地鐵深基坑支護結構設計及支護施工技術要點

李葉青

（太原軌道交通集團有限公司，山西太原 030031）

0 引言

隨著我國經濟建設的飛速發(fā)展，人們對于出行的需求越來越大，對于道路交通運輸方式的種類與速度也有了進一步的要求，一方面促進了我國公共基礎設施建設水平的飛速提升，推動了城市基礎設施建設單位的多元化發(fā)展；另一方面也對施工企業(yè)提出了更高的要求，而市場經濟快發(fā)展也加快的了施工企業(yè)優(yōu)勝劣汰的腳步。

在城市化建設過程中，地鐵的飛速發(fā)展無疑是非常重要的，不僅體現(xiàn)了一個城市交通運輸業(yè)發(fā)展的程度，更是綜合實力的特征表現(xiàn)。隨著人口城鎮(zhèn)化的加劇，地鐵在城市公共交通中占據著越來越重要的地位，這就要求施工企業(yè)不斷提高施工技術水平，提升施工質量，推動我國交通事業(yè)不斷向更高水平發(fā)展[1]。與此同時，我國是人口大國且幅員遼闊，水文地質條件復雜，在一定程度上給地鐵的施工帶來了不小的挑戰(zhàn)，對施工技術等提出了更高的要求。在城市化建設過程中，深基坑施作業(yè)成為最為常見的施工環(huán)境之一，具有施工難度高、施工流程復雜的特點，在施工過程中一旦出現(xiàn)疏漏就容易埋下重大安全隱患，對地鐵的安全運行造成重大威脅，進而引發(fā)重大安全事故，造成人員傷亡。這就要求施工企業(yè)加強對深基坑施工技術與方法的研究，提高施工技術水平，保證施工質量。

除此之外，隨著近年來全球氣溫變暖的加快，氣候變化問題逐漸成為國內外專家、學者競相追逐研究的熱點問題，并得出了統(tǒng)一結論，即人類活動是造成全球增溫的主要原因。這就要求施工企業(yè)在保證深基坑支護結構合理設計并確保施工質量的前提下，同時也對施工技術的節(jié)能性進行考量，更多的選用對環(huán)境影響小的施工技術，更好的推動我國建設資源節(jié)約型社會[2]。

因此，本文針對目前國內地鐵深基坑支護發(fā)展現(xiàn)狀及存在問題進行了淺要分析，提出了結構設計及施工技術的關鍵要素，探討了強化深基坑支護的應對措施，并對未來地鐵建設的發(fā)展趨勢進行了一定展望，以期為未來基礎設施建設的發(fā)展奠定一定理論基礎，如圖1 所示。

圖1 地鐵深基坑支護施工實施流程

1 地鐵深基坑支護施工現(xiàn)狀

1.1 深基坑主要特點

一般情況下，對于開挖深度超過5m 的工程就可以稱之為深基坑工程。對于那些開挖深度小于5m，但施工環(huán)境和地質結構等因素導致施工難度較大等工程也可稱之為深基坑工程。眾所周知，深基坑工程通常工程量大，施工周期長以及施工環(huán)節(jié)多且復雜，不僅需要施工企業(yè)合理的進行施工設計，采用嚴格的施工技術，編制科學的施工方案，還需要充分結合深基坑的土層結構及地質特點，進行施工前的準備工作[3]。

