【摘 要】針對(duì)成都地鐵8號(hào)線二期工程龍?zhí)端峦＼噲?chǎng)出入場(chǎng)線明挖區(qū)間深基坑工程風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了識(shí)別分析，得到基坑主要存在有害氣體溢出風(fēng)險(xiǎn)、管涌風(fēng)險(xiǎn)、膨脹土（巖）施工風(fēng)險(xiǎn)、風(fēng)化巖施工風(fēng)險(xiǎn)、地下障礙物和管線施工風(fēng)險(xiǎn)、地下水發(fā)育風(fēng)險(xiǎn)等六大風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)分析及工程特性，提出了加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)、做好排水對(duì)策和優(yōu)化基坑開挖圍護(hù)方案三個(gè)風(fēng)險(xiǎn)對(duì)策。

【關(guān)鍵詞】地鐵； 深基坑； 復(fù)雜地質(zhì)； 風(fēng)險(xiǎn)分析； 風(fēng)險(xiǎn)對(duì)策

【中圖分類號(hào)】TU94+3【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

0 引言

隨著城市建設(shè)的高速發(fā)展，復(fù)雜地質(zhì)條件及周邊環(huán)境下的地鐵深基坑工程越來越多，特別是在臨近高層建筑、復(fù)雜管線和復(fù)雜地層的地鐵深基坑工程，該類工程往往呈現(xiàn)出開挖面積大、開挖深度深、周圍環(huán)境復(fù)雜以及地質(zhì)條件多樣性等特點(diǎn)，給開挖支護(hù)安全帶來了諸多困難。因此，如何有效評(píng)價(jià)地鐵深基坑工程的施工風(fēng)險(xiǎn)，保證工程施工安全已成為地下工程施工亟待解決的問題［1-11］。

本文以成都地鐵8號(hào)線二期工程龍?zhí)端峦＼噲?chǎng)出入場(chǎng)線明挖區(qū)間為研究對(duì)象，對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件下地鐵深基坑施工的主要風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行辨識(shí)分析，并給出相應(yīng)的控制對(duì)策，為成都復(fù)雜地層軌道交通的建設(shè)提供經(jīng)驗(yàn)參考。

成都平原處于新華夏系第三沉降帶之川西褶帶的西南緣，位于龍門山隆褶帶山前江油—灌縣區(qū)域性斷裂和龍泉山褶皺帶之間，為一斷陷盆地。該斷陷盆地內(nèi)，西部的大邑—彭縣—什邡和東部的蒲江—新津—成都—廣漢兩條隱伏斷裂將斷陷盆地分為西部邊緣構(gòu)造帶、中央凹陷和東部邊緣構(gòu)造帶三部分，成都市構(gòu)造綱要如圖1所示。擬建場(chǎng)地穿越的主要環(huán)境條件如圖2所示。

1 工程概況

龍?zhí)端峦＼噲?chǎng)出入場(chǎng)線明挖區(qū)間位于成華區(qū)成都繞城高速以內(nèi)、成金青快速路以東南側(cè)的木錦大道上，沿木錦大道分布，區(qū)間包含明挖暗埋段和U型槽段，明挖區(qū)間平面如圖3所示。明挖暗埋段設(shè)計(jì)里程為RSK2+219.200-RSK2+555.000，長(zhǎng)335.8 m；U型槽段設(shè)計(jì)里程為RSK2+555.000-RSK2+734.000，長(zhǎng)179 m。出入場(chǎng)線明挖段由工作井、暗埋段、敞開段組成。工作井基坑開挖深度約13.6 m，暗埋段基坑開挖深度9.6～13.3 m，敞開段基坑開挖深度0～7 m（場(chǎng)坪地面標(biāo)高為509.0 m）。工作井和暗埋段基坑位于城市道路中，周邊地下管線和建筑物較多，地下水水位高，對(duì)施工影響較大，基坑破壞后果嚴(yán)重，基坑工程安全等級(jí)為一級(jí)；敞開段位于空曠綠地內(nèi)，周邊環(huán)境條件較簡(jiǎn)單，基坑破壞后果較嚴(yán)重，基坑工程安全等級(jí)為三級(jí)。

2 工程地質(zhì)、水文條件

2.1 地形地貌

成都市區(qū)主要位于岷江沖洪積扇的東南邊緣。成都軌道交通8號(hào)線工程自東北向西南依次穿越岷江水系Ⅲ、Ⅰ、Ⅱ級(jí)階地三個(gè)地貌單元，地勢(shì)總體呈東北高西南低。

