關于軟弱地層地鐵車站深基坑開挖風險控制

王威宇

（福州地鐵集團有限公司）

伴隨著全國地鐵建設如火如荼的開展，各個城市地鐵車站施工都因地質復雜性在施工過程中出現較多風險，如未能提前對相關風險源進行預判，提出相應防范措施和應急預案，往往會釀成隱患乃至險情的發生，給社會的公共財產造成損失，威脅公民的人身安全，造成不良的社會影響。因此，關于深基坑開挖施工的風險控制是地鐵建設亟待解決的問題，相關經驗總結十分必要。

1 工程概述

本工程為福州市某地鐵車站，地下二層島式車站，沿著市政道路下方東西走向，車站規模292m×21m，采用明挖法施工，圍護結構為800mm厚地下連續墻，內支撐采用鋼筋混凝土支撐+鋼支撐。標準段及端頭井段基坑深度方向設置四道支撐，第一道采用鋼筋混凝土支撐，第二～第四道支撐采用鋼支撐。除端頭井段局部較長鋼支撐采用Ф800鋼支撐，余下均采用Ф609鋼支撐。

2 工程環境及水文地質

車站北側以居住區為主，建筑物較為密集，為鋼筋混凝土框架及框剪結構，基礎采用PHC管樁及鉆孔灌注樁。南側為文化設施用地、綠地、服務設施用地。基坑北側與居住區之間為6m寬的機非混合道，道路下方有污水、通訊、電力、燃氣、給水管道等外遷管道，距離基坑4m～6m，其中通訊、電力和燃氣管道埋設深度約為1m。基坑南側為交通疏解便道，地鐵車站施工期間供車輛通行，道路下方有通訊、雨水、給水等管線，距離基坑28m以上。

本車站工程地質條件如下：<2-4-4>淤泥夾砂、<2-4-1>淤泥質土、<4-2>（含泥）中粗砂層；基坑結構側壁為<2-4-4>淤泥夾砂、<2-4-1>淤泥質土、<1-2>雜填土層。場地巖土層有第四系人工填土層（包括雜填土和填石）、海積相淤泥、淤泥質土、淤泥夾砂、（含泥）中砂、粉質黏土層。

本工程地下水以上層滯水、孔隙承壓水（由淤泥中的砂層呈透鏡體狀產出）為主，地下水位較高，勘察范圍內所有鉆孔均遇見地下水。勘察時測得鉆孔初見水位埋深為2.2～4.1m，穩定水位埋深為1.6～3.2m。

3 軟弱地層基坑開挖施工技術

本工程基坑開挖范圍以雜填土、淤泥質土、粉細砂交互層、淤泥夾砂等軟弱地層為主，基底以下仍為較厚的淤泥夾砂及淤泥質土。雖然設計單位針對本工程采取了φ850@600三軸攪拌樁的槽壁加固、坑內抽條加固及設置坑內降水井等措施，提高土體強度，減少施工風險，但施工難度依舊較大。經過施工前現場勘查，北側小區主體與地面連接處已出現多處脫空，現在路面也存在沉陷現象。故施工過程采取了以下技術措施來降低施工風險：

⑴加強槽壁加固及坑內加固施工質量。按照設計要求做好坑內基底以上弱加固及基底3m以下強加固，控制水泥摻量，提高被加固土體強度和自穩性，減少開挖過程中圍護結構側向變形，降低土方開挖施工難度。

⑵重視時空效應，及時架設支撐。車站基坑開挖時應按一定長度分段施工，每段分層（2～3m高）分小段（6m長）開挖，隨開挖隨支撐，及時安裝鋼支撐并施加預應力。支撐應采取可靠的防墜落措施，防止因壓力消減造成的支撐端部移動脫落，發現鋼支撐松弛應及時頂緊。預加軸力應分級施工，重復進行，做好軸力計引接線的保護，定期測量軸力變化情況。[1]

⑶加強基坑內外排水。本車站地下水位高、地表水豐富，為保證開挖面干燥，在基坑外地表設置1m高的鋼筋混凝土擋水墻和排水溝，阻截地表水流入基坑，坑內設置排水溝和集水井，采用水泵抽水，確保集水坑內水體能及時排出。同時，開挖過程利用坑內降水井將基坑地下水位降至基坑底以下1m。

