沈紅良,何浩,彭仁軍,鄔振洲,張標(biāo),張道兵,張佳華,朱遠(yuǎn)嫘

(1.中鐵五局集團(tuán) 第一工程有限責(zé)任公司,湖南 長(zhǎng)沙 410117; 2.中鐵五局集團(tuán)有限公司,湖南 長(zhǎng)沙 410000;3.湖南科技大學(xué) 土木工程學(xué)院,湖南 湘潭 411201;4.湖南科技大學(xué) 南方煤礦瓦斯與頂板災(zāi)害預(yù)防控制安全生產(chǎn)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室煤礦安全開采技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖南 湘潭 411201)

地鐵作為新興的交通方式,有效地緩解了交通壓力,在城市交通體系中占據(jù)著重要地位.明挖法是地鐵車站施工時(shí)最常用的方法,但隨著城市建設(shè)的加快,地鐵車站施工現(xiàn)場(chǎng)周圍的建筑物不斷增多,車流量也不斷增大,在施工過程中可能會(huì)因地質(zhì)情況、動(dòng)荷載及周邊建筑等的影響產(chǎn)生諸多風(fēng)險(xiǎn),若無法有效控制風(fēng)險(xiǎn)則易引發(fā)安全事故和財(cái)產(chǎn)損失[1-3].

在運(yùn)用明挖法施工時(shí)應(yīng)確保施工安全和周圍建筑物的結(jié)構(gòu)安全.因此,在施工前進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)源調(diào)查具有重要意義[4-5].王曉明[6]指出了地鐵施工可能存在的地質(zhì)條件風(fēng)險(xiǎn)、外部風(fēng)險(xiǎn)、管理風(fēng)險(xiǎn)、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)等風(fēng)險(xiǎn)源,為進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)源調(diào)查提供了指導(dǎo);唐傳政等[7]列舉了武漢地鐵3號(hào)線一期工程23座車站基坑施工可能存在的風(fēng)險(xiǎn)并提出了相應(yīng)的解決措施,提高了施工的安全性;胡眾等[8]以合肥地鐵3號(hào)線為例,建立風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型以此確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí),并提出了基坑變形控制的相關(guān)建議;王峰等[9]以成都地鐵鳳溪站為例,探究了富水卵石層深基坑施工風(fēng)險(xiǎn)等級(jí),并針對(duì)該地質(zhì)條件下基坑開挖提出了建議措施;楊濤[10]以常州軌道交通1號(hào)線為例,分析了地鐵車站施工對(duì)周圍建筑物的影響,并根據(jù)分析結(jié)果對(duì)其采取了保護(hù)措施.

以上對(duì)于地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)的調(diào)查研究多是從整條地鐵線路施工角度分析,少有對(duì)具體車站施工的風(fēng)險(xiǎn)源研究,且多是單一的分析某一種風(fēng)險(xiǎn)并提出建議，同時(shí),因深基坑施工工程的特殊性,不同的地質(zhì)環(huán)境及不同施工方法可能存在的風(fēng)險(xiǎn)也不一樣.基于上述內(nèi)容,本文以長(zhǎng)沙地鐵一號(hào)線新建西路車站施工為例,全面考慮以雜填土和卵石層為主要地層條件下明挖法施工的風(fēng)險(xiǎn)源,并通過風(fēng)險(xiǎn)分析提出富有針對(duì)性的解決措施,旨在提高地鐵車站施工的安全性.

1 工程簡(jiǎn)介

1.1 車站概況

新建西路站位于芙蓉路、新建西路以及規(guī)劃路交叉口,沿芙蓉中路南北呈一字型布置.車站為地下二層、局部三層的10 m單柱島式車站,站臺(tái)寬度12 m.車站共設(shè)置4個(gè)出口,2組風(fēng)亭,車站主體結(jié)構(gòu)采用明挖法施工,圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用1 000 mm地下連續(xù)墻，其中地層主要為雜填土和卵石層.

