復雜地層超深基坑開挖施工的質量安全風險監督管理

汪結春

上海市水務建設工程安全質量監督中心站 上海 200232

上海作為典型的軟土地區，當基坑深度很深時往往還涉及承壓含水層問題，這給基坑的開挖施工帶來更大的風險。本文通過分析實際工程開挖施工過程中的風險源，逐一分析復雜地層超深基坑開挖施工的風險管理措施，并提出針對性的監督管理要點，給管理人員作為監督依據。

1 工程概況

1.1 工程簡介

本工程試驗段基坑深度約為57.84 m，采用了超深地下連續墻作為圍護體。超深地下連續墻深105 m，容易因開叉、夾泥等而引起滲漏問題，這會在開挖過程中對周邊建（構）筑物的安全穩定性以及超深地下連續墻本身帶來重大威脅。

1.2 工程地質條件

本工程地質和水文地質條件復雜，工程位于上海市中心城區，主線沿吳淞江走向分布，西起長寧區臨虹路（苗圃西雨水泵站西側），東至靜安區福建北路。該區域位于濱海平原地貌單元，沿線揭露的155 m深度范圍內，均為第四系松散沉積物，由第四系全新統（Q4）、晚更新統（Q3）、中更新統（Q2）沉積組成，屬第四系河口、濱海、淺海相沉積層，主要由飽和黏性土、粉性土以及砂土組成，分為12個大層，一般具有成層分布特點。

圖1 沿線土層分布示意

2 超深基坑開挖施工的質量安全風險

超深基坑的挖深和形狀，對深基坑的穩定性和變形有較大影響。前期基坑圍護設計中，就要考慮空間效應來設計相應的土方開挖工況圖，并考慮時間效應，按照分層、分塊、對稱開挖的原則設計。上海地區的軟黏土具有較強的蠕變性，圍護結構上作用的土壓力隨著時間的變化，土體強度逐漸變小，不利于基坑的穩定性。因此，超深基坑土方開挖時應考慮時空效應的影響，這是開挖施工質量影響的重要因素。超深基坑開挖的范圍內是建造地下基礎設施結構及附屬設施的區域，它們將成為地下永久結構。然而地下結構的安全質量又與工程整體質量相互影響，所以必須保證深基坑工程的質量。此外，由于超深基坑工程的開挖土方體量巨大，土體中原有的天然應力的釋放量也大，這將使得基坑周邊道路產生差異性沉降，基坑鄰近范圍的建筑物也將由于拉應力的影響而開裂，地下眾多相鄰管線的個別部位出現應力集中等[1]，這對深基坑開挖施工提出了很高的質量要求。

超深基坑工程開挖施工，會改變場地范圍內地下土的地下水位及應力場，從而造成地基土沉降變形，這會對鄰近建（構）筑物及市政地下管網產生影響。影響輕則造成附近地面開裂，重則危及相鄰建（構）筑物及市政地下管網的安全和正常使用。本工程超深基坑工程施工工期長，會面臨多次雨季汛期、挖土堆載、重型設備振動等許多不利條件，安全風險極大，這也給基坑的安全開挖帶來了巨大挑戰。

關于本超深基坑開挖施工的風險評估，主要包含施工和環境保護兩方面。本工程埋深大多都在50 m以上，最深的達到60 m以上，開挖過程中施工深度穿越⑤3-2層、⑦層承壓水層并且涉及⑨層和層承壓含水層的降壓工作，如此大規模的超深基坑開挖施工，其難度放眼上海地區或軟土地基區域均史無前例。

