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基坑工程與地下工程屬于大型工程中的重要環(huán)節(jié)，例如城市修建地下車站或地鐵等公共設(shè)施時，需考慮到此類基坑多處于繁華地段且周圍存在建筑物，在基坑開挖時必須考慮到對周邊建筑物穩(wěn)定性的影響以及開挖過程中降水對土體有效應(yīng)力及物理力學(xué)性質(zhì)的影響[1]，可能出現(xiàn)支護(hù)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、地表沉降等危險，對鄰近管線及建筑均可能產(chǎn)生負(fù)性影響[2]。本文以基坑工程與地下工程建設(shè)為切入點(diǎn)，研究了此類工程安全及環(huán)境影響的控制。

1 基坑工程與地下工程發(fā)展現(xiàn)狀

近年來隨著城市建設(shè)用地緊張度的不斷增加，地下空間的開發(fā)與有效利用成為了城市建設(shè)不可或缺的環(huán)節(jié)。隨著基坑挖掘深度的加大，建設(shè)難度也會隨之顯著增加，尤其在現(xiàn)如今不少基坑工程深度已達(dá)到地下30 米左右且規(guī)模明顯增大。施工過程中會遇到多種問題，影響著基坑的穩(wěn)固性以及工程的整體質(zhì)量安全。

現(xiàn)如今城市的建設(shè)發(fā)展中基坑開挖大多會受到原有地鐵隧道、地下管線、鐵路、周邊建筑的影響，開挖過程中可能引起周圍土體應(yīng)力場變化，繼而影響土體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，這是造成周邊地下管線、道路、建筑物受力不均勻、出現(xiàn)開裂破壞、結(jié)構(gòu)沉降等危險的主要原因[3]。除此之外，下水的控制也在深基坑開挖中受到重視，基坑深度的增加需要嚴(yán)格考慮承壓水的有效控制，否則一旦發(fā)生水土流失或坑底突涌問題，將直接造成工程破壞甚至人員傷亡。

2 安全隱患及環(huán)境影響類別及控制措施

2.1 變形控制問題

我國上世紀(jì)中后期基坑周圍環(huán)境相對較為簡單，在基坑工程變形控制方面只需強(qiáng)調(diào)基坑穩(wěn)定控制即可，大多以旋臂和放坡為主要支護(hù)方式，即便需要設(shè)置錨桿或水平支撐，大多也是出于保障穩(wěn)定性并減少結(jié)構(gòu)內(nèi)力的目的。隨著城市的發(fā)展，當(dāng)前我國深基坑周圍大多環(huán)境變得復(fù)雜，尤其是軟土地區(qū)穩(wěn)定性及工程變形控制難度明顯增大[4]。城市發(fā)展下，基坑工程與地下工程大多處于城市中心位置，其附近存在地下管線、城市道路、建筑物、地鐵隧道等，環(huán)境效應(yīng)極強(qiáng)。在開挖過程中，周圍土體應(yīng)力場的變化可能直接造成土體出現(xiàn)變形而導(dǎo)致周圍地下管線道路或建筑物開裂破壞、不均勻沉降，直接導(dǎo)致安全性受到影響，因此此類地區(qū)的深基坑設(shè)計風(fēng)險高難度大且對變形控制有著嚴(yán)格要求[5]。由于深基坑施工可能造成區(qū)域性沉降、臨近處變形以及基坑內(nèi)變形，因此環(huán)境變形控制要求及精度顯著提升，尤其是高鐵、機(jī)場、地鐵之類的環(huán)境條件，精度已經(jīng)控制到毫米級別。在設(shè)計與施工中均需認(rèn)識到基坑工程與地下工程的變形控制屬于復(fù)雜、動態(tài)狀態(tài)，變形控制必須不斷嚴(yán)格。