1.2 車站基坑與周邊構(gòu)建物位置關(guān)系

車站位于繁華的都市主干道上,施工場(chǎng)區(qū)周邊毗鄰多個(gè)高層建筑物,主要為新芙蓉之都、城市快線、省交通科學(xué)研究院等,各建筑與車站的位置關(guān)系如圖1所示.為確保周邊建筑物和施工安全,特對(duì)新建西路站周邊構(gòu)建物進(jìn)行了實(shí)地勘查,勘查結(jié)果整理如表1所示,勘查發(fā)現(xiàn)新建西路車站周邊管線眾多,其中包括燃?xì)?、電力、電信、排水、供水等管線,而且車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)西側(cè)的部分排水管道距圍護(hù)結(jié)構(gòu)不到1 m,地下管線和管道的分布嚴(yán)重制約著車站施工.

圖1 車站與周圍建筑位置關(guān)系

表1 新建西路周邊建筑物情況一覽表

2 地鐵車站施工的風(fēng)險(xiǎn)源分析

2.1 深基坑施工風(fēng)險(xiǎn)

新建西站基坑深度22.5～24.8 m,基坑長(zhǎng)度175.5 m,屬深基坑,基坑深度范圍內(nèi)主要以雜填土、粗砂和卵石層為主,以上地層均易壓縮且屬?gòu)?qiáng)透水層,地層情況較差,連續(xù)墻成槽過程中容易引起塌孔,土方開挖過程中容易引起過大的地表沉降.同時(shí)考慮到連續(xù)墻接頭處滲水風(fēng)險(xiǎn)的存在,地下水可能通過接頭滲入至基坑內(nèi),長(zhǎng)時(shí)間的滲漏容易造成連續(xù)墻背后水土流失,造成基坑失穩(wěn),使土體往基坑方向位移,地面下沉.

2.2 車站主體基坑對(duì)周邊建筑物的影響

新建西站周邊建筑物主要為新芙蓉之都售樓部、城市快線、潭州瓦缸及省交通科學(xué)研究院,其中省交通科學(xué)研究院和潭州瓦缸年代長(zhǎng),且交通疏解道路外擴(kuò)后,地面交通量較大,周邊動(dòng)載極大,車站主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻,基坑開挖深度22.5～24.8 m,地下連續(xù)墻成槽及土方開挖過程中引起的地層損失及在較大的動(dòng)載雙重作用下容易導(dǎo)致建筑物下沉、傾斜,甚至開裂,進(jìn)而使建筑物不能正常使用.

2.3 施工過程的偏壓風(fēng)險(xiǎn)

新建西路位于芙蓉路上,周邊建筑物密集,基坑兩側(cè)交通量大,由于車流動(dòng)載作用,極易使基坑偏壓,導(dǎo)致支護(hù)失穩(wěn).

2.4 車站基坑開挖對(duì)周邊管線的影響

管線距離基坑較近,在基坑開挖時(shí),由于基坑土體卸荷,容易造成基坑收斂,從而引起管線開裂、燃?xì)夤艿缆?、自來水爆裂浸泡基坑、排水滲入基坑等情況的發(fā)生.滲漏水流入基坑會(huì)造成基坑失穩(wěn)致使基坑塌方.燃?xì)夤艿缆鈺?huì)造成爆炸等危險(xiǎn).

3 風(fēng)險(xiǎn)控制措施

3.1 深基坑施工風(fēng)險(xiǎn)控制措施

深基坑開挖是地鐵修建過程中難度較大且事故頻發(fā)的一個(gè)階段,為避免發(fā)生安全事故,在進(jìn)行開挖前應(yīng)根據(jù)勘察結(jié)果編制專項(xiàng)安全施工方案,開挖時(shí)遵循“分層開挖,先撐后挖,隨挖隨支”的原則.同時(shí)對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)等的水平、豎向位移進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),并在現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)備一些應(yīng)急材料,如鋼支撐等.針對(duì)地下連續(xù)墻接頭處滲水問題,應(yīng)根據(jù)滲漏情況采取相應(yīng)的解決措施.若滲水量不多,可以采用引流的方法,將水利用導(dǎo)管排出,然后使用防水混凝土砂漿進(jìn)行封堵.若滲流情況嚴(yán)重,則需要在基坑內(nèi)回填土,將水流封堵住后在基坑外圍進(jìn)行雙液注漿.總而言之,基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)是基坑施工過程中出現(xiàn)不可控因素最多的地方,保障基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量是防止發(fā)生安全事故的有效舉措.

