(jù)采集工作，嚴格進行施工過程的監(jiān)督管理，積極地開展技術創(chuàng)新，妥善處理突發(fā)問題等等是現(xiàn)實工程建設中非常迫切的問題。

一、我國城市隧道深基坑施工安全現(xiàn)狀

近幾年，由于我國城市建設速度的大幅度加快，在各個大小城市中的隧道建設也是大面積的展開。隧道開挖的深基坑技術得到了廣泛的應用，而且這項技術在基坑變形控制及模型計算等諸多方面都有了新的突破。但是，由于極其復雜的城市地形條件導致了這項技術的實施具有較高的難度。盡管行業(yè)內(nèi)的廣大工程技術人員和工程管理者在具體施工過程中不斷進行技術創(chuàng)新和嚴格管理，然而，由于種種原因?qū)е碌墓こ贪踩鹿嗜詴r有發(fā)生，以至于在工程總量中的事故發(fā)生率一直維持在20%～30%，致使整體行業(yè)工程施工的安全狀況還不容樂觀。具體的情況有：2005 年7月21日，地處于廣州市海珠區(qū)江南大道和江南西路交匯地帶的海珠城廣場B建筑建設工地突然發(fā)生基坑坍塌，釀成3人死亡，8人受傷的嚴重事故，地處于江蘇鎮(zhèn)江的潤楊長江公路大橋的北錨旋，采取矩形的地下連續(xù)墻構(gòu)架，墻體厚度1.2m，基坑內(nèi)部開挖到48m，但因為設計方案不科學，總體項目并未完功，墻體的最大變形范圍超過130mm，超出最大設計允許的變形數(shù)值。因此，進行深基坑工程的穩(wěn)定性能和變形性能研究，保障基坑自身及周圍環(huán)境安全穩(wěn)定是相當關鍵的。

二、隧道工程的深基坑施工

本文以蘭州市南山路工程第五標段民大隧道施工為例，依據(jù)蘭州的獨特地形地貌，介紹了城市隧道深基坑施工技術的施工要點。

在挖掘和建造城市隧道的過程中，有多種施工方法。但是，據(jù)相關研究和實踐發(fā)現(xiàn)，明挖法最為適宜和高效。因為明挖法施工難度相對較小，可以大幅度縮短建設工期，所耗費成本亦相對最少。所以在行業(yè)中受到廣泛地采用。

1 地質(zhì)情況分析及施工方案確定

因為深基坑工程時常在建筑物密集程度比較高的區(qū)域開工建設，空間有限附近還很有可能存在重要的永久性建筑及市政基礎設施，所以，在深基坑施工時，對基坑的穩(wěn)定性及位移變量要有嚴格的措施進行控制。

蘭州市位于我國的西北地區(qū)，地處于黃土高原與青藏高原的過渡區(qū)，地質(zhì)成分復雜，巖石的穩(wěn)定性較差，如果在進行隧道施工時采用暗挖法，那將很容易出現(xiàn)塌方現(xiàn)象。因此，基于蘭州地區(qū)巖土的特殊情況，我們在進行相關建設時，施工方法的最佳選擇就應當是明挖法。此項隧道工程位于隴海鐵路干線沿線，毗鄰隴海鐵路下行線中心。因此在施工時，做好防護工作尤為重要，不能因隧道的施工干擾鐵路的正常運行。盡管現(xiàn)場工作空間狹窄，機械裝備難以實施，他們也克服了困難。但是，明挖法施工是屬于深基坑開挖工藝技術。它的深基坑開挖、支護兩個過程就成為了工程的關鍵。

2 施工條件準備和影響要素

2.1 工程地質(zhì)參數(shù)確定

采用鉆孔技術對當?shù)氐牡刭|(zhì)情況進行勘測。結(jié)果表明，蘭州南山路工程段地層主要由四層組成，距離地表最近的是素粘土，往下依次是粉土、圓礫和粉質(zhì)粘土。進行隧道深基坑建設時，基底要控制在粉土層。具體的參數(shù)如下：深度0.7m ～17.6m，厚度2.4m～17.2m。由于粉土一般具有失陷性，這也給施工帶來了很大的問題。對于該路段，場地屬于自重濕陷場地，塌陷的深度最深可達18m以上。

勘測結(jié)果還表明，場地的水主要來源于賦存在鵝卵石層中的潛水。除此之外，作為補充的就是雨水和徑流等等。

2.2 隧道施工中的不利條件

2.2.1 位于鐵路干線，施工量大，難度高

由于隧道建設場地緊鄰隴海鐵路，而隴海鐵路的大宗運營也給施工帶來了不利的影響。鐵路沿線的各種高壓供電設施（電壓均為27500V）會使2m之內(nèi)的絕緣體導通電流。這樣，就很容易使隧道施工人員在靠近供電設施時遭電擊身亡。另外，由于隴海線屬于我國主要鐵路干線，該隧道線路上通車的頻率是4分鐘/趟，這將嚴重影響工程效率。

