软弱地层地铁基坑工程风险分析与防范措施

1、软弱地层地铁基坑工程风险分析与防范措施段浩中煤邯郸中原建设监理咨询有限责任公司 河北邯郸056031摘要：针对软弱地层下地铁车站基坑的特点，对工程水文地质情况、周边环境以及施工工序引起的工程风险的主要因素分析，对工程风险的防范从施工管理、设计等方面给出了一些建议和管理措施；期望能够给地铁建设起到借鉴作用。关键词：地铁 基坑 风险 围护结构 降水 措施随着全国地铁工程建设的不断深入，各种工程事故不断出现，如何控制地铁建设工程风险已经成为工程领域的热门课题。地铁工程的工程风险具有鲜明的特点，其单个工点的工程事故不仅造成进度和经济的损失，给后续施工造成困难和隐患，而且可能影响到整个项目的建设，具有明

2、显的放大效应。地铁车站基坑工程是地铁工程建设中最大的风险源，基坑工程除了其固有的风险外，由于施工对工程周边环境的影响，还存在工程的环境风险；环境的风险往往是工程本体的工程活动造成的，本体的事故往往连带产生环境的问题；环境的制约提高了工程的施工难度，也加大了工程本体的风险。二者相互作用、相互影响，都是工程风险的重要组成部分。基坑工程在地铁建设中确属于事故高发项目，但通过采取有效的技术措施和管理措施，也并不是不可预防、不可避免的。 1、地铁车站基坑工程基本概况以天津地铁车站基坑为例：车站主体区域地质主要为淤泥质土、粘性土、粉土、粉砂、细砂、粉质粘土层；场地埋深45米以上表层地下水类型主要划分为3个

3、含水层：潜水含水层、第一承压含水层Q41a1、2-1、2-2、2-1、2-2透水性好，为承压含水层、第二承压含水层2透水性好，为承压含水层。地铁的地下车站通常是狭长形的基坑，一般标准地下二层车站长度一般为180m、宽度约20m、开挖深度1518m。施工大部分采用明挖法；在受交通、周边环境或其他特殊条件制约下，可采用盖挖法、逆作法等施工方法；车站主体结构一般采用地连墙围护；地铁车站附属结构包括风井、出入口等根据其埋深等大部分采用SMW工法或钻孔桩加止水帷幕的形式。2、影响地铁车站基坑风险的主要因素控制地铁车站基坑的工程风险，除了要解决支护体系和立柱的稳定问题，还需要控制基坑开挖施工造成的环境影响

4、，以及承压水降压相关问题，工程的风险期主要集中在开挖阶段。影响地铁车站基坑风险的主要因素极其复杂、繁多，但总结、归纳地铁地下工程影响的主要因素有：（1）工程所处的水文地质状况：工程的水文地质条件是决定工程风险程度的首要条件。不同的水文地质和工程地质条件决定了工程风险的程度，特别是处于承压水、微承压水等复杂水文地质条件下的工程。（2）工程本身特征：工程本身固有的特征和工程风险程度也密切相关，深基坑的风险大于浅基坑风险，宽大基坑有立柱隆起风险，长基坑有纵向滑坡风险，异形基坑存在局部节点受力不平衡问题等等。（3）周边环境的影响：工程周边环境主要指受基坑工程施工影响的周边建筑物和管线，不同建筑物和管线

5、抵抗施工影响的能力不同，发生环境事故的次生灾害的影响不同。在粉砂工程地质条件下，若环境有大量水土流失，即使在基坑2倍开挖深度之外，也会对基坑本体造成影响，严重的会导致基坑本体发生次生灾害。（4）施工工序的影响：车站主体结构与附属结构分期施工往往会产生新老混凝土接头，这些接头、接口部位处置不当往往会引发工程风险。（5）气候对工程的影响：对地下工程而言。夏秋季节往往是暴雨多发时期，也是水文变化最为复杂的时期。施工稍有不慎，在多种不利因素条件下而引发工程事故。而且，在恶劣气候条件下也不利于工程的应急抢险。3、地铁车站基坑风险及防范措施：3.1、 工程水文地质引发的地铁车站基坑工程风险及防范措施：在承