基坑工程與地下工程在施工過程中應(yīng)用的盾構(gòu)法隧道施工可能引起變形控制，在施工期間盾尾注漿施工、盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)、千斤頂頂推力、土倉壓力等參數(shù)處于不斷變化狀態(tài)，盾構(gòu)隧道通過不同施工精度、不同施工工藝、不同土層條件均可能造成加固土體和地層損失的性質(zhì)產(chǎn)生明顯離散性，對地表沉降的有效控制及合理預(yù)測加大難度[6]。對于當(dāng)前城市建設(shè)中應(yīng)用盾構(gòu)法隧道施工而言，其最可能出現(xiàn)的負(fù)性影響在于施工過程中管線及道路錯綜復(fù)雜且建筑物密集，尤其處于城市中心區(qū)域時，該施工的環(huán)境敏感度高，需考慮到各種因素的影響，尤其是建設(shè)時間較長的道路、周邊存在古老建筑、原有管線錯綜復(fù)雜情況，此類區(qū)域土層抵抗變形的承受能力會明顯下滑[7]。在盾構(gòu)法施工期間承受能力會極大減弱，因此必須對盾構(gòu)法施工涉及到的各項參數(shù)數(shù)據(jù)精細(xì)化管理。

2.2 水平支撐體系冗余度問題

城市建設(shè)規(guī)模的逐步加大背景下，基坑開挖深度呈現(xiàn)明顯加大趨勢，數(shù)十米基坑現(xiàn)如今已經(jīng)并不罕見。隨著城市對地鐵建設(shè)的需求不斷攀升以及人們對高層樓房居住環(huán)境要求的不斷提升，基坑開挖深度進(jìn)一步延伸，基坑規(guī)模大幅增長。

傳統(tǒng)建設(shè)基坑工程與地下工程中涉及到的基坑水平支撐理論是建立在構(gòu)建強(qiáng)度設(shè)計基礎(chǔ)之上的，整個支撐體系的冗余度無法有效保障，因此水平支撐結(jié)構(gòu)可能會受到局部破壞的影響而出現(xiàn)連續(xù)性破壞。以冗余度形式水平支撐體系為例，不同環(huán)梁支撐平面布置方案下的連續(xù)破壞及冗余度存在差異。通過模擬局部構(gòu)建破壞時水平支撐結(jié)構(gòu)體系的變化情況確定了其整體破壞荷載，在此基礎(chǔ)上提出了綜合冗余度因子這一概念，也就是在綜合考慮水平支撐設(shè)計荷載冗余度基礎(chǔ)上設(shè)定相關(guān)評價指標(biāo)。

2.3 大長度基坑連續(xù)破壞

基坑工程與地下工程早期開挖深度不大時穩(wěn)定性方面基本處于可控狀態(tài)，但若開挖深度較大，基坑失穩(wěn)機(jī)理則會受到更多因素影響。當(dāng)開挖深度達(dá)到20 米以上，軟土地區(qū)基坑支護(hù)體系則變得逐漸復(fù)雜，存在多道水平支撐體系以及地下連續(xù)墻體系。加上基坑內(nèi)外人工進(jìn)行的土體加固，此時基坑的穩(wěn)定性破壞因素較多，支護(hù)結(jié)構(gòu)、地下水、土壤的耦合作用體系中某一環(huán)節(jié)或部分失效均可能引發(fā)穩(wěn)定性受損而導(dǎo)致大規(guī)?？逅鶾8]。在一些基坑垮塌案例中，支護(hù)結(jié)構(gòu)連續(xù)垮塌大多為垮塌一定范圍后終止，并不會沿著基坑長度無限制垮塌。當(dāng)前基坑基于平面問題破壞模式已經(jīng)無法反映深基坑的連續(xù)破壞機(jī)理以及特點(diǎn)，必須對連續(xù)破壞的演變機(jī)理深入研究，假設(shè)引發(fā)連續(xù)破壞的各項因素及傳遞發(fā)展機(jī)理。從沿著基坑長度、寬度、深度等多方面展開研究并建立連續(xù)倒塌可能性的評價方法及量化評價指標(biāo)，設(shè)計出防止基坑結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌的有效施工方法。

