軟土地區超深豎井施工風險管理及應急預案★

蘇 宇

(上海市水務建設工程安全質量監督中心站，上海 200232)

0 引言

超深豎井程的綜合技術難度與風險較高，為了有效地應對施工過程中可能遇到的各種突發事故，最大程度地降低人員傷亡或財產損失，保證安全、資金、質量、工期等各個方面滿足要求，有必要對整個施工過程進行風險管理。超深豎井工程應搭建有效的風控平臺，涉及到風險預警、風險等級評估及應急管理等一系列工作，并與包括設計、監理和咨詢等在內的各方，進行密切且有效率的溝通和協調，并快速做出反應。另外，通過多種手段確保施工人員的人身安全，將對周圍建構筑物的影響最小化。依據工程的設計、施工文件，并了解歸納外界部門風險信息，以上述工作為基礎，以安全風險評估與管理為核心，統籌考慮施工質量與經濟效益，做好建設高質量完成的同時確保安全文明、工期要求及投資控制等。根據本工程各個分部分項工程的施工工藝技術、目的和要求，同時結合工程的具體技術特點，確定評估與控制對象、目標和方法，制定相應的應急預案。

1 工程概況

1.1 工程簡介

本工程1區豎井基坑圍護采用1.5 m厚105 m深地下連續墻，基坑直徑34 m，開挖深度58.65 m，分為16層土進行開挖。其中-12.550～-50.740墻體采用逆作法施工，內襯厚度為1 m和1.5 m，底板厚3 m。內襯結構采用大直徑整體式環形鋼模板按3 m一段逐層逆作。

1.2 工程水文地質條件

根據現有資料，在勘察揭露165.30 m深度范圍內地基土屬第四紀晚更新世及全新世沉積物，主要由黏性土、粉性土和砂土組成。其中豎井基坑底部位于第⑧2層粉質黏土、粉砂互層。本工程范圍內地下水主要為賦存于淺部土層中的潛水、第⑦層中的第Ⅰ承壓水、第⑨層中的第Ⅱ承壓水及第⑩A、第層中的第Ⅲ承壓水。云嶺綜合設施區域內第⑦層承壓水水位埋深為4.53 m(相應標高-0.70 m)(見圖1)。

1.3 工程難特點

1)超深豎井開挖深度接近60 m，基坑開挖時空效應影響時間長、超深豎井開挖效率低，采用常規深基坑的開挖方法已不能滿足超深豎井的施工需求。

2)豎井下部⑨,⑩夾,⑩A,層不滿足基坑抗突涌驗算要求，上海地區對第層中的第Ⅲ承壓水進行降水是首次試驗，⑩夾,⑩A,層屬于敞開式降水，周邊蘇州河防汛墻距離豎井較近，基坑降水對其穩定性具有不利影響(見圖2)。

2 風險管理

2.1 風險界定

本工程風險分析各個風險因素的發生概率分為頻繁的、可能的、偶爾的、罕見的、不可能5級[1]；根據發生后可能產生的后果，劃分為災難性、非常嚴重的、嚴重的、需考慮的、可忽略的5個等級，將風險等級分為低風險Ⅳ、中等風險Ⅲ、高風險Ⅱ、極高風險Ⅰ(見表1)。

表1 風險分析矩陣表

2.2 風險識別

本工程風險點主要存在于幾個施工方面：支護結構、基坑開挖、降水工程、環境影響及第三方構筑物。

支護結構存在的風險因素有：環梁壓壞扭曲、圍護結構滲漏水。

基坑開挖存在的風險因素有：基坑坍塌、圍護折斷和大變形、機械傾覆、高空墜落。

降水工程存在的風險因素有：擋土結構失穩、管涌、流砂。

環境影響存在的風險因素有：建筑物變形、管線沉降、路面開裂。

第三方構筑物存在的風險因素有：地面構筑物、地下管線破壞。

綜合分析，可對各個風險因素進行具體的等級界定及風險評價，如表2所示。

表2 風險等級評價表

3 應急預案

項目技術人員及安全管理人員應在工程開展前對已編制好的風險源分析及應急預案進行提前學習，并分別組織各個工種的施工人員包括勞務分包人員進行進一步的宣傳與學習，在做好安全學習的前提下組織實戰應急演練，從而使得現場施工人員更熟練應對發生的險情，減少不規范作業或施工質量不過關造成的損害和不良環境影響。超深豎井施工的應急預案主要包括基坑施工和降水施工的應急預案。