成都軌道交通8號(hào)線二期工程龍?zhí)端峦＼噲?chǎng)出入場(chǎng)線所處地貌單元為岷江水系Ⅲ級(jí)階地。本場(chǎng)區(qū)地勢(shì)開闊，地形略有起伏、局部起伏較大，經(jīng)勘察實(shí)測(cè)，勘探孔孔口高程為496.62～522.10 m，相對(duì)高差25.48 m。

2.2 巖土分層及特征

成都市區(qū)主要位于岷江沖洪積扇的東南邊緣。成都軌道交通8號(hào)線二期工程，自東北向西南依次穿越川西平原岷江水系Ⅲ、Ⅰ、Ⅱ級(jí)階地三個(gè)地貌單元，地勢(shì)總體呈東北高西南低。該區(qū)域地層主要為雜填土（Q4ml）、素填土（Q4ml）、黏土、粉質(zhì)黏土、含黏土卵石、全風(fēng)化泥巖、強(qiáng)風(fēng)化泥巖、中等風(fēng)化泥巖。

2.2.1 第四系人工填土層（Q4ml）

雜填土（Q4ml）：雜色、灰褐色、局部灰黑、黃褐色，濕，松散，土質(zhì)不均；含黏性土、建筑垃圾、磚渣、石子、少量生活垃圾等，局部表層為混凝土地面或?yàn)r青路面；場(chǎng)區(qū)大部分區(qū)域有分布，揭示層底埋深0.50～5.50 m、層底高程495.62～519.40 m、層厚0.50～5.50 m。

素填土（Q4ml）：灰褐、黃灰、黃褐色，濕，松散，局部可塑～硬塑，土質(zhì)不均；以粘性土為主，含少量碎石、磚渣等雜物；場(chǎng)區(qū)大部分區(qū)域有分布，揭示層底埋深0.50～9.50 m、層底高程493.06～517.01 m、層厚0.50～5.50 m。

2.2.2 第四系中、下更新統(tǒng)冰水沉積層（Q1+2fgl）

黏土：褐黃、灰黃色，硬塑為主，偶為可塑或堅(jiān)硬，含氧化鐵、鐵錳結(jié)核和高嶺土，具弱～中等膨脹性。有光澤，無搖振反應(yīng)，干強(qiáng)度高，韌性高，中壓縮性。場(chǎng)區(qū)均有分布，揭示層底埋深3.40～16.90 m、層底高程487.46～511.93 m、層厚0.90～14.40 m。

含黏土卵石：青灰色、灰黃色，稍密為主，卵石成分以巖漿巖、變質(zhì)巖類巖石為主，磨圓度較好，以亞圓形為主，少量圓形，分選性差，強(qiáng)風(fēng)化、局部呈中風(fēng)化。卵石含量50%～60%，粒徑一般以2～8 cm為主，最大粒徑大于15 cm，主要充填物為黏土。場(chǎng)區(qū)局部有揭示，層底埋深8.00～17.00 m、層底高程489.47～510.93 m、層厚0.10～1.40 m。

2.2.3 白堊系上統(tǒng)灌口組（K2g）

全風(fēng)化泥巖：棕紅、紫紅色，風(fēng)化劇烈，呈黏土狀，硬塑為主，中壓縮性；原巖結(jié)構(gòu)基本被破壞，但尚可辨認(rèn)，夾較多高嶺土團(tuán)塊，具弱膨脹性。巖芯呈土柱狀，遇水易軟化、失水開裂，干鉆可鉆進(jìn)，巖芯采取率約90%；大部分區(qū)域有揭示，層底埋深5.50～18.20 m、層底高程486.16～505.89 m、層厚0.50～6.70 m。

鐵路與公路孟文豪： 復(fù)雜地質(zhì)條件下地鐵深基坑風(fēng)險(xiǎn)分析與控制對(duì)策

強(qiáng)風(fēng)化泥巖：棕紅、紫紅色，中厚層狀構(gòu)造，主要礦物成分為黏土礦物、細(xì)粒長(zhǎng)石等，裂隙極發(fā)育，巖體破碎—極破碎，巖芯普遍呈碎塊狀，局部呈短柱、碎屑及餅狀，碎塊塊徑3～8 cm，碎塊間泥質(zhì)充填，斷口顏色發(fā)暗，錘擊聲啞，用手可折斷，風(fēng)化不均；場(chǎng)區(qū)均有分布，層底埋深7.00～24.50 m、層底高程483.36～502.85 m、層厚0.50～6.70 m；屬極軟巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)。