2.2.2 支護設計種類繁多，監(jiān)控要求嚴格

在此次隧道建設中，工程縱向距離達1000m，深度達10m。按照規(guī)定，在隧道沿線要進行一定的支護，支護的具體形式與當時的土質(zhì)有關。由于隨著隧道的縱向延伸，土質(zhì)差異明顯，這無疑增加了支護形式的種類。這樣導致的結(jié)果不僅延長了工期，還增加了預算。還有一點，每隔一段距離就要設置監(jiān)控點，對建設過程進行實時監(jiān)控。

2.2.3 鐵路沿線的安全防護

由于隴海線鐵路的供電設備存在很高的電壓，它能夠把距離其2m之內(nèi)的絕緣體變成導體。工人們在正常的施工時很容易被擊穿身亡。所以，現(xiàn)場施工中采取了加兩道防護檔的措施，這樣也可阻止物體的落入。

三、基坑的開挖和支護

依照實際情況，把民大隧道深基坑的施工分為4個階段，采用挖掘機開挖，以人力作為輔助，并依照從高到低，從南至側(cè)后再到北側(cè)的挖掘順序。在挖掘過程中，秉承“分層開挖、嚴禁超挖”及“大基坑小開挖”的原則，遵循上面的步驟逐步進行挖掘，另外還要同時搞好防護工作和錨索施工，待到錨索張拉壓漿結(jié)束強度符合要求后，再進行下一層的開挖。當挖掘達到指定深度時，立即進行清除底部的工作，當然抄平工作同時進行，目的就是保證施工結(jié)果安全達標。

整條線路有兩種支護方式，具體分類為：鋼筋混凝土排樁加預應力錨索支護和按率放坡加噴錨支護。圖1為正在加固的深基坑內(nèi)的隧道主體。

四、深基坑施工易發(fā)問題和處理

由于城市的地質(zhì)條件有時相當復雜，施工建設工地的周邊范圍很可能存在鐵道線路、地下管道或高壓線等城市功能設施，地層內(nèi)部各種情況復雜多變，各種異常地質(zhì)構(gòu)造都有可能出現(xiàn)。所以，對基坑的總體穩(wěn)定和位移變量控制必須提出嚴格的要求。特別是在軟土、高水位及其它復雜條件下開挖基坑，容易產(chǎn)生土體滑移、基坑失穩(wěn)、樁體變位、基坑隆起、支擋結(jié)構(gòu)嚴重漏水、流土等災害，對周邊建筑物、地下建筑物及管線的安全可造成很大威脅。此事要立即采取恰當?shù)拇胧┯枰詰獙ΑＦ渲锌梢圆捎梅雷o樁、支撐、止水樁、注漿措施、超前導管、錨桿、各種支護等有效補救措施進行恰當?shù)靥幚怼Ｒ员ＷC工程的順利實施。比如在處理基坑隆起的情況時可采用加強支護及進行地板施工的方法進行有效地處理，可以大大減少基坑的隆起量另外還可有效控制地表沉降。此外，基坑內(nèi)出現(xiàn)管涌或流沙等現(xiàn)象；基坑支護的局部出現(xiàn)明顯裂縫與大面積的不均勻沉降；氣候出現(xiàn)異常情況，出現(xiàn)罕見的且持續(xù)多日的狂風暴雨等不良氣候；相鄰施工段之間的影響較嚴重，如降水、打樁以及土方開挖等施工工序中；地下有障礙物影響了基坑結(jié)構(gòu)或止水帷幕等的施工。在類似的事件發(fā)生后，要及時啟動預先準備的應急預案，并盡快提出相應的解決 方案。

圖1

施工材料的質(zhì)量問題也會影響到深基坑施工的安全。有些施工單位為了降低成本，增加經(jīng)濟效益，在施工過程中偷工減料，使用的一些施工材料不符合施工標準，同時，一些施工單位為了創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益，不惜減少工程材料，違背工程設計原則，這些做法，都可能導致支護防護結(jié)構(gòu)出現(xiàn)質(zhì)量問題，出現(xiàn)變形、滑坡、涌土等現(xiàn)象，影響到深基坑施工的安全。另外，施工管理不到位也會導致安全問題的產(chǎn)生，由于施工管理不到位，導致一些施工單位不能夠按照施工標準進行施工，一些施工單位為了實現(xiàn)工程利益最大化，采用陳舊的設備進行施工，在施工中不能夠按照設計標準和要求進行施工，采用落后的生產(chǎn)工藝，作業(yè)人員沒有安全意識，施工管理不嚴格，擅自改動施工方式，導致深基坑施工質(zhì)量很難保證，支護防護結(jié)構(gòu)出現(xiàn)質(zhì)量問題，給深基坑的施工安全帶來隱患。

五、對策研究

深基坑開挖屬于一類復雜的地質(zhì)工程施工過程，它不僅牽扯到基坑自身強度與穩(wěn)定性的內(nèi)容，還關聯(lián)了周圍環(huán)境問題。合理的支護設計方案和科學施工手段是工程安全實施的基礎保障。下面再針對在臨近地鐵隧道地帶深基坑開挖問題，依托基坑變形控制標準，總結(jié)了如下部分控制方法。