通過系統地管控本工程的土方開挖施工，分析施工每道環節的風險點，逐一梳理出監督管理要點及對策，可以有效地保證工程安全質量。

3 超深基坑開挖施工的風險控制及監督管理

3.1 場地環境準備

土方開挖前工程地質勘察與地下障礙物處理很關鍵，地下潛伏的不明管線與工程本身相互影響。不明管線不僅可能會對施工人員的人身安全造成重大威脅，同時也可能由于開挖過程中的破壞而使得施工單位和政府部門遭受重大經濟損失。工程地質勘察的失真也是危險因素之一，錯誤的水文地質參數會造成地基承載力計算出錯，進而影響材料堆放布置、施工設備及行車路線的設計，同時也會造成對地下水位的錯判而造成基坑涌水風險。在正式施工之前，若沒有專項的基坑開挖施工方案就會造成開挖不合理、開挖沒有秩序，在遇到險情時不能及時采取風險控制對策。施工前材料進場的無序堆放也是后期基坑開挖的一個重要的潛在威脅，基坑周邊地面超載會造成圍護變形過大、基坑邊坡滑坡甚至整個基坑坍塌等重大事故。

3.1.1 風險控制要點

1）土方開挖要探明地下管網及地下障礙物，并針對性地采取保護或清障措施，防止發生事故；基坑開挖中發現管道、電纜及其他埋設物應及時報告，不得擅自處理。

2）土方開挖前應進行專項基坑開挖施工方案的編制，繪制土方開挖圖，確定開挖路線、順序、范圍、基底標高、邊坡坡度、排水溝、集水井位置以及挖出的土方堆放地點等。

3）基坑開挖前應確定本工程地下水位降到安全水頭，始終保持基坑無突涌風險。

4）基坑開挖前應設置2道護身欄桿，鄰近基坑邊緣范圍內不允許堆土、堆料和停放機具。

5）施工機械進入現場所經過的道路、卸車設施等，應事先經過檢查，必要時進行加固或加寬等準備工作。

6）施工計劃中擬投入的建筑材料、安全防護用品、施工機具應提前落實，施工管理人員及勞動力應及時調配入場，同時做好入場教育等工作。

3.1.2 監督管理要點

1）監督管理人員應檢查施工單位是否由有工程勘察專業資質的勘察單位負責勘察，并著重查看工程地下埋藏管線情況及周邊建筑情況，判斷工程是否需采取針對性的保護措施。

2）監督管理人員應檢查工程是否進行預降水試驗，并查看所降水位與設計是否一致。

3）監督管理人員應檢查施工方是否做好行車路線規劃和材料堆場規劃。

3.2 超深基坑開挖施工

復雜地層超深基坑開挖往往施工條件很差，且本工程周邊環境復雜，環境保護要求高。超深基坑開挖施工不當，容易造成圍護滲漏、圍護結構變形、基坑隆起甚至承壓水突涌等重大事故。這種事故不僅對工程造成直接損失，還會延誤工期，同時對周邊環境造成危害。基坑開挖過程中，圍護結構滲漏會導致坑外水土流失，使得工程周邊建筑管線沉降甚至破裂。坑邊堆載過大會產生過大的附加荷載，造成圍護變形或者基坑邊坡失穩，從而造成土方坍塌。另外，由于本工程坑底以下靠近承壓含水層，若基坑開挖過快與降水工作不同步則會造成基坑突涌的事故。