中等風(fēng)化泥巖：暗紅色、紫紅色，偶夾灰白條紋，中厚層狀構(gòu)造，泥質(zhì)膠結(jié)，主要礦物成分為黏土礦物、細(xì)粒長(zhǎng)石等；節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖芯較完整，以短柱狀為主，錘擊聲啞，用手不易折斷，局部夾強(qiáng)風(fēng)化夾層或透鏡體；場(chǎng)區(qū)均有揭示，未揭穿；巖芯采取率大于90%，巖石質(zhì)量指標(biāo)（RQD）大于80%；巖體較完整，飽和單軸抗壓強(qiáng)度為1.05～13.52 MPa，屬極軟巖—軟巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ～Ⅳ級(jí)。

2.3 水文特征

地表水：地表河流均屬川西平原岷江水系，具豐富的地表徑流，是本地區(qū)地下水與地表水之間相互轉(zhuǎn)換的主要途徑和渠道。沿線河渠已受到人為改造，河床深度、流量以及洪水位等均已受到人為控制。河渠斷面基本呈緩“U”字型，河渠底地形起伏不大，河渠寬7～35 m不等，河渠深度為2.3～6 m，測(cè)量期間水位在500.66～512.40 m，水深0.12～2.80 m，最大水深約2.80 m。另外，沿線浜塘底部一般有一定厚度的淤泥。

根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料，成都地區(qū)豐水期一般出現(xiàn)在7、8、9月，枯水期多為1、2、3月。

地下水：根據(jù)成都區(qū)域水文地質(zhì)資料及地下水的賦存條件，本場(chǎng)地內(nèi)地下水主要有三種類型：一是賦存于黏性土層之上填土層中的上層滯水，二是第四系孔隙水，三是基巖裂隙水。

上層滯水：上層滯水呈透鏡體狀分布于地表，賦存于黏性土層之上填土層中，大氣降水和附近居民的生活用水為其主要補(bǔ)給源。上層滯水水量變化大，且不穩(wěn)定，水量、水位受人類活動(dòng)和季節(jié)影響大。

第四系孔隙水：第四系孔隙水賦存于第四系中更新統(tǒng)的砂、卵礫石中，水量較豐富，為孔隙潛水，水位變化幅度較大，根據(jù)成都地區(qū)水文地質(zhì)及相關(guān)工程資料，該砂、卵石層綜合含水層滲透系數(shù)K為18～25 m/d，為強(qiáng)透水層，水量豐富。

基巖裂隙水：沿線場(chǎng)區(qū)內(nèi)基巖為白堊系灌口組紫紅色泥巖，地下水賦存于基巖裂隙中，含水量一般較小，但在巖層較破碎的情況下，常形成局部富水段。根據(jù)相關(guān)水文地質(zhì)資料及已有工程資料顯示，滲透系數(shù)k約為0.027～2.01 m/d，平均為0.44 m/d。屬弱—中等透水層。場(chǎng)地大部分泥巖的含水量甚微，對(duì)本工程影響較小，但不排除局部地段強(qiáng)風(fēng)化層巖體破碎區(qū)域水量可能較富集，儲(chǔ)藏有一定量的基巖裂隙水。

抗浮水位：明挖區(qū)間抗浮設(shè)計(jì)水位為地下1 m考慮。

水、土的腐蝕性：根據(jù)GB 50021-2001（2009年版）《巖土工程勘察規(guī)范》規(guī)定［11］，并結(jié)合成都地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，擬建場(chǎng)區(qū)地下水環(huán)境類別為Ⅱ類。

據(jù)調(diào)查，擬建場(chǎng)地及附近無明顯污染源。根據(jù)區(qū)域資料及所取水樣、土樣的分析成果，按GB 50021-2001（2009年版）《巖土工程勘察規(guī)范》判定：場(chǎng)地地表水和地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具微腐蝕性，對(duì)鋼筋混凝土中的鋼筋具微腐蝕性；地基土對(duì)鋼筋混凝土和鋼筋混凝土中的鋼筋均具微腐蝕性。

3 不良地質(zhì)、特殊性巖土及地下障礙物

擬建工程場(chǎng)地的主要不良地質(zhì)及特殊性巖土包括有害氣體、管涌、人工填土、膨脹土、風(fēng)化泥巖等；工程場(chǎng)區(qū)內(nèi)可能會(huì)遇到的地下障礙物主要有地下管線、高壓鐵塔基礎(chǔ)、建筑物基礎(chǔ)等。

4 工程風(fēng)險(xiǎn)分析

4.1 有害氣體溢出風(fēng)險(xiǎn)

擬建工程場(chǎng)地分布灌口組泥巖（含砂巖），受新都?xì)馓锖吐鍘馓锏挠绊?，檢測(cè)到甲烷最大濃度為2 022×10-6，遠(yuǎn)小于危險(xiǎn)值15 000×10-6，綜合判定為微瓦斯區(qū)，會(huì)給施工作業(yè)人員安全帶來極大威脅。