1 選擇合理的圍護結(jié)構(gòu)和支撐體系

在目前常見的深基坑施工過程中，選擇合理的圍護結(jié)構(gòu)要以安全為主。對于靠近地鐵隧道的深基坑工程要首先選用側(cè)移小、剛度大的地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)時常使用的支撐是鋼筋混凝土支撐及鋼管支撐，鋼筋混凝土支撐強度大，然而現(xiàn)澆強度養(yǎng)護要耗費一定時間，此將加長基坑開挖側(cè)的無撐暴露階段時間，在混凝土硬化階段可能發(fā)生土體蠕變情況，對周邊土層穩(wěn)固沒有好處；鋼管支撐的管強度雖較差，然而依托數(shù)根鋼管能夠提升強度，而且安裝快捷，可以最大限度的縮短無撐暴露階段的時間，預加軸力方便，進而降低對周圍環(huán)境的不利作用。

2 必要的加固措施

基坑主動區(qū)與被動區(qū)的土體，都能夠有力抑制圍護結(jié)構(gòu)的變形及給周圍環(huán)境造成的不利影響。研究表明，在接近地鐵隧道側(cè)，加固基坑被動區(qū)土體效果較好?？拥妆粍訁^(qū)加固，能夠抵消擋墻在插入深度上的差距。在坑底存在大面積承壓水，而且不易用帷幕隔離時，應當注意實施坑底滿堂加固的手段。基坑自身加固的基礎上，加固基坑和地鐵隧道間的土體亦能夠明顯地降低對地鐵隧道的負面作用。加固方法分側(cè)向加固土柱和縱向加固土墻兩個樣式，前面的方法能有力地抑制地鐵隧道發(fā)生的水平位移量，然而其限制沉降效果不如后者，后者需要大體積的加固量。那些在基坑施工影響范圍內(nèi)一定要給予保護的構(gòu)筑物，須在基坑開挖之前給其實施預加固。

3 掌握必要的技術要點

要做好施工計劃，在深基坑施工之前，要仔細分 析施工方案，運用科學的方法和手段制定可操作性的 施工計劃。大面積深基坑作業(yè)，由于施工量比較大，作業(yè)時間比較長，在施工過程中就會增加許多的不確定因素，為了確保施工質(zhì)量，我們可以采用分段、分層、 分塊均勻等作業(yè)方式，可以邊挖邊澆筑，以實現(xiàn)工程作業(yè)的安全性以及穩(wěn)定性。深基坑作業(yè)地下水的處理問題，傳統(tǒng)的地下水處理的方式有兩種，一種是排水，一種是止水，具體采用哪個處理方式主要根據(jù)工程所處的地質(zhì)條件而定。近些年，隨著技術的不斷進步，許多工程開始采用素混凝土樁以及沖孔樁等介質(zhì)充當支柱介質(zhì)來穩(wěn)固工程，這些方法對于保證工程質(zhì)量也起到了重要作用。此外，投入大型施工設備，運用現(xiàn)代化的施工手段進行施工，這樣，不但施工的進度可以大大提高，而且施工的安全性也獲得了有效保障。

結(jié)語

隨著城市化進程的加快和城鎮(zhèn)人口的增多，投建城市隧道工程是解決當前交通壓力的有效途徑。然而，此項工程的具體施工是非常繁瑣、冗雜的，從開始的選址開挖、到材料的選擇與應用以及周邊基礎設施的防護等等工作都需要花費大量的人力物力。這樣的工程的成功建成需要廣大科研工作者不但要有全局觀念，懂得統(tǒng)籌兼顧的重要性，還要有局部思維，懂得對具體的問題要具體分析。在復雜施工條件下城市隧道深基坑建設中，首先要對施工地點的地形地貌也就是水文地質(zhì)環(huán)境了如指掌，其次能夠針對不同的環(huán)境因素，設計出多種適宜的方案，并從中選出最優(yōu)者。

從以上可以看出，在城市隧道建設過程中，無論進行哪個施工環(huán)節(jié)之前，都要有已成文的指導方案作指導。在施工建設中要做好相關工作，嚴格按照既定方案辦事。特別要注意深基坑建設的支護和對周圍環(huán)境設施的保護工作，這是此次蘭州市乃至所有城市完成城市隧道建設的關鍵工作。在工作中，還要及時發(fā)現(xiàn)問題，及時解決問題，確保施工任務保質(zhì)保量完成。

參考文獻

[1]鐵道第三勘察設計院.橋涵地基和基礎[M].北京：中國鐵道出版社，2002.

[2]李海光.新型支擋結(jié)構(gòu)設計與工程實例（第二版）[M].北京：人民交通出版社，2010.

[3]蘇謙，李安洪，丁兆鋒，等.鄭西客運專線深厚濕陷性黃土地基樁板結(jié)構(gòu)設計分析[J].鐵道建筑技術，2007（02）.

[4]張子洋，雷明峰，等.明挖法隧道施工深基坑支撐方案優(yōu)化[J].四川建筑，2007（06）.

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