田曉琳

（中鐵二十二局集團(tuán)第二工程有限公司，北京 100041）

0 引言

城市地鐵工程具有施工體積大、建筑單元多、地層及周圍結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工程序多、技術(shù)要求高、施工時(shí)間緊張等特點(diǎn)，要求施工過人員能夠準(zhǔn)確識(shí)別地鐵附屬基坑開采風(fēng)險(xiǎn)，制訂相應(yīng)的防范措施，以防止對(duì)地鐵附屬基坑開采造成不良影響。所以，對(duì)地鐵基坑工程進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析和控制有重要意義。

1 工程概況

該車站為天津地鐵8 號(hào)線一期工程起點(diǎn)站，位于資陽(yáng)路和羅平道交口西側(cè)綠水園內(nèi)，車站主體沿綠水公園南北方向布置（如圖1）。

圖1 基坑總平面布置圖

該站有效站臺(tái)中心里程為DK16+779.638，設(shè)計(jì)起訖里程：左線為DK16+337.790—DK16+863.938，右線為DK16+343.110—DK16+863.938，車站范圍內(nèi)主線之間的距離為15.7m；為島嶼式終端平臺(tái)，有效平臺(tái)寬度為12.5m，標(biāo)準(zhǔn)部分為地下兩個(gè)三柱延伸矩形框架結(jié)構(gòu)，總寬度為21.6m；平臺(tái)中心面板底部約為16774m。該站設(shè)置四組風(fēng)亭，兩個(gè)出入口。其中，1 號(hào)、2 號(hào)風(fēng)亭為車站主體頂出、3 號(hào)風(fēng)亭和D 號(hào)出入口位于變電站東側(cè)，4 號(hào)風(fēng)亭位于車站西側(cè)。所有子結(jié)構(gòu)均位于地下，且是在開鑿坑之前建造的?；涌偲矫娌贾脠D如圖1 所示。

地鐵基坑附屬結(jié)構(gòu)的支撐體系是指用于支撐、穩(wěn)定、保護(hù)基坑四周土體的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，常見的支撐形式一般包括以下幾種：

第一，鋼支撐。利用鋼材組成的支撐系統(tǒng)，常見的形式有鋼梁和鋼板樁等。鋼支撐具有較高的強(qiáng)度和剛度，適用于不同地質(zhì)條件下的基坑支護(hù)[1]。第二，混凝土支撐。使用澆筑混凝土形成支撐體系，常見的形式有混凝土樁、梁、墻等。混凝土支撐具有剛性好、耐久性強(qiáng)等特點(diǎn)，比較合適長(zhǎng)期施工及持久使用的情況。第三，土工材料支撐：使用土工合成材料（如土工布、土工格柵）或灌漿加固土體形成的支撐結(jié)構(gòu)。這種支撐方式適用于較小規(guī)模的基坑。第四，綜合支撐系統(tǒng)。結(jié)合以上多種方式，通過組合設(shè)計(jì)、交叉施工等方式形成的綜合支撐體系。這種支撐系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于能根據(jù)不同的地質(zhì)條件和工程要求，靈活選用合適的支撐形式。

2 工程水文地質(zhì)情況

在地鐵附屬基坑開挖工程中，進(jìn)行水文地質(zhì)調(diào)查對(duì)設(shè)計(jì)和施工工作至關(guān)重要[2]。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，可將該工程劃分為3 個(gè)水文地質(zhì)巖組：

2.1 潛水含水巖組

人工填土層（Qml）、全新統(tǒng)上組陸相沖積層（Q43al）及海相沉積層（Q42m）視為潛水含水層。含水介質(zhì)顆粒較細(xì)，水力坡度小，地下水徑流十分緩慢。排泄方式主要有蒸發(fā)、人工開采和向下部承壓水、地表水體滲透。沼澤相沉積層（Q41h）粉質(zhì)黏土（地層編號(hào)⑦）及下組陸相沖積層（Q41al）粉質(zhì)黏土（地層編號(hào)⑧1）屬極微透水—微透水層，可視為潛水含水層與其下承壓含水層的相對(duì)隔水層。

勘察期間測(cè)得場(chǎng)地地下潛水位如下：地下水深2.60～4.50m，相當(dāng)標(biāo)高0.26～0.34m。恒定水位深度1.30～3.70m，相當(dāng)于每年上升1.06～1.15m，地下水位波動(dòng)約0.50～1.00m。

2.2 第一承壓含水巖組

第一承壓含水層：全新統(tǒng)下組陸相沖積層（Q41al）砂質(zhì)粉土（地層編號(hào)⑧2）透水性好，為微承壓含水層。上更新統(tǒng)第五組陸相沖積層（Q3eal）的粉質(zhì)黏土（地層編號(hào)⑨1）及上更新統(tǒng)第四組濱海潮汐帶沉積層（Q3dmc，地層編號(hào)⑩1）透水性相對(duì)較差，可視為第一承壓含水層隔水底板。根據(jù)場(chǎng)地旁蘭坪路站抽水試驗(yàn)結(jié)果，該承壓水水頭大沽標(biāo)高約為-0.83～-0.79m。