4.2 管涌突發(fā)風(fēng)險(xiǎn)

擬建場(chǎng)區(qū)部分地段分布有含黏土卵石。卵石層中細(xì)顆粒充填物在地下工程開挖時(shí)，可能會(huì)因防護(hù)措施和施工方法不當(dāng)、或采取抽水及降水引起地下水位下降而被帶走引發(fā)管涌，進(jìn)而引起地基失穩(wěn)、坍塌，甚至可能會(huì)造成地面沉降等。

4.3 膨脹土（巖）施工風(fēng)險(xiǎn)

沿線場(chǎng)地④1層黏土為膨脹土。根據(jù)室內(nèi)土工試驗(yàn)結(jié)果可知，④1層膨脹力最大為181.4 kPa，自由膨脹率最大值70%、最小值30%，平均值為50%，具有弱～中等膨脹潛勢(shì)。⑤1層全風(fēng)化泥巖膨脹力最大為54.7 kPa，自由膨脹率平均值為47%。根據(jù)相關(guān)規(guī)范，結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)成果，并參考成都地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，⑤1層全風(fēng)化泥巖定為弱膨脹巖。膨脹土的性質(zhì)會(huì)隨其含水量的變化而發(fā)生顯著變化，尤其是抗剪強(qiáng)度等力學(xué)指標(biāo)，場(chǎng)地膨脹土在天然狀態(tài)下，呈硬塑狀態(tài)，力學(xué)性質(zhì)良好，但是當(dāng)土體含水量在急劇增加的情況下，土體強(qiáng)度則會(huì)大大降低，壓縮性增大，抗剪強(qiáng)度指標(biāo)也會(huì)迅速衰減。軌道交通建設(shè)周期長(zhǎng)，受氣候、人為等因素影響，土體含水量可能會(huì)發(fā)生多次干濕循環(huán)變化。

4.4 風(fēng)化巖施工風(fēng)險(xiǎn)

擬建場(chǎng)地揭示的全風(fēng)化巖分布不均、厚度變化大，均勻性差，遇水易軟化，強(qiáng)度迅速降低；強(qiáng)風(fēng)化巖巖芯呈土柱狀?yuàn)A碎塊、碎塊狀或短柱狀，膠結(jié)程度較低，且大部分為泥質(zhì)膠結(jié)；中風(fēng)化層巖芯呈短柱狀、柱狀、長(zhǎng)柱狀。巖石均為極軟巖—軟巖，暴露空氣中易風(fēng)化，遇水易軟化，具崩解性，失水收縮、開裂，強(qiáng)度降低，會(huì)對(duì)基坑開挖等施工帶來一定風(fēng)險(xiǎn)。

4.5 地下障礙物和管線施工風(fēng)險(xiǎn)

工程場(chǎng)區(qū)內(nèi)地下障礙物主要包括：各類地下管線（雨水管、污水管、給水管、燃?xì)夤堋?0 kV電力架空線及環(huán)網(wǎng)柜）及可能存在的深埋非開挖管線、建構(gòu)筑物基礎(chǔ)、高壓鐵塔基礎(chǔ)等。由于地下障礙物分布復(fù)雜，將會(huì)對(duì)基坑開挖帶來極大難度。

4.6 地下水發(fā)育風(fēng)險(xiǎn)

基坑開挖和基礎(chǔ)施工影響范圍內(nèi)的地下水位上層滯水、第四系孔隙水、基巖裂隙水。淺部地下水主要為填土中的上層滯水，淺部填土層性質(zhì)差異較大，局部滲透性好，受強(qiáng)降雨等特殊天氣影響時(shí)，存在地下水滲流的可能；第四系孔隙水主要賦存于含黏性土卵石層，局部卵石含量較多地段透水性好、富水性好，基坑在降水過程中，極易造成卵石層中的細(xì)顆粒大量流失，發(fā)生管涌，引起圍護(hù)失穩(wěn)、坑壁坍塌和地面變形，危及周邊構(gòu)筑物和建筑物及地下管線的安全。

5 工程風(fēng)險(xiǎn)控制

5.1 加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)

（1）在基坑開挖和主體結(jié)構(gòu)施工過程中，對(duì)鄰近和橫穿（懸吊）的地下管線必須進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并滿足各管線單位要求的允許值，如發(fā)現(xiàn)有超過規(guī)定允許值時(shí)，應(yīng)立即停止施工，并及時(shí)通知有關(guān)單位，采取相應(yīng)的處理措施。