3.2 周邊建筑物保護(hù)措施

新建西路地鐵站周圍建筑物眾多,有的建筑具有悠久歷史,為保障施工時(shí)周邊建筑安全使用,施工時(shí)制定了相關(guān)保護(hù)措施.根據(jù)勘查結(jié)果可知,周邊建筑物與地鐵站的距離在15～40 m,在開挖時(shí),為控制基坑自身變形,減小對(duì)周邊建筑物的影響力,應(yīng)控制施工進(jìn)度,同時(shí)對(duì)距建筑物較近的基坑邊緣進(jìn)行鋼板樁加固處理,現(xiàn)場(chǎng)施工圖如圖2所示.鋼板樁采用10 mm厚鋼板,鋼板長(zhǎng)度5.2 m,寬75 cm,鋼板后焊接直徑為48 mm的鋼管4根,每塊鋼板樁間距30 cm,能有效提高基坑穩(wěn)定性.為防止建筑物發(fā)生不均勻沉降,對(duì)新建西路站周邊建筑物采用注漿加固地層的保護(hù)方案.注漿后的土體被漿液固結(jié),在與漿液中水泥共同作用下,土體強(qiáng)度提高,壓縮性小,建筑物變形量減小,同時(shí)漿液中的水泥對(duì)土體中的孔隙進(jìn)行有效填充,使基坑與周邊地層形成整體,防止基坑變形和沉降,進(jìn)而避免基坑施工對(duì)鄰近建筑物的影響.

圖2 基坑鋼板樁施工

3.3 偏壓風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施

李浩等[11]運(yùn)用有限元分析軟件分析偏壓作用變化對(duì)基坑穩(wěn)定性的影響規(guī)律,探究出最大剪切應(yīng)力易出現(xiàn)在基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)底部,本工程基于其分析結(jié)果,將第二、第三、第四道鋼支撐直接施加在地下連續(xù)墻上的施工工藝優(yōu)化為在鋼支撐與地下連續(xù)墻之間增加鋼腰梁,鋼腰梁采用兩根45c工字鋼(剖面圖如圖3所示),有效降低了兩側(cè)邊墻對(duì)底部的擠壓力,提高了地下連續(xù)墻的抗剪能力,同時(shí)對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)底部進(jìn)行密切監(jiān)測(cè),保證支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性.此外,為避免開挖時(shí)地表出現(xiàn)較大的沉降還應(yīng)注意開挖順序,豎向分層開挖,水平方向分成不同的施工段進(jìn)行開挖,且邊開挖邊支護(hù).

圖3 鋼腰梁施工剖面(單位：mm)

3.4 周邊管線保護(hù)措施

為保護(hù)新建西路車站周邊的管線,根據(jù)不同種類,不同地理位置的管線采取不同的保護(hù)方式.其保護(hù)方式包括臨時(shí)改移、永久改遷、就地保護(hù)等.在選擇保護(hù)方式時(shí)應(yīng)考慮最佳的路徑,減少保護(hù)成本,對(duì)侵入主體結(jié)構(gòu)的管線將其臨時(shí)改移至結(jié)構(gòu)外,待工程完工后恢復(fù).對(duì)抗變形能力強(qiáng)的柔性材質(zhì)管線采取懸吊保護(hù)措施.此外,考慮未來市政規(guī)劃需求,對(duì)可能需要二次改移的管線進(jìn)行永久改遷.具體保護(hù)情況見表2,管線空間位置分布如圖4所示.

表2 管線保護(hù)情況

圖4 各管線空間位置分布

4 結(jié)論

1)以新建西路車站為例,分析列舉了地鐵車站明挖法施工中可能存在的4種風(fēng)險(xiǎn).

2)針對(duì)施工過程中存在的深基坑施工風(fēng)險(xiǎn)、周邊建筑物影響、偏壓風(fēng)險(xiǎn)提出分層開挖、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、注漿加固等控制措施,同時(shí)給出了周邊不同管線的保護(hù)方法,為類似明挖法工程施工提供了指導(dǎo).