首先，地鐵通常位于城市中心區(qū)域，在工程開工前需對其出站口、地鐵線路間的交匯進行合理設計，復雜的施工結構以及龐大的工程規(guī)模在一定程度上增加了施工難度。這就要求施工企業(yè)對現(xiàn)場施工作業(yè)人員及設計師進行專業(yè)技術培訓，確保施工方案的合理性。其次，由于地鐵通常屬于后建設工程，因此通常在施工區(qū)域埋有很多其他管線，比如燃氣管道、通信光纖、電力線路等，倘若在施工過程中不加以重視，就有可能造成對城市居民生活的影響。這就要求施工企業(yè)在開工前對施工周圍環(huán)境、線路鋪設情況進行全面的了解，避免施工過程中出現(xiàn)不必要的麻煩，同時與相應管理部門進行溝通，提前對施工中可能發(fā)生對情況進行預判與協(xié)調，避免影響深基坑的支護施工。最后，由于深基坑需要進行更深層次的開挖過程，因此具有更高的安全施工要求，同時需要做好安全防護工作，避免產生地下水聚集的現(xiàn)象。在施工過程中，由于深基坑支護需根據工程實際需要采取合理、有效的施工方式，對于沉降段路面更是要著重注意，這就要求施工企業(yè)在支護結構設計基礎上做好支護結構施工，提高支護施工技術水平。地鐵狹長型深基坑開挖技術如圖2 所示。

圖2 地鐵狹長型深基坑開挖技術

1.2 地鐵深基坑支護施工現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，隨著我國科技化水平的不斷提升，施工企業(yè)也在通過不斷學習國內外的先進施工技術來對傳統(tǒng)技術進行優(yōu)化升級。同時經過大量的實踐積累，對深基坑支護結構設計和支護施工技術進行不斷完善，在施工過程中，充分考慮多方面因素，確保施工質量，提高施工效率的同時降低施工成本。然而，地鐵深基坑施工通常具有施工周期長、投資金額大、施工現(xiàn)場情況復雜等特點，特別是針對我國地質情況復雜的現(xiàn)象，深基坑支護施工目前還存在一系列的問題，其中最常見的幾種情況主要包括兩方面，人為因素及環(huán)境因素。

人為因素主要指的是在地鐵深基坑施工過程中，由于施工企業(yè)現(xiàn)場施工作業(yè)人員操作不規(guī)范或施工技術不高引發(fā)的地下水積聚、深基坑塌方以及深基不穩(wěn)等現(xiàn)象。環(huán)境因素主要包括深基坑受到惡劣天氣影響導致的積水和坍塌，以及過高的交通負載引發(fā)的深基坑不穩(wěn)定的情況。

1.3 地鐵深基坑支護施工存在問題

（1）勘查分析不全面。由上文可知，地鐵深基坑施工需施工企業(yè)對施工環(huán)境進行充分的了解，現(xiàn)階段我國施工企業(yè)在施工前的勘查分析主要存在以下3 方面問題：①對地下水分布情況勘探不到位。由于深基坑挖的深度較深，極有可能對地下水造成一定影響[4]。而水資源對全球來說是極其珍貴的資源，這就要求施工企業(yè)在施工開始前對地下水分布情況進行有效分析，一方面避免地下水的流動對地鐵深基坑支護穩(wěn)定性帶來不利的影響，影響后續(xù)施工，另一方面避免地鐵施工對地下水資源造成破壞，影響城市的用水安全。②對巖土結構勘查不完全。在開挖深基坑過程中，由于施工路段較長，這就要求施工企業(yè)對每一個施工路段設置多個勘查點，根據不同對地質情況與開挖深度進行相應的深基坑支護工作，避免巖土結構對支護工程穩(wěn)定性帶來不利的影響。③動態(tài)管理不完善。由于地鐵深基坑施工過程通常施工周期較長，同時與氣候條件、天氣情況等因素密切相關，這就要求施工企業(yè)密切關注外界環(huán)境變化，對深基坑工程所在地的水位變化情況、巖土分布情況進行動態(tài)監(jiān)督，以便于更好的對深基坑支護施工技術進行選擇，助力支護施工結構對穩(wěn)定性[5-6]。