6、压水、微承压水或地下水风险条件下砂性土、粉砂性土层的基坑工程，地连墙渗漏引发的工程危害较为常见，也极具危害。对受砂性土影响的深基坑工程。要从地质勘察、设计方案、围护施工等源头，强化设计、施工等技术措施和参建各方的管理措施，加强各工序管理，以确保工程风险受控，主要防范及控制措施如下：（1）、通过补充勘察，确保地质勘察资料的完整性、准确性。地质勘察资料不能仅利用为主体结构工程而进行的勘察资料，通过对现有勘察报告的分析找出地质报告中显示的薄弱点或者有疑问的部位结合基坑的平面位置，沿基坑周边布孔进行补充勘察。另外，针对目前勘察市场的现状，参建单位应与地质单位沟通好，确保地质资料的准确性和完整性。（2）

7、设计方案的针对性。基坑设计方案要根据基坑周边地质条件，环境条件（包括地上建（构）筑物、地下建（构）筑物、地下管线），基坑开挖深度的不同，分别按不同的支撑和围护结构剖面进行设计。设计单位要针对软弱地层区域易发生的施工问题进行设计优化。工程设计应充分考虑水文地质状况，施工工序等安排，对地连墙围护接头型式、分期施工槽段分幅型式，开挖及结构浇注顺序、支撑体系，坑内地基加固与坑内外墙缝止水的结合等，从设计源头确保工程安全。针对基坑围护结构及支撑体系施工过程、基坑开挖过程的地质情况及监测数据所反映的情况分析支撑及围护结构方案的安全性，若有与原设计依据的资料不符或施工达不到设计要求应及时进行设计变更；根据基

8、坑开挖过程中的监测结果，对原设计方案的安全性进行复核，若基坑未达到设计标高，位移或应力己达到或超过设计报警值，必须及时进行补强设计，确保基坑安全。地质资料不齐、准确性差；周边环境未调查清楚，超载取值有误；设计未对支护结构的整体稳定进行验算；未能根据实际地质情况作出判断；止水帷幕设计有误，施工质量难以达到设计要求；设计没有选取地质情况最差的钻孔进行设计；支撑与腰梁、腰梁与支护结构节点设计考虑不周局部破环引起整体破坏；未能及时根据监测结果调整设计方案等是常见的由设计原因引起的基坑安全事故。（3）加强围护结构施工过程管理。施工过程中须强化从围护施工开始直至结构浇筑各环节、各工序之间的风险梳理，强化技

9、术管理从源头上防范风险。与设计单位进行充分沟通，明确围护型式包括围护墙深度，是否隔断承压水、地连墙接头型式和地连墙的分幅型式，特别是分期施工，接口段的分幅型式；结合地层分布确定加固方式（包括墙缝止水措施），在墙缝止水措施选择时要考虑浅层砂层土坍孔等对墙缝止水效果的影响，强化对墙缝止水孔定位、引孔、垂直度控制等技术要求。地连墙施工须结合工程水文地质状况，选用适宜的成槽设备；选用适宜的地基加固、降水或组合加固方式，以确保地连墙施工质量；地连墙施工中应通过试成槽，明确各项施工技术指标，包括工序之间的衔接；对砂性土地层刷壁监控。根据地连墙不同接头型式，做好接头防“绕流”措施以确保接头质量，防止接头处渗

10、漏。根据砂性土层所处不同位置，采取合理措施对地连墙接缝进行止水处理。基坑支撑体系宜优先选用混凝土支撑。（4）强化降水管理。在承压水降水设计上要考虑最不利因素进行降水设计，但施工要考虑地墙对水的隔断作用以及承压水位变动等因素尽量少降、甚至不降承压水，以避免承压水降水产生的对周边环境的影响。根据围护结构与含水层不同关系设置降压井或疏干井，且不宜设置混合井。必须做好深基坑降水试验。在降水试验的基础上，制订的具有针对性的降水方案。严格控制降水井的数量与质量，包括坑外降水观测井；坑外降水观测井的设置应避开地墙墙缝等不利位置，并离基坑有适当距离。在降水过程中做好降水量的统计。水位及安全性判断结果作为基坑监

