鄧子琦/DENG Zi-qi

（中國(guó)建筑第二工程局有限公司，北京 100010）

1 深基坑開(kāi)挖作業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)

1.1 深基坑概述

根據(jù)住建部《危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程安全管理辦法》，深基坑工程指的是開(kāi)挖深度超過(guò)5m（含）的基坑的土方開(kāi)挖、支護(hù)、降水工程或者是開(kāi)挖深度雖然不超過(guò)5m但是地質(zhì)條件和周邊環(huán)境、地下管線相對(duì)復(fù)雜或者是影響毗鄰建構(gòu)筑物安全的基坑的土方開(kāi)挖、支護(hù)作業(yè)工程。

深基坑是高大建筑和許多工業(yè)廠房建設(shè)過(guò)程中常見(jiàn)的一個(gè)分部分項(xiàng)工程項(xiàng)目，一般用作高大建筑或廠房的基礎(chǔ)處理。在一般的高層住宅小區(qū)建設(shè)或者工業(yè)用事故水池、消防水池等建設(shè)中基坑開(kāi)挖深度有的甚至超過(guò)10m，在此情況下，人員及機(jī)械設(shè)備上下均較為不便，并且邊坡土層受到周邊建構(gòu)筑物擠壓會(huì)產(chǎn)生較大的側(cè)向力引起邊坡滑坡甚至整體坍塌，極容易發(fā)生造成群死群傷的安全事故。

1.2 某地鐵站深基坑安全事故分析

某在建地鐵站在作業(yè)過(guò)程中突然發(fā)生基坑土方坍塌事故，作業(yè)面內(nèi)十幾名鋼筋工被掩埋。事發(fā)點(diǎn)基坑為長(zhǎng)、寬、深分別為107m、21m、16m的深基坑，基坑緊臨河道和城市干道，干道常有大量重型卡車通行，且干道下敷設(shè)有城市市政管網(wǎng)。該工程基坑開(kāi)挖時(shí)使用800mm厚的地下連續(xù)墻進(jìn)行圍護(hù)，連續(xù)墻用鋼管附加支撐。

事后調(diào)查分析認(rèn)為該基坑施工過(guò)程存在有重大的安全管理問(wèn)題，是由于現(xiàn)場(chǎng)施工管理不當(dāng)導(dǎo)致的安全責(zé)任事故。①基坑開(kāi)挖時(shí)存在的土方超挖現(xiàn)象是本次事故發(fā)生的根本原因，特別是為了追趕工期而在第四道支護(hù)尚未設(shè)置完成時(shí)提前開(kāi)挖到基層底部，底板和墊層施工均未及時(shí)跟進(jìn)導(dǎo)致整體支撐軸力大幅增加，而且在這種情況下地下連續(xù)墻的剪力和彎矩也大幅增加，使得支撐體負(fù)載過(guò)大；②設(shè)計(jì)并使用的鋼支撐體系存在有固有缺陷是本次事故發(fā)生的直接原因。首先，鋼結(jié)構(gòu)支撐尚未完成即對(duì)下層土方開(kāi)挖，使得下層土方開(kāi)挖沒(méi)有足夠支護(hù)；其次，各設(shè)計(jì)并安裝的鋼支撐體系伸縮節(jié)點(diǎn)處剛度不足，無(wú)法滿足支撐要求；最后，按照設(shè)計(jì)要求，在系梁擱置位置，鋼管支撐應(yīng)通過(guò)槽鋼進(jìn)行固定，而實(shí)際施工中部分通過(guò)鋼筋固定，部分鋼筋已經(jīng)脫開(kāi)，部分無(wú)任何固定措施，且出現(xiàn)程度不一的彎曲現(xiàn)象。這些問(wèn)題使得鋼支撐體系無(wú)法滿足實(shí)際需要導(dǎo)致事故的發(fā)生。

1.3 深基坑安全事故原因分析

1）作業(yè)面基礎(chǔ)條件復(fù)雜 我國(guó)很多地區(qū)的地質(zhì)條件相對(duì)復(fù)雜，其中不乏軟土地質(zhì)條件、富含地下水或地下河地質(zhì)條件等等復(fù)雜情況。由于很多深基坑作業(yè)又是毗鄰高大建筑或者道路周邊，周邊土層部分還敷設(shè)著許多市政管線，這都使得作業(yè)面基礎(chǔ)條件相對(duì)復(fù)雜。項(xiàng)目建設(shè)的實(shí)際過(guò)程又給周邊土層一個(gè)不確定的擾動(dòng)作用如基坑墻體變位、基坑隆起、地層固結(jié)等等，這種擾動(dòng)會(huì)讓基坑周邊土層不均勻下降使得周邊建構(gòu)筑物對(duì)基坑邊坡的側(cè)向壓力不斷增高，最終可能出現(xiàn)事故。