⑷建立嚴格的監控量測制度。按照設計圖紙對基坑圍護結構變形、支撐軸力、坑內隆起、坑外地下水位變化、坑外地表沉降、房屋沉降、管線變形等項目布設監測點，做好監測標識，驗收并采集初始值后按照規定頻率進行監測，監測數據超出預警值應及時進行分析，采取措施，并加密巡查和監測頻率。[2]

4 施工風險和防范措施

該基坑在設計過程中已結合周邊環境及工程水文地質環境列出風險源辨識清單，但在開挖過程中仍發生過監測數據超標、地下連續墻接縫局部涌水涌沙現象。雖在事件發生后得到及時、有效的處置，但若事前未對該基坑在軟弱地層開挖工況下的風險源進行辨識，針對性的編制應急預案，儲備應急物資，定期進行應急演練，或是未對異常的監測數據和施工隱患引起重視，及時分析原因，對癥下藥，將釀成難以估量的損失。

4.1 基坑監測數據超標

車站基坑于2018年3月16日開始進行土方開挖作業，開挖過程中監測數據均存在不同程度超出預警值的現象。例如地下連續墻墻體水平位移監測點QCX07處于基坑13～14軸之間，在7月5日至7月15日之間該監測點數據發生突變，超出30mm監測報警值，達到100mm以上。對應的鋼支撐軸力、水位監測點、管線監測點、地表沉降點變化速率也發生相關增長趨勢。經過組織各參建單位對施工工況進行分析，發現存在以下問題：

⑴該車站主體結構處于淤泥質土、淤泥夾砂土層中，淤泥地層深厚，土質敏感，觸變性強。設計單位采用坑內抽條加固處理，但基坑底部、基坑圍護結構外側及坑內未加固的部位仍為淤泥等軟弱土層，隨著基坑開挖的進行，地層受到擾動，進而引發土體觸變，承載力下降。

⑵地下連續墻局部變形引發了基坑外地面沉降加劇，管線也發生沉降。圍護結構隨著開挖過程坑內土體卸荷發生側向變形，相應影響坑外路面及管線的沉降變形。由于北側管線沉降點的布設為間接點，即通過監測管線附近的土體沉降來間接反映管線沉降的情況，故其變化與地表沉降相似，均隨基坑開挖而呈逐步下沉趨勢。

⑶支撐架設不及時。基坑開挖作業時第12～13軸2根第三道鋼支撐未及時架設，就繼續向前開挖第三層土方，并將9～12軸土方直接開挖至第4道支撐底部。10～13軸開挖面鋼支撐從7月1日～7月5日才架設完成，架設進度緩慢，造成無支撐暴露時間過長，無法抑制地下連續墻的變形。

⑷相鄰段結構底板未及時封底。基坑9～12軸2018年7月5日墊層澆筑完成，因施工工序銜接不緊密的原因2周內才澆筑底板，且澆筑完成底板后混凝土仍需進行養護，未能及時到達設計強度，無法抑制地下連續墻的變形。

采取的應對措施：①加密監測。監測單位排查現有的監測點位，確保按設計圖施工，無損壞無遺漏，若有被破壞點位需及時修復或重新布設，并加大監測頻率，由1天1次加密為1天2次，同時做好現場巡查反饋工作，監測數據以快報的形式進行反饋，減少出具正式報告帶來的信息延誤。②嚴格先撐后挖工作，先架設鋼支撐，并按設計要求施加預應力，對基坑內所有的鋼支撐進行排查，確保支撐活絡頭無扭曲、變形，軸力計及其接線完好無損壞，并對基坑13～14軸之間地下連續墻變形較大的部位加設一道鋼支撐，抑制地下連續墻的變形。③加快施工進度，利用時空效應盡快封底。對開挖到基底標高的段落，及時澆筑基底墊層，組織作業人員加快底板梁板鋼筋的綁扎及混凝土澆筑，并做好養護工作。施工過程應加強施工組織管理，避免出現窩工、停工待料，造成基底暴露時間過久，坑內土地卸荷造成圍護結構變形，引發監測數據超出預警值。④針對墻體測斜及對應位置地表沉降監測數據發展速率過大、累計值超限嚴重的部位，可考慮縮小底板墊層的縱向施工長度，快速澆筑墊層封底，必要時可在墊層里架設型鋼，型鋼兩端頂牢圍護墻板，在底板未施工前起到抑制基底圍護結構變形的作用。