大長度基坑連續(xù)破壞類型指的是基坑沿著長度方向出現(xiàn)連續(xù)性破壞，大多由局部破壞引發(fā)，可能出現(xiàn)數(shù)十米甚至百米以上的破壞事故且呈現(xiàn)明顯連續(xù)性。由局部破壞引發(fā)大規(guī)模連續(xù)破壞不僅會造成工期的延長，還可能出現(xiàn)較大安全事故。相關(guān)研究者對懸臂排樁支護(hù)基坑局部支護(hù)樁破壞倒塌展開試驗?zāi)Ｐ驮O(shè)計，研究了支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力變化以及局部破壞引發(fā)的土壓力相關(guān)規(guī)律，結(jié)果顯示基坑局部破壞或垮塌會造成鄰近樁的內(nèi)力在短時間內(nèi)突然增大，坑外土體向基坑中滑落導(dǎo)致臨近支護(hù)結(jié)構(gòu)主動區(qū)卸載，此時荷載過程處于延后狀態(tài)。研究者通過對荷載傳遞系數(shù)的分析認(rèn)定局部破壞會造成其相鄰不同位置的其它樁內(nèi)力倍數(shù)提高，其它相鄰樁的安全系數(shù)以及承載力直接關(guān)系到連續(xù)破壞的發(fā)展程度及發(fā)生率。除此之外，基坑施工盾構(gòu)掘進(jìn)過程中需注意地面隆陷的預(yù)防，以免造成周圍建筑物受到破壞甚至引發(fā)社會群體事件。在此方面，首先需確定施工參數(shù)，詳細(xì)了解盾構(gòu)正面土壓力，確保泥水壓力比工作面土壓力略大來保障工作面平衡以及掘進(jìn)穩(wěn)定性。其次注意地層損失的控制，避免大角度糾偏造成地層損失。第三，需注意水土流失的預(yù)防，可通過多道止水帶提升盾尾密封性，加強(qiáng)盾尾注漿，避免淺層覆土盾構(gòu)水土流失。最后，可通過跟蹤注漿方式降低后期沉降發(fā)生率。

2.4 地下水控制

基坑深度的增加造成基坑開挖過程中承壓水控制難度逐漸加大，甚至成為了對基坑開挖的制約性問題。由于承壓水而引發(fā)流土或坑底突涌危險造成的安全事故近年來并不罕見，一旦發(fā)生流土或坑底突涌往往難以在短時間內(nèi)有效控制，極易引起人員傷亡。另外，若承壓含水層分布厚度加大，即便采用超深止水帷幕或較深的地下連續(xù)墻也難以決斷。承壓含水層抽水降壓將直接影響到周圍環(huán)境以及工程安全，尤其對于大城市地區(qū)或新地區(qū)建設(shè)中，某個局部區(qū)域可能存在多個基坑施工。在施工過程中承壓水大量抽降極易引發(fā)坑內(nèi)地下水位大幅下降，這是造成地層大范圍沉降的重點(diǎn)因素。因此在基坑工程及地下工程施工時必須注意承壓水抽降的有效控制，盡可能降低流土及坑底突涌發(fā)生率。

除此之外，地下工程漏水漏砂災(zāi)害也會直接造成工程安全性受到影響。此類災(zāi)害大多由地下水引發(fā)，尤其在隧道工程施工中盾構(gòu)施工中盾尾與螺旋輸送機(jī)涌水涌砂引起盾構(gòu)機(jī)入洞出洞過程中對地下連續(xù)墻造成破壞引發(fā)安全事故，或管片張開量過大引發(fā)安全事故。相對而言，涌水涌砂事故多發(fā)生于在土壓平衡盾構(gòu)或盾尾的螺旋輸送機(jī)出口，主要因盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)偏差或盾尾密封不嚴(yán)造成；螺旋輸送機(jī)噴涌大多因水壓過大或富水砂層土體改良效果未達(dá)標(biāo)造成；施工過程中采用注漿法或凍結(jié)法進(jìn)行土體加固，可能造成涌水涌砂事故。漏水漏沙災(zāi)害的控制方面，需嚴(yán)防縫隙或孔洞的進(jìn)一步發(fā)展，嚴(yán)格控制管片接縫張開程度；對于土體流失松動區(qū)采用水玻璃水泥雙液漿之類的快凝漿液進(jìn)行注漿加固，避免慢凝漿液無法達(dá)到有效堵漏效果。