2）支護(hù)體系存在缺陷 這種缺陷主要體現(xiàn)在基坑圍護(hù)體系折斷、基坑圍護(hù)體系失穩(wěn)、基坑圍護(hù)踢腳損壞、坑內(nèi)滑坡現(xiàn)象導(dǎo)致的基坑內(nèi)撐失穩(wěn)等問(wèn)題，這些問(wèn)題均有可能導(dǎo)致整體支撐體系的缺陷進(jìn)而引發(fā)事故。在基坑支護(hù)體系設(shè)置完成后必須要在多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，若發(fā)現(xiàn)有異?，F(xiàn)象如位移、偏差、受力不均等情況均說(shuō)明支撐體系出現(xiàn)了問(wèn)題，需要立即整改。

3）土體滲透破壞 土體滲透破壞表現(xiàn)在基坑壁流土破壞、基坑底突涌破壞以及基坑底管涌破壞等，如基坑底管涌破壞的主要來(lái)源于在砂層開(kāi)挖基坑時(shí)由于不打井點(diǎn)或者井點(diǎn)失效后產(chǎn)生的冒水翻砂。

2 BIM技術(shù)概述

深基坑作業(yè)本身具有較大的安全事故風(fēng)險(xiǎn)，在具體的施工中存在較多的不可控因素，因而在施工前的設(shè)計(jì)方案編制以及施工過(guò)程中的實(shí)際作業(yè)時(shí)必須要對(duì)深基坑最大事故后果進(jìn)行預(yù)先的防控和監(jiān)督控制。特別是考慮到復(fù)雜地質(zhì)條件的影響，需要控制和監(jiān)測(cè)的點(diǎn)位相對(duì)較多，且要求相對(duì)較高，這就必須要采用一些先進(jìn)的信息化技術(shù)輔助現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的實(shí)施。

BIM技術(shù)運(yùn)用計(jì)算機(jī)工具將建筑建設(shè)所需要的各類信息匯總到一個(gè)建筑模型上，通過(guò)該模型的構(gòu)造和查看可以清晰表達(dá)、表現(xiàn)建構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、施工作業(yè)過(guò)程以及運(yùn)營(yíng)管理過(guò)程，因此也被稱為建筑施工方面革命性的技術(shù)。

BIM技術(shù)是三維數(shù)據(jù)的集成化應(yīng)用，因此在建筑施工應(yīng)用上有著可視化更強(qiáng)、協(xié)調(diào)性更佳、模擬性更真實(shí)全面、可應(yīng)用性較為廣闊等等優(yōu)點(diǎn)。

3 BIM技術(shù)在深基坑開(kāi)挖安全管理中的應(yīng)用

深基坑作業(yè)在施工過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較多，方案預(yù)先編制及現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)監(jiān)測(cè)的壓力均相對(duì)較大，而借助BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)可以很好地輔助深基坑開(kāi)挖的安全管理。其應(yīng)用主要包括施工過(guò)程的信息化模擬分析與研究、深基坑監(jiān)測(cè)等。

3.1 項(xiàng)目概況

某項(xiàng)目為高層辦公大樓，其需要下設(shè)3層地下室作為地下停車場(chǎng)、商場(chǎng)等，設(shè)計(jì)整平地面標(biāo)高為35m，基坑最深處標(biāo)高為21m，開(kāi)挖深度約14m，總基坑面積約4000m2?；臃秶鷥?nèi)土質(zhì)為強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖和中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖破碎帶土層；基層西側(cè)、北側(cè)為道路，一級(jí)安全等級(jí)；南側(cè)為規(guī)劃辦公樓用地，待建；東側(cè)為一已建高層辦公樓?；又ёo(hù)利用800mm×1000mm的旋挖樁做圍護(hù)結(jié)構(gòu)；樁頂部設(shè)置采用頂圈梁、腰梁、混凝土支撐作為側(cè)向支撐；明溝進(jìn)行有組織排水作業(yè)。