（2）在施工過程中應(yīng)對(duì)鄰近道路的路面沉陷等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如發(fā)現(xiàn)有地面開裂、沉陷加速等情況，應(yīng)立即通知有關(guān)單位人員進(jìn)行研究、處理。

（3）在施工過程中應(yīng)對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)變位超過警戒值時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)支撐或采取其它的有效措施，確保安全后方可繼續(xù)施工。

（4）施工過程應(yīng)對(duì)鋼支撐內(nèi)力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，支撐軸力、支撐穩(wěn)定性須滿足設(shè)計(jì)及有關(guān)規(guī)定的要求。如發(fā)現(xiàn)有異常情況時(shí)，應(yīng)立即停止施工，并采取有效措施確認(rèn)安全后方可繼續(xù)進(jìn)行施工，做到信息化施工。

（5）在施工過程中對(duì)地下水位的變化、圍護(hù)墻頂部水平豎向位移應(yīng)進(jìn)行測(cè)量。

（6）施工時(shí)應(yīng)開展有害氣體的監(jiān)控量測(cè)，加強(qiáng)管理，強(qiáng)化意識(shí)，消除隱患，嚴(yán)格檢測(cè)、提前預(yù)測(cè)，隨時(shí)掌握瓦斯含量，動(dòng)態(tài)調(diào)整施工工藝，加強(qiáng)通風(fēng)、嚴(yán)管火源、及時(shí)噴錨和支護(hù)等措施以降低風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)應(yīng)制定應(yīng)急預(yù)案。

5.2 作好排水對(duì)策

（1）圍護(hù)結(jié)構(gòu)分段施工時(shí)應(yīng)注意各段圍護(hù)體之間的銜接處以及圍護(hù)體本身的滲水問題，同時(shí)注意對(duì)現(xiàn)有地下管線的影響；對(duì)于放坡開挖段，由于坡面以膨脹性土為主，為防止雨水滲入坡面采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施。

（2）基坑降水時(shí)，控制好降水管井的出砂量，防止出現(xiàn)滲透變形；基坑開挖時(shí)應(yīng)采用分層、分段、分塊開挖，開挖高差不應(yīng)過大，坑邊及坡頂不宜堆載重物等；坑底應(yīng)防止水浸泡或暴露時(shí)間過長(zhǎng)，及時(shí)封閉；制定應(yīng)對(duì)強(qiáng)降雨或暴雨雪等特殊氣象的應(yīng)急處理方案。基坑排水采取井點(diǎn)降水+集水明排的方式，確保基坑開挖時(shí)有完整的排水系統(tǒng)（圖4、圖5）。

5.3 優(yōu)化基坑開挖圍護(hù)方案

根據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)、場(chǎng)地工程地質(zhì)條件和場(chǎng)地環(huán)境條件，擬建出入場(chǎng)線工作井和暗埋段位于現(xiàn)有道路中，不具備放坡開挖的條件，基坑開挖采用鉆孔灌注樁+內(nèi)支撐作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)；出入場(chǎng)線敞開段位于空曠綠地內(nèi)，基坑開挖深度約0～7 m，擬采用放坡開挖，填土采用土釘支護(hù)，在基坑開挖過程中禁止在基坑周邊堆放廢土和運(yùn)土貨車經(jīng)過，防止坑壁因坑外附加應(yīng)力作用而坍塌失穩(wěn)。

6 結(jié)束語

成都地區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件下地鐵的建設(shè)中，不良地質(zhì)條件、有害氣體溢出、地下水發(fā)育程度、基坑開挖方式及圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案等均會(huì)對(duì)基坑的開挖產(chǎn)生不利影響。本文針對(duì)成都地鐵8號(hào)線二期工程龍?zhí)端峦＼噲?chǎng)出入場(chǎng)線明挖區(qū)間深基坑工程風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了識(shí)別分析，得到基坑主要存在有害氣體溢出風(fēng)險(xiǎn)、管涌風(fēng)險(xiǎn)、膨脹土（巖）施工風(fēng)險(xiǎn)、風(fēng)化巖施工風(fēng)險(xiǎn)、地下障礙物和管線施工風(fēng)險(xiǎn)、地下水發(fā)育風(fēng)險(xiǎn)等六大風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)分析及工程特性，提出了加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)、做好排水對(duì)策和優(yōu)化基坑開挖圍護(hù)方案三個(gè)風(fēng)險(xiǎn)對(duì)策，用以保障深基坑開挖過程中的安全穩(wěn)定。

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［作者簡(jiǎn)介］孟文豪（1988—），男，本科，工程師，從事城市軌道交通工作。