11、测点主要内容形成报表及时上报有关参建单位。（5）高度重视基坑监测工作的重要性。基坑施工过程中及时且准确的监测数据，能够使设计、施工、监理方等对基坑的安全性做出及时评判，也是确保基坑安全的重要措施。对处于粉质粘土、粉细砂等软弱地层中的基坑工程须加强监测工作，特别是地连墙位置监测，每一幅地连墙墙缝须设深层地表监测点，同时，隔一段距离（20m左右）布设深层地表监测点的断面，强化对墙缝位置的地表变形监测。做好对承压水、微承压水及地表水抽水量、水位观测孔水位变化等监测，及时发现围护结构可能存在的渗漏，以便事先采取相应的防范及应急措施。认为应严格按规范要求的项目进行监测，水平位移的监测应采用桩顶水平位移及

12、土体深层水平位移（测斜）相结合，且测斜孔应尽量布置在周边环境敏感位置、地质条件较差位置，平面上尽量不要太靠近角点。基坑基准点要设置在基坑位移影响范围之外。必须按照要求设置支撑轴力、混凝土支撑应力监测点，所用轴力计和应变计必须进行校核。监测初始值在基坑开挖前测量不少于2次，确保基坑在每层土开挖过程中的测试次数不少于一次，位移临近或超过报警值时要加密监测次数。每次监测结果要及时向设计、建设单位等相关部门汇报，发现异常情况要及时通知相关各方。雨季或出现水管爆裂等异常情况时，要加密监测次数，直至位移稳定、基坑安全有保障才能恢复正常观测。（6）严格控制基坑开挖程序和施工配合。基坑开挖前须对地连墙围护施工

13、过程和质量、墙缝止水加固、降水监测等工作进行全面总结和分析及时发现基坑围护可能存在的问题，并对围护结构施工中可能存在的问题制定和落实防范措施。做好开挖条件验收工作。在基坑开挖中应严格按照先探后挖、随挖随撑的施工程序执行，防止围护结构出现大的变形，造成地连墙接缝渗漏。基坑开挖须在各项准备工作准备充分前提下，从第一道支撑开挖到结构底板浇注完成整个阶段必须按照快速、有序地要求开展各项工作，开挖过程中对地连墙墙缝或接驳器等易发生渗漏部位先开样沟检查，发现渗漏及时回填，及时注浆处理。同时合理调整工序。加快挖土与支撑速度，确保及时挖土、及时支撑。在地墙凿毛过程中，对易发渗漏的墙缝位置严禁混凝土凿毛，对于渗

14、漏点必须随挖随堵，当挖至基坑底标高时，须做到垫层随挖随浇，加快底板施工进度。3.2、 基坑结构风险防范技术措施工程本身结构和特征决定了工程本身的风险。主要反映在下列几个方面：天津地区的深基坑的开挖深度达到一定范围时，基坑风险将会有一个质的变化。一旦深层粉砂、砂性土发生突涌或出现坑底渗漏，不仅对工程产生毁灭性灾难，同时对周边环境也将产生灾难性打击；基坑越宽，基坑支撑体系稳定问题就显得尤为重要。基坑的宽度对支撑稳定有直接的影响，受到土体回弹和承压水作用下，立柱在开挖阶段通常隆起，而立柱的隆起对支撑稳定有致命的影响；平面异形的基坑，由于设计通常采用平面计算，不考虑基坑空间受力平衡的问题，容易在基坑异