3.2 深基坑支護(hù)體系與周邊永久建筑的碰撞問(wèn)題研究

雖然深基坑支護(hù)方案在編制時(shí)已經(jīng)對(duì)設(shè)計(jì)中的各個(gè)構(gòu)造進(jìn)行了預(yù)先性分析與研究，但在部分支撐件之間依然會(huì)出現(xiàn)有碰撞等現(xiàn)象導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法進(jìn)行正常的支護(hù)作業(yè)，而這些碰撞一般包括支護(hù)體系內(nèi)部碰撞（如支撐立柱與結(jié)構(gòu)梁之間；支撐梁與結(jié)構(gòu)梁、框架柱之間；支撐立柱與基礎(chǔ)底板坑位置之間；支撐立柱與降板處位置之間等等）與支護(hù)體系與永久結(jié)構(gòu)件的碰撞兩類。因而在施工方案編制前可利用BIM技術(shù)對(duì)是否存在碰撞進(jìn)行分析和研究。

在支護(hù)體系內(nèi)部碰撞的具體分析中，借助BIM技術(shù)軟件Revit建立支護(hù)模型，然后按照水平、豎向兩個(gè)方向?qū)χёo(hù)模型進(jìn)行拆解，分別檢查豎向支撐與主體以及水平支撐與主體之間的碰撞可能性，若發(fā)現(xiàn)有碰撞則可組織論證分析，若無(wú)法滿足實(shí)際支護(hù)要求則要修改支護(hù)模型方案。

在支護(hù)體系與永久結(jié)構(gòu)的碰撞分析方面，需要在Revit軟件模擬的支護(hù)模型中進(jìn)行拆分，然后與結(jié)構(gòu)體系分別進(jìn)行碰撞可能性檢查，導(dǎo)出碰撞報(bào)告并整理發(fā)生碰撞的位置與位置信息，從而為修改施工方案提供基礎(chǔ)參考。

3.3 深基坑作業(yè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)及監(jiān)測(cè)要求

基坑監(jiān)測(cè)時(shí)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及報(bào)警值設(shè)置如表1所示。

表1 重點(diǎn)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及報(bào)警值設(shè)置表

深基坑作業(yè)的監(jiān)測(cè)設(shè)置如下。

1）針對(duì)深基坑情況繪制監(jiān)測(cè)BIM模型，在模型中布置變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)并添加參數(shù)信息，利用工程現(xiàn)場(chǎng)變形監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)關(guān)聯(lián)進(jìn)模型從而借助BIM模型實(shí)現(xiàn)深基坑作業(yè)過(guò)程中的重點(diǎn)參數(shù)的監(jiān)控。

2）對(duì)深基坑工程施工程序進(jìn)行模擬：①平整場(chǎng)地、定位放線、施工圍護(hù)旋挖樁、工程樁、立柱樁；②進(jìn)行坑內(nèi)降水并施工格構(gòu)柱；③開(kāi)挖基坑土方至第一道砼支撐后施工頂圈梁和砼支撐；④待第一道砼支撐達(dá)到強(qiáng)度，開(kāi)挖基坑土方至第二道砼支撐底，施工腰梁和第二道砼支撐；⑤待第二道砼支撐達(dá)到強(qiáng)度后開(kāi)挖基坑至坑底標(biāo)高；⑥利用施工方案的數(shù)據(jù)要求將施工計(jì)劃導(dǎo)入模型中，導(dǎo)出模擬文件。

3）建立基坑模型的多維變形監(jiān)測(cè)族并添加如表1所示的監(jiān)測(cè)信息，設(shè)置監(jiān)測(cè)報(bào)警預(yù)警值并使之形成與模型的關(guān)聯(lián)，由此便可實(shí)現(xiàn)對(duì)基坑情況的監(jiān)測(cè)預(yù)警設(shè)置。

4）利用監(jiān)測(cè)工具對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各點(diǎn)實(shí)際情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)并將深基坑工程施工的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳導(dǎo)給BIM模型上的警示裝置，可以形象反應(yīng)基坑在任意時(shí)間點(diǎn)各監(jiān)測(cè)區(qū)域危險(xiǎn)源以及變形危險(xiǎn)程度，判別深基坑工程的危險(xiǎn)等級(jí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形、受力趨勢(shì)的預(yù)測(cè)，從而能更好地即時(shí)調(diào)整深基坑作業(yè)支護(hù)情況快速消除危險(xiǎn)點(diǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

深基坑作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較高，采用一些信息化技術(shù)進(jìn)行預(yù)先的分析與控制是極為有必要的，而對(duì)于安全風(fēng)險(xiǎn)的控制方面，BIM技術(shù)在深基坑支護(hù)的碰撞分析以及施工監(jiān)測(cè)等方面憑借其可視化強(qiáng)、應(yīng)用較為廣泛以及專業(yè)覆蓋性強(qiáng)的特點(diǎn)有著極為明顯的優(yōu)勢(shì)作用，可以在實(shí)際工程施工管理中大力推廣和廣泛應(yīng)用。