3.1 基坑施工應急預案

3.1.1 圍護結構滲漏水

1)“針眼法”滲漏修補。

a.清除漏水裂縫表面污物，找準漏水水源；b.沿漏水裂縫兩側10 cm～15 cm處鉆450 mm斜孔，孔深與裂縫相交；c.孔距視裂縫寬度而定，約在30 cm～50 cm之間；d.孔內埋設注漿閥；e.連接高壓注漿泵，注入溶性聚氨酯堵漏劑至裂縫出漿、凝固；f.拆除注漿閥，清理混凝土表面漿液，恢復混凝土原狀。

2)坑內鋼板封堵。

對滲漏處封上鋼板后，利用單向閥向滲漏接縫處灌入水泥漿進行封堵。封鋼板灌漿作業與逐層開挖一同進行，直至封至坑底。封堵鋼板采用700 mm×500 mm×15 mm鋼板制作(見圖3)。

3)坑外注漿。

采用水泥漿及水玻璃，利用雙液注漿作為聚氨酯注漿后續的加強措施和周邊土體填充作用，進一步提高圍護堵漏效果及減小周邊環境影響(見圖4)。

4)基坑回灌。

本工程的綜合技術難度與風險較高，為了有效地應對施工過程中可能遇到的各種突發事故，最大程度地降低人員傷亡或財產損失，保證安全、資金、質量、工期等各個方面滿足要求，有必要對整個施工過程進行風險管理。

在基坑開挖期間，如發生險情，且其他應急搶險措施均失效的情況下，考慮迅速對基坑進行灌水至地面以下5 m，達到平衡內外水頭壓力目的，防止基坑坍塌等情況進一步惡化。考慮到用水量大、時間緊，且本項目臨近蘇州河，故考慮從蘇州河進行取水，最大用水量約4.8萬m3。取水采用一體化移動式抽水泵車，可迅速從鄰近蘇州河進行取水，通過場地內管路接至豎井基坑內。豎井基坑體積約5萬m3，3臺水泵車4 h～5 h可以回灌至基坑一半，基本可穩定坑內外水頭壓力差(見圖5，圖6)。

3.1.2 承壓水突涌

1)預防措施。

a.在基坑土方開挖階段，采用人工結合智能電子監控設備重新觀測承壓水水位，并重新進行承壓水的抗突涌驗算。

b.考慮到挖土機械可能會損壞一些降水井，確保施工圖布設超過20%的應急備用井并確保降水井施工井成活。

c.考慮挖土機械行車方便，降水井間距不宜小于5 m,距離圍護距離應大于7 m。

2)應急措施。

a.打開基坑內所有降壓井抽水泵，使承壓水快速降到安全水位。

b.派專人監測基坑周邊的地表沉降及周邊保護建筑的沉降監測曲線，保證第一時間發現報警值。

c.對于本工程豎井基坑面積較大，且基坑底層承壓含水層涌水量較大的情況，在水位來不及下降的情況下也可立即進行土方回填并以黏土為主。在局部附屬基坑面積不大的情況下，可采用回灌水措施，由于本工程回灌水量較大可提前與水務部門溝通，從最近的水源蘇州河直接取水。

3.1.3 圍護結構流砂

1)預防措施。

a.土方開挖的同時應盡快同步完成支撐環梁及內襯結構，以防圍護整體變形過大過速使得地下連續墻接縫開叉滲漏。

b.考慮到本工程雙道地下連續墻，為了減小內側地墻出現流砂，應實時監控兩墻之間的水頭與豎井基坑內側的水頭不相差過大。

c.土方開挖階段，實行24 h巡班制，分3組人員輪崗查看地墻質量并及時匯報滲漏情況以便于第一時間處理堵漏。

2)應急措施。

a.首先立即停止土方開挖以防滲漏進一步發展。

b.立刻進行現場作業人員緊急撤離，接下來對附近鄰近的建構筑物內部居民及辦公人員通知相關部門緊急疏散。

c.立即組織搶險隊伍，做好搶險物資及人員的準備。

d.確定滲漏點之后，先用棉