經過加強施工過程的組織和監控，各項監測數據增速放緩，基坑安全風險得到有效控制。

4.2 基坑開挖過程涌水涌沙

車站東端頭井北側于2018年5月6日下午13:36分土方開挖接近基底標高時，端頭井西北角位置處有細微明水滲出，至下午16:30，基坑內漏水量突然增大。連夜應急處置，于次日上午7:20分將漏水控制。

經過分析，本次漏水位置位于車站Z字型地連墻位置處，施工時該幅地連墻采用兩幅鋼筋籠，即采用兩個L型鋼筋籠柔性接頭施工。該位置為基坑圍護結構的相對薄弱環節，在槽壁加固及陰角位置加固施工時存在加固不到位，且泥漿護壁效果不理想，發生局部塌壁，造成接縫混凝土夾泥夾砂現象，導致基坑開挖后基底出現漏水。

采取的應對措施：①坑內反壓引流。該事件發生后，施工單位立即組織人員開始裝填沙袋，在滲漏處按品字形堆碼沙袋、預埋引流管。16:30時，基底漏水處水量突然增大，并攜帶粉細砂涌出，此時坑外地面鉆孔完成，開始下管注漿，基坑內繼續進行棉被、沙袋及袋裝水泥反壓處理；②坑外注漿封堵。坑外鉆孔完成后，施工單位組織阿特拉斯鉆機等設備進場，開始注入雙液漿（水玻璃+水泥漿，凝固時間調節為20s），鉆孔深度為22m（2號孔），進行坑外封堵處理；③充填坑外地層空洞。5月7日2:18，基坑內漏水情況基本得到控制，此時注漿孔已被堵死，隨后停止注漿。為確保后續開挖作業的安全，5月7日9:30～5月10日14:30期間，施工單位在坑外相應漏水點附近布置4-11號孔（鉆孔深度為24m～30m），進行后退試注單液、雙液漿加固，填充滲漏可能產生的空洞。

經過采取以上各項措施，漏水位置基本堵漏完成。試探性地進行反壓沙袋清理，清理過程中無異常情況發生，隨后盡快組織機械進行基底剩余土方開挖，抓緊墊層、防水及底板施工，盡快完成底板封底。

5 總結

為確保地鐵車站開挖過程的施工安全，尤其是復雜環境下軟弱地層深基坑開挖施工，應該從設計、施工組織管理、施工質量管理、監測巡查等方面不斷地加強風險分析和控制，減少乃至避免施工隱患及險情的發生。具體總結如下：

⑴設計單位應結合各個地鐵車站基坑施工項目優化工程設計。在設計的過程中要結合地質勘察報告進行現場實地踏勘，綜合分析各項地質參數，制定有利于現場施工的針對性的設計方案，從設計方案上辨識風險，降低風險，控制風險，保證施工過程順利進行。

⑵在施工槽壁加固時，車站端頭陰陽角位置的地下連續墻施工質量是控制的重點。針對鋼筋籠工字鋼接頭的刷壁工作務必要檢查到位，保證刷壁器的毛刷上無泥沙等其他雜物，減少接縫滲漏。土方開挖時應對地下連續墻接縫等薄弱環節進行檢查，如發現有濕漬或滲水，提前進行注漿預加固處理。引流管靠迎土側部位要用大量過濾網、紗布包住固定防止泥土雜物堵管。[3]

⑶加大人員投入，加強施工組織管理。基坑開挖各項監測指標都具有隨時空變化的特點。施工過程應盡可能利用該特點組織施工，在確保施工質量和安全的前提下做好安全技術交底，加快施工進度，做到工序銜接緊湊，在監測數據發生變化之前及時架設支撐，完成基坑墊層、底板施工，避免錯過控制監測數據發展的最佳時機。

⑷重視并加強信息化監測工作。基坑工程事故的發生大多是因監管不力，其中包括不能及時發現危情，對險情重視不夠，對出現的問題采取措施不及時等。在基坑施工前，應制訂相應的監測方案，合理布置監測點，確定各階段的監測報警值和監測頻率。施工中，注重監測點的保護工作，以免損壞監測點，影響數據收集分析，遇有監測報警或異常情況時，須立即采取通知相關參建單位，采取應急措施。