3.2.1 風險控制要點

1）需注意地下連續墻的接縫及可能存在缺陷的薄弱處滲漏水的風險，開挖前進行探挖觀察，掏槽檢縫，出現滲漏及時封堵，處理完成后方可進行下步開挖。

2）在地下連續墻接縫外側提前布設注漿孔，如發生滲漏應及時進行注漿，從根源上規避滲漏風險。

3）確保基坑開挖工況圖是嚴格按照分層、分段、對稱、限時開挖的原則繪制。

4）嚴格控制土坡坡度，注意土壁的穩定性，若發現有裂縫及坍塌現象時，所有人員應離開作業區，并啟動應急措施。

5）施工中應嚴格控制建筑材料、模板、施工機械、機具或其他物料在坑邊堆放，對于挖出的泥土，要及時運走或按規定放置，不得隨意堆放。

6）土方開挖時應按照降水需求隨挖隨降，承壓水水位未降到安全水頭不能繼續開挖下一層土。

3.2.2 監督管理要點

1）監督管理人員應檢查接縫兩側槽段都應具備垂直度檢測資料、刷壁施工記錄、槽底清基施工記錄及槽底沉渣厚度驗收資料。

2）監督管理人員應檢查施工單位是否有完善施工現場的物料堆放情況，保證符合施工要求。

3）監督管理人員應檢查降水施工專項方案中是否有每層工況開挖所對應的安全水位情況，并檢查現場每日水位記錄是否與方案要求一致。

4）監督管理人員應檢查挖土記錄表，確認是否存在超挖現象。

5）監督管理人員應查看施工現場是否有專人指揮挖土，防止機械碰撞破壞圍護結構。

3.3 超深基坑信息化控制

本工程地下連續墻初步設計深度約110 m，地下連續墻的施工質量是保證整個基坑安全的關鍵，超深地下連續墻快速無損檢測手段的不完善極大影響了基坑開挖過程中的風險管控。本工程面臨反復從承壓水層進出黏土層的情況，若缺少實時的信息化監測，會導致在開挖過程中對坑內外地下水位壓差不了解，進而引發基坑突涌等事故。本工程沿線會跨越運營及在建地鐵線路以及橋梁、地下通道等，對于圍護結構的變形及周邊道路沉降的監測也關系到周邊建（構）筑物的安全以及附近交通是否能夠正常運行。信息化控制有助于人們了解基坑變形的規律，對出現的征兆可以提前預控，有利于保證基坑施工安全[2]。

3.3.1 風險控制要點

1）基坑開挖過程中，根據具體周邊環境確定監測范圍，設置監測控制點。

2）基坑開挖過程中，應對地下連續墻超聲波反射法測試數據進行分析評估，剔除不準確數據。

3）基坑周邊設置變形觀測點、沉降觀測點和地下水位觀測點，對重點保護對象應采取保護性監測。

4）按規定每日監測、做好記錄并與自動化監測系統作比較，既用于調試自動化監測數據，同時也確保自動化監測系統的連續性。

5）當發現監測數據超標準應及時報告相關部門并采取有效措施，防止基坑邊坡土方坍塌。

3.3.2 監督管理要點

1）檢查檢測元件是否有合格證明、第三方檢驗報告，另外，核查定期檢查記錄以及保護措施。

2）檢查監測單位是否有監理監測數據日報制度。

3）檢查監測單位是否針對超深地下連續墻的相關監測項目做好總結工作。

4）檢查周邊地面沉降變形是否過大，周邊建（構）筑物是否有變形開裂并與實測數據比對。

3.4 超深基坑風險應急管理

缺少有效的風險應急管理，就不能保證各種應急救援資源處于良好的備戰狀態，應急救援行動也會因組織不力或現場救援工作混亂而延誤事故應急，從而造成人員傷亡和財產損失。如果施工單位不定期進行科學、合理、可行的事故應急救援預案演練，那么一旦發生事故，在崗人員會不知所措，或錯誤操作，進而造成事故的擴大和慘劇的發生。

3.4.1 風險控制要點

1）基坑開挖過程前，應制訂好嚴謹、科學、可行的事故應急救援預案。

2）基坑土方開挖前，應根據應急預案的要求，落實應急搶險隊伍，現場配備人員、設備、物資以及專家團隊等應急處置資源。

3）應急搶險隊伍應有類似基坑工程應急搶險經驗，配備快速成孔、聚氨酯注漿、雙液旋噴、雙液注漿等配套 設備。

3.4.2 監督管理要點

1）檢查施工單位是否建立風險應急管理制度，落實應急管理小組和責任人。

2）檢查施工單位是否落實應急搶險的物資、設備以及人員。

3）檢查土方開挖前是否有應急搶險記錄，搶險人員有無培訓交底記錄。

4）檢查應急處置時是否與信息化系統相結合，信息化系統監測到報警值時，相關設備、人員是否能迅速響應。

4 結語

本文從超深基坑土方開挖施工風險著手，從前期場地環境準備、正式開挖施工、信息化監測控制以及風險應急管理幾個方面，分別進行風險辨識，提煉出控制土方開挖施工前后的風險控制措施及監督管理重點，為后續類似工程實施提供管理經驗。