2.3 第二承壓含水巖組

第二承壓含水層：上更新統(tǒng)第三組陸相沖積層（Q3cal）粉砂（地層編號(hào)?1t、?4）透水性好，為微承壓含水層。上更新統(tǒng)第二組海相沉積層（Q3bm）粉質(zhì)黏土（地層編號(hào)?1）透水性相對(duì)較差，可視為第二承壓含水層隔水底板。根據(jù)場(chǎng)地旁蘭坪路站抽水試驗(yàn)結(jié)果，該承壓水水頭大沽標(biāo)高約為-1.29～-1.18m。

3 地鐵附屬基坑開挖風(fēng)險(xiǎn)分析

地鐵附屬基坑工程的施工條件十分苛刻。地鐵一般是在較發(fā)達(dá)的市區(qū)修建的。這些地區(qū)建筑樓層高、密度大，交通相對(duì)堵塞，建筑工地相對(duì)較差且狹窄，給建筑施工帶來了很多不便。地鐵附屬基坑工程施工，需要提前對(duì)周圍環(huán)境地表水方面的問題進(jìn)行提前查看，明確坑周坑內(nèi)的明水排放情況，注意坑周邊的防護(hù)措施以及施工現(xiàn)場(chǎng)的地面硬化程度，對(duì)有可能排入施工現(xiàn)場(chǎng)的各種水源進(jìn)行調(diào)查，并制訂有效的堵截措施。在老黏土分布區(qū)域，更要禁止地表水滲入基坑內(nèi)，避免給地鐵附屬基坑工程施工帶來麻煩。提前做好準(zhǔn)備工作，能夠有效避免上述問題，確保地鐵附屬基坑施工正常運(yùn)行。同時(shí)，開展地鐵附屬基坑工程應(yīng)提前了解周圍建筑的埋置深度，充分了解高層建筑的上層結(jié)構(gòu)，以及地鐵附屬基坑周圍的市政管網(wǎng)分布情況。對(duì)市政道路和生態(tài)環(huán)境進(jìn)行詳細(xì)的考察，確保地鐵附屬基坑施工不會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成威脅。

3.1 邊坡（護(hù)壁）滲漏

這種現(xiàn)象最常見于地下地鐵附屬基坑，主要發(fā)生在多變飽和土壤中，斜坡發(fā)生泄漏時(shí)，斜坡會(huì)坍塌或局部不穩(wěn)定。據(jù)統(tǒng)計(jì)，大多數(shù)地鐵附屬基坑開挖事故的發(fā)生都與其有關(guān)。

3.2 基坑邊滑移

如果在無支撐的斜坡上開挖深層結(jié)構(gòu)，會(huì)由于傾斜體承載力不足而形成斜坡，從而引發(fā)基坑邊滑移風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 地面開裂、坍塌

邊坡發(fā)生位移，水、砂外泄，進(jìn)而導(dǎo)致地表結(jié)構(gòu)失穩(wěn)與崩塌。為避免在地鐵附屬基坑挖掘時(shí)因水分損失而引起地表坍塌，必須在基坑內(nèi)采取排水措施。此外，局部層失水嚴(yán)重時(shí)，上部軟土?xí)蚴a(chǎn)生較大的滑坡[3]。

3.4 底隆起

底部隆起通常發(fā)生在坡度較差的軟土上，主要是由于支撐結(jié)構(gòu)的淹沒端變形較大，結(jié)構(gòu)底部存在弱隔水層，地下水位上升或存在高水頭區(qū)域可能增加地下水的滲透壓力，導(dǎo)致基坑底部隆起。

3.5 承壓水突涌

承壓水突涌的原因是多方面的。

第一，地下水位高。地下水位較高時(shí)，地鐵附屬基坑開挖可能會(huì)遇到承壓水。這種情況通常發(fā)生在地質(zhì)條件復(fù)雜、地表附近有河流、湖泊或高含水層的地區(qū)。

第二，深淺埋深過渡區(qū)。在地鐵施工過程中，如果基坑位于深淺埋深過渡區(qū)域，即從深埋段過渡到淺埋段或相反，由于地下水位急劇變化，可能會(huì)導(dǎo)致承壓水突涌。

第三，施工未及時(shí)進(jìn)行排水控制。施工過程中若沒有采取有效的水文地質(zhì)調(diào)查和合理的排水控制措施，開挖過程中地下水無法得到及時(shí)排空，并持續(xù)積蓄壓力，可能導(dǎo)致承壓水突涌。