2.5 承重支架搭設(shè)風(fēng)險

在基坑工程與地下工程施工過程中，承重支架屬于重要施工輔助舉措，一旦支架出現(xiàn)穩(wěn)定度下滑甚至垮塌情況，將直接造成人員施工風(fēng)險事故。因此首先需對支架搭設(shè)單位的資質(zhì)展開詳細(xì)審查，且搭設(shè)支架人員必須持證上崗、經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)，根據(jù)基坑工程及地下工程需搭設(shè)支架的面積、基坑深度、土體穩(wěn)定度等合理設(shè)置搭設(shè)方案，由專家及技術(shù)負(fù)責(zé)人綜合評審后方可實(shí)施搭設(shè)。腳手架以及承重支架使用到的扣件、鋼管等均需提供力學(xué)實(shí)驗報告，確保材料合格。所有鋼管的厚度必須嚴(yán)格審查，鋼管應(yīng)順直且鋼管表面不存在孔洞、彎折、裂紋、凹凸等缺陷。承重支架搭設(shè)過程中必須對下層樓板、基礎(chǔ)等支撐結(jié)構(gòu)物的混凝土強(qiáng)度嚴(yán)格檢查，確保其能夠承受現(xiàn)澆混凝土支架以及模板的綜合重量。搭設(shè)期間應(yīng)確保承重支架的布局橫距、縱距符合設(shè)計參數(shù)，要求監(jiān)理人員全程監(jiān)督。在承重支架搭設(shè)完成后必須由施工單位技術(shù)人員及工程監(jiān)理安全管理人員組織詳細(xì)驗收并進(jìn)行壓載試驗。若基坑深度過大，需搭設(shè)的承重支架較復(fù)雜，在澆筑混凝土?xí)r必須督促施工單位跟蹤測量承重支架變形情況，及時發(fā)現(xiàn)安全隱患。承重支架拆除方面，必須在保障現(xiàn)澆混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)后才可拆除支架，并督促施工單位進(jìn)行安全技術(shù)交底，拆除過程中設(shè)置防護(hù)區(qū)域并做好警示標(biāo)識，注意施工現(xiàn)場安全監(jiān)護(hù)。

2.6 有害氣體問題

有害氣體大多出現(xiàn)于地鐵工程中，是典型的基坑工程與地下工程。此類工程在挖掘過程中可能因預(yù)先檢測不足或施工期間通風(fēng)不當(dāng)而造成有毒有害氣體泄漏，部分地區(qū)軟土地層在挖掘過程中可能存在淺層可燃?xì)怏w泄漏情況，若控制不當(dāng)極易造成人員中毒甚至爆炸事故。

有害氣體預(yù)防方面，首先可通過每日檢測預(yù)防有害氣體滲漏，檢測盾構(gòu)機(jī)頭部可燃?xì)怏w濃度，若濃度過大應(yīng)采取稀釋等方式降低濃度，保障掘進(jìn)安全性，控制隧道內(nèi)有害氣體含量；其次，應(yīng)注重地下施工通風(fēng)有效性，在盾構(gòu)推進(jìn)環(huán)節(jié)必須良好通風(fēng)，保障隧道空氣新鮮。最后，掘進(jìn)過程中應(yīng)做好防爆、防燃、防毒等安全措施，并保障地下施工氧氣有效含量。

3 結(jié)束語

隨著城市建設(shè)的發(fā)展，基坑工程與地下工程數(shù)量呈不斷增多趨勢，此類工程在設(shè)計、建設(shè)等方面相較于普通工程具有顯著特殊性，因此必須更重視工程安全及環(huán)境影響控制。工程管理方應(yīng)統(tǒng)籌影響施工安全各因素及環(huán)境影響類別，有針對性的提升預(yù)見性，保障工程安全進(jìn)展。