（2）結構設計不合理。眾所周知，地鐵深基坑施工具有施工環(huán)節(jié)多、施工流程復雜的特點，因此需要施工單位提前對施工所在地的地質條件、氣候因素、施工環(huán)境等方面進行全面的實地勘察。然而，當前，我國施工單位為了縮短施工周期，往往沒有安排相關設計人員對施工現(xiàn)場進行細致、周全的考察，甚至對深基坑地下水分布情況、巖土層結構等基本情況沒有充分了解就進行施工設計，進而導致施工過程中沒有采用合理的支護施工設計，不僅造成施工設計圖無法使用的后果，也容易導致施工現(xiàn)場出現(xiàn)不必要的麻煩，影響施工進度與施工質量，進而導致嚴重的安全后果。

與此同時，還有部分施工企業(yè)為了降低施工成本，節(jié)約工期，忽略了對深基坑特殊土質結構進行處理，而是按照常規(guī)施工流程進行施工，同時缺乏對相關專業(yè)技術人員的特殊培訓，從而導致由于深基坑土層結構復雜、開挖深度較大、地下水流動等情況導致支護施工無法滿足工程要求的情況，不僅會引發(fā)深基坑滲水等問題的發(fā)生，給后續(xù)施工帶來不利影響，還容易埋下重大安全隱患，造成重大安全事故的發(fā)生。

（3）施工技術不全面。由上文可知，針對深基坑支護施工，需要現(xiàn)場施工作業(yè)人員在前期勘查階段、工程施工階段均進行特殊處理。在支護施工過程中，需要專業(yè)技術人員進行密切關注，比如對樁位分布圖對合理性進行全面分析，對支護過程所需對設施需結合開挖深度進行綜合考慮等。然而，我國很多施工企業(yè)為了壓縮工期，沒有嚴格按照規(guī)范、標準對深基坑支護施工進行預處理，不僅無法避免深基坑給地鐵施工帶來的不利影響，還會引發(fā)重大安全事故[7]。

比如沒有根據工程實際情況，對深基坑支護結構形式的選取進行準確判斷，進而無法保證支護結構的穩(wěn)定性；比如在支護設計過程中，沒有合理的選擇擋墻結構，從而對地鐵深基坑支護結構造成一定影響；比如在深基坑支護施工過程中沒有充分的進行排水，會導致支護不穩(wěn)的結果，增大了后期維護難度的同時導致安全事故的發(fā)生；比如在施工過程中，沒有對深基坑側壁等級進行安全度劃分，無法合理進行支護結構設置而影響土體穩(wěn)定性，且隨著工程的日益推進，容易導致更為嚴重的后果。

（4）施工管理不充分。針對地鐵深基坑施工，需要相關機構嚴格監(jiān)管，避免偷工減料的情況發(fā)生，確保施工安全。當前，我國現(xiàn)場施工管理不充分主要體現(xiàn)在以下3 個方面：①對施工企業(yè)監(jiān)管不足，導致部分沒有建設資質與施工能力的企業(yè)得到工程項目并進行施工，從而容易引發(fā)施工材料不合格、施工技術水平無法保證工程質量的問題出現(xiàn)。②對施工現(xiàn)場管理不到位，導致現(xiàn)場施工作業(yè)人員沒有按照施工設計圖進行施工，無法保證深基坑支護結構設計的合理性，進而導致施工過程中出現(xiàn)問題。對于地鐵深基坑施工，一旦發(fā)生問題，需耗費大量的人力、物力、財力進行修復，引發(fā)返工、復工等重復作業(yè)，影響施工進度，增大施工成本。③對施工人員管理不全面，隨著我國用工成本的增加，施工單位為了節(jié)約成本，而忽視了安全責任意識的培訓，導致施工現(xiàn)場秩序混亂，違規(guī)操作行為時有發(fā)生。