第四，施工或支護(hù)結(jié)構(gòu)破損。在施工過程中，如未嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)和施工規(guī)范進(jìn)行操作，或者施工過程中發(fā)生了意外事故，如管道因受侵蝕破裂、承壓層破裂等，可能導(dǎo)致承壓水突涌現(xiàn)象。因此，進(jìn)行地鐵基坑開挖工程前，必須進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)勘察和水文地質(zhì)調(diào)查，并制訂相應(yīng)的防控措施，預(yù)防和應(yīng)對(duì)承壓水突涌現(xiàn)象。

3.6 圍護(hù)結(jié)構(gòu)涌水涌砂

在地鐵附屬基坑深部開挖過程中，其圍護(hù)結(jié)構(gòu)直接影響支撐系統(tǒng)的質(zhì)量與安全。若圍護(hù)結(jié)構(gòu)不良，會(huì)造成地鐵附屬基坑基礎(chǔ)質(zhì)量差。在地鐵基坑挖掘過程中，許多涌水涌砂現(xiàn)象是水對(duì)屏障壁的影響增加引發(fā)的，如公共屏障壁出現(xiàn)裂縫，導(dǎo)致地下水大量積聚。

4 地鐵附屬基坑開挖風(fēng)險(xiǎn)控制對(duì)策

4.1 邊坡（護(hù)壁）滲漏控制措施

第一，盡可能快地確定和斷開水源。

第二，出現(xiàn)砂子（流）且趨勢(shì)變大的時(shí)候，應(yīng)立刻將涌砂通道（預(yù)埋導(dǎo)流管）封閉起來，之后對(duì)涌砂區(qū)域進(jìn)行加固，用水泥漿等方法進(jìn)行回填。

第三，在挖掘過程中，如果因局部邊坡滲漏造成了土層崩塌，一定要將松散的土層清理干凈，用砂袋將塌陷的坑洞填滿，并在坑洞底部埋入包網(wǎng)的引水管，再用水泥砂漿進(jìn)行抹面，同時(shí)可以放置少量的鋼筋對(duì)砂袋進(jìn)行固定。如果塌方范圍很廣，應(yīng)立即停止開挖，然后將土推出施工面，防止土壤進(jìn)入塌方現(xiàn)場(chǎng)，然后將多余的土分塊移除，將管道埋在水循環(huán)中，填充砂袋，將鋼絲網(wǎng)和鋼板掛在表層，然后在表層噴灑混凝土。

第四，在樁之間發(fā)生泄漏的情況下，必須埋設(shè)管道以轉(zhuǎn)移水，并加強(qiáng)樁之間的土壤支撐[4]。

第五，合理選擇材料和施工方式。選用適當(dāng)?shù)倪吰拢ㄗo(hù)壁）材料，并確保其具備良好的防水性能。根據(jù)地質(zhì)條件和施工要求，選擇合適的施工技術(shù)，如水泥漿墻、加固土擋墻等。

第六，嚴(yán)密監(jiān)測(cè)和及時(shí)修復(fù)。對(duì)邊坡（護(hù)壁）進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，包括滲漏、開裂、變形等指標(biāo)，一旦發(fā)現(xiàn)滲漏問題，應(yīng)及時(shí)采取修復(fù)措施，如注漿、堵漏等。此外，在施工過程中，必須加強(qiáng)對(duì)周圍環(huán)境和基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)，若支護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生大變形的情況，應(yīng)及時(shí)召開專家會(huì)議，制訂加固方案，并對(duì)基坑邊坡進(jìn)行加固。

第七，若深基坑施工正處在雨季，地鐵附屬基坑工程排水條件不佳，或者對(duì)坡腳處造成干擾，極易因滲漏造成滑坡災(zāi)害。因此，為防止?jié)B漏引發(fā)滑坡災(zāi)害，需要采用下列方法：在地基上建立適當(dāng)?shù)呐潘?，以降低土壤的含水率，避免地表水流入基坑；?yán)格控制開挖位置和開挖坡度等；在施工作業(yè)地面設(shè)置露天水渠，并設(shè)置專人定時(shí)抽排施工范圍內(nèi)的水。如果遇到暴雨，需要在斜坡上鋪設(shè)塑料薄膜，以免雨水對(duì)斜坡結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。

4.2 支撐失穩(wěn)基坑崩塌的控制對(duì)策

鋼支撐是建造該地鐵附屬基坑開挖項(xiàng)目基礎(chǔ)最重要的支持系統(tǒng)。當(dāng)局部不穩(wěn)定或變形發(fā)生時(shí)，會(huì)對(duì)整個(gè)支撐結(jié)構(gòu)的性能產(chǎn)生負(fù)面影響，可能會(huì)發(fā)生坑崩塌等事故。為避免此類問題，可采取以下措施：