15、形的部位点产生应力集中，出现节点破坏；基坑由于周边交通等影响，特别是重车等影响，也会加大围护变形或差异变形，引发基坑渗漏或周边管线损坏等事件发生。基坑工程结构引起风险的防范技术控制措施如下：（1）基坑围护结构及支撑系统的正确选择基坑围护结构及支撑系统的选择必须结合具体的情况和规范要求,同时也要充分考虑环境条件、建筑物的结构对基坑施工的特殊要求、各种围护结构的适用范围、技术特点以及造价。（2）根据基坑底部土层分布及各土层特性，严格控制疏干井的疏干降水工作，减少微承压水、承压水对立柱隆起的影响。（3） 信息化施工：基坑工程事故的调查表明,任何一起基坑工程事故无一例外地与监测不力或险情预报不准确相关

16、。在基坑施工中，应时刻关注周边环境的变化，同时对一些异常情况采取必要的工程措施。3.3、周边环境风险及其控制措施：在市区修筑地下工程，尤其是在地面建筑密集、地下管线复杂的城市中心地区，地铁施工引起的地面沉陷将有可能危及周围建构筑物、管线的安全。在施工前必须清楚地掌握工程沿线建构筑物、管线的构造、型式、年代、使用状况等情况，对工前建构筑物、管线进行评估，确定建构筑物、管线的已有的变形以及抵抗剩余变形的能力。其次在施工过程中进行监控量测，并根据评价指标进行判断，对建构筑物、管线进行评估。做出比较合理的技术决策和现场应变措施。最后对建构筑物、管线工后进行评估。应开展以下 5 个方面的工作：建构筑物、

17、管线资料的调查；建构筑物、管线现状评估；地铁施工对邻近地层和建构筑物、管线的影响与预测；地铁施工沉降控制标准的制定；地铁施工过程管理和控制程序的制定。对于周边环境风险采取以下几点措施：3.3.1认真核查周边环境资料与设计图纸是否一致。施工单位在基坑施工前，应先对周边环境资料按设计图纸先核实，特别是地下建（构）筑物，地下管线，一旦发现与设计图纸不符，应及时通知设计进行设计变更。由于种种原因，部分地下建（构）筑物，地下管线在基坑施工前未能查清，则在施工过程中一旦发现或发现情况与设计图不同，应及时向设计反映，以便及时进行设计变更，确保基坑安全。3.3.2严格施工程序加强施工过程管理：由于施工不慎引起

18、基坑周边管线（包括给排水管、电缆线、煤气管）等破坏，是基坑工程常见的事故之一，这一点施工单位应高度重视。3.3.3认真核查止水结构能否满足止水要求：止水结构能否满足止水要求是基坑施工能否顺利的重要因素，也是基坑施工过程中周边环境的安全与否的重要因素之一。目前基坑工程常用的止水结构为搅拌桩止水帷幕、高压旋喷桩止水帷幕。砂层中含有较多的旧基础，特别是木桩基础；砂层中的水为流动水；止水帷幕施工过程中，设备故障多，导致止水帷幕的施工搭接口较多等情况下一般止水效果不佳，建议采取复合型止水帷幕，增加高压注浆。3.4、施工工序等引起的基坑风险防范技术措施3.4.1围护结构未完全闭合情况下开挖由于受交通或某些重要管线的影响，围护结构无法完全闭合。还有某些出入口设计，在端部取消了围护结构，利用放坡作为围护等。围护结构未闭合的情况下开挖对基坑而言是极具风险的。特别是砂、粉性土或土层存在有薄层砂、粉性土，施工又值雨季等地下水变化频繁的季节，极易发生基坑土体滑移而造成基坑坍塌事件。在围护结构未闭合的情况下开挖，必须预先落实专项技术措施。否则严禁开挖。3.4.2前后工序搭接或预留存在障碍：地铁车站施工由于受交通、管线等诸多因素影响，不可能避免地存在有分段施工。如车站出入口、风井与车站主体分段施工。分段施工新老砼的接口处易在新老混凝土结构搭接处发生渗漏、流水流砂，会对