2 地鐵深基坑支護施工要點

由上文可知，地鐵深基坑支護施工還存在亟待解決的問題，需要施工企業(yè)給予特別關注，主要可以從以下3 個階段進行分析。

（1）勘查階段。為了更好地進行地鐵深基坑支護施工，需要施工企業(yè)做好勘查分析。一個很重要的勘查部分是對地下分布的各種管道、線路等進行全面的分析與了解，實時與相關管理部門進行協(xié)調，對與地鐵深基坑施工造成沖突的部分進行改遷。與此同時，要對地質結構及周圍環(huán)境進行調查，避免復雜的土層情況對支護施工造成影響[8-9]。

（2）設計階段。顯而易見，一個合格的施工設計是工程得以順利進行的重要基石。隨著行業(yè)競爭越來越激烈，很多地鐵建設設計師為了迅速完成建設單位的要求，而忽略了對施工現(xiàn)場的實地勘察，從而引發(fā)嚴重后果。這就要求施工企業(yè)在正式施工前對地鐵深基坑施工圖設計進行充分的理解，要充分考慮施工現(xiàn)場環(huán)境，及時提出疑問，不僅要求具有良好的專業(yè)施工能力，還需對深基坑施工工程有著豐富的處理經驗。同時在施工開始前，會同項目負責人、設計人員、相關領域專家對施工方案進行評審，確保施工過程的順利進行[10]。

除此之外，針對深基坑的自身特點，要因地制宜的設計支護施工方案，對地下水分布情況、土層結構進行全面的分析之后，利用多種施工方法進行支護施工。同時要參考當地的天氣變化情況，合理的安排施工進度，避免安全事故的發(fā)生。

（3）施工階段?，F(xiàn)階段，我國深基坑施工過程是勞動密集型產業(yè)，因此對施工現(xiàn)場進行嚴格的監(jiān)管就顯得尤為緊要，主要包括兩方面：施工技術人員與施工作業(yè)人員[11]。

在施工過程中，由于地鐵深基坑通常具有很長的施工周期且工程量巨大，而土層結構分布情況卻有所不同。這就要求施工企業(yè)對施工現(xiàn)場的地質情況進行全面掌控，并分階段進行現(xiàn)場施工作業(yè)，選擇合理的支護結構設計與施工技術，并及時對施工方案進行修正，確保施工質量。對于現(xiàn)場施工作業(yè)人員，由于深基坑極易受到外部環(huán)境因素的影響而出現(xiàn)偶發(fā)狀況，這就要求施工企業(yè)確?，F(xiàn)場施工作業(yè)人員嚴格按照規(guī)范標準進行施工作業(yè)，同時對可能發(fā)生的情況進行預測并提出相應的解決方案，避免出現(xiàn)人員傷亡問題[12]。

與此同時，在進行地鐵深基坑支護施工過程中，需綜合使用多種施工技術進行聯(lián)合施工，例如錨桿與混凝土釘墻相結合的施工支護技術、連續(xù)排樁結構支護技術、地下連續(xù)墻支護施工技術等方法。在施工過程中，由于深基坑開挖深度較大，極易發(fā)生滲水的現(xiàn)象，這就要求施工企業(yè)及時做好排水工作，并做好防水，一旦發(fā)生較嚴重的滲水情況，需采取相應的措施，如采用預設降水井排水等方式，避免影響支護工程的穩(wěn)定性。除此之外，由于地鐵深基坑過程極易受到外部環(huán)境的影響，這就要求施工企業(yè)做好動態(tài)監(jiān)控，每天對支撐軸力、圍護結構位移情況進行監(jiān)測，確保支護結構的合理性。

3 結論

綜上所述，隨著我國城市化建設的飛速發(fā)展，深基坑支護施工將變得越來越普遍，然而我國目前還存在一些亟待解決的問題。針對深基坑支護施工難度大的特點，需從多個角度進行預防，并采取合理的施工技術處理，從而提高支護施工的穩(wěn)定性，避免發(fā)生沉降、滲水等現(xiàn)象的發(fā)生，保證地鐵施工質量，提高施工效率，降低施工成本，以期更好地完成工程項目。