第一，合理選擇支撐方式。常見的支撐方法包括鋼支撐、混凝土支撐、土工材料支撐等，需根據(jù)地質(zhì)條件和工程要求（如穩(wěn)定性和承載能力等）選擇適當(dāng)?shù)闹畏绞?。第二，?duì)基坑支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，包括溫度、應(yīng)力、變形等，一旦發(fā)現(xiàn)基坑支撐失穩(wěn)或崩塌跡象，應(yīng)立即采取緊急處置措施，減少損失和風(fēng)險(xiǎn)。

4.3 基底隆起控制對(duì)策

第一，基底隆起嚴(yán)重時(shí)立即停止開采，堆放材料或充填壓力；第二，及時(shí)在基坑內(nèi)部設(shè)置移動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并做好現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控；第三，底坑進(jìn)行焊接加固，但不應(yīng)使用對(duì)各層干擾較大的技術(shù)，同時(shí)應(yīng)仔細(xì)考慮和監(jiān)測(cè)減少干擾的方法；第四，加強(qiáng)地下水排水，并監(jiān)測(cè)周圍環(huán)境。

4.4 坑底承壓水突涌控制對(duì)策

第一，準(zhǔn)備足夠的砂石和蛇皮袋，若是基礎(chǔ)井突然升起，應(yīng)使用蛇皮袋進(jìn)行填充，然后在基礎(chǔ)井開挖面以下使用砂漿進(jìn)行澆筑。第二，根據(jù)地質(zhì)情況和水文特征，合理設(shè)置排水系統(tǒng)，確保及時(shí)有效地排除坑底積水。第三，基坑開挖前，進(jìn)行充分的水文地質(zhì)勘察和分析，了解地下水位、水文特征等，為后續(xù)施工做好準(zhǔn)備。第四，在基坑施工過程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水位，設(shè)立預(yù)警機(jī)制，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理水位上升的情況，防止承壓水突涌。對(duì)于坑底承壓水突涌的情況，可以采用降水措施，如設(shè)置抽水井、使用水封法等，將坑底的承壓水分流排除，有效控制地下水位上升，降低承壓水突涌發(fā)生率[5]。

4.5 圍護(hù)結(jié)構(gòu)涌水涌砂控制對(duì)策

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在地鐵附屬基坑開挖過程中，應(yīng)注意采取以下控制對(duì)策：第一，如果泄漏面積小，泄漏率小，可以通過快速泵送聚氨酯或水泥來密封泄漏區(qū)域。第二，如果泄漏區(qū)域有較大的裂縫面積和大量泄漏，需要將排水管埋在泄漏點(diǎn)，使用鋼板和快速水泥防止排水管邊緣滲漏，并在密封材料達(dá)到強(qiáng)度后關(guān)閉排水管。

4.6 嚴(yán)格管理和培訓(xùn)

第一，制訂明確的管理責(zé)任和制度。確定各級(jí)管理人員和工作人員的責(zé)任，明確工作流程和標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)程，確保工作規(guī)范、有序進(jìn)行。第二，加強(qiáng)培訓(xùn)，促進(jìn)技能提升。根據(jù)崗位需求，制訂培訓(xùn)計(jì)劃并組織培訓(xùn)，提高施工人員專業(yè)知識(shí)和技能水平的提升，使其具備應(yīng)對(duì)工作中的挑戰(zhàn)和任務(wù)的能力。第三，強(qiáng)化安全意識(shí)和文化建設(shè)。通過培訓(xùn)和宣傳，提高施工人員的安全意識(shí)，使其養(yǎng)成遵守安全規(guī)范的良好習(xí)慣。第四，定期進(jìn)行安全檢查和評(píng)估：建立定期的安全檢查機(jī)制，對(duì)施工操作流程等進(jìn)行檢查和評(píng)估，發(fā)現(xiàn)并糾正潛在的安全隱患和問題，確保工作環(huán)境安全。第五，持續(xù)改進(jìn)。倡導(dǎo)持續(xù)改進(jìn)和學(xué)習(xí)的理念，定期開展經(jīng)驗(yàn)交流和總結(jié)會(huì)議，分享成功經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，推動(dòng)地鐵附屬基坑開挖施工水平的持續(xù)優(yōu)化和提升。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過合理選擇開挖策略和采取相應(yīng)的措施，可以減少施工風(fēng)險(xiǎn)、縮短工期、降低成本，并最大限度地保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)的安全和環(huán)境。然而，需要注意的是，每個(gè)工程都具有其獨(dú)特性和特定要求，因此在實(shí)踐中還需根據(jù)具體情況進(jìn)行綜合評(píng)估和調(diào)整。未來通過對(duì)相關(guān)施工技術(shù)的不斷研究和創(chuàng)新，可以更有效地提高基坑開挖的效率、質(zhì)量和安全性，為城市地鐵擴(kuò)建工程的順利推進(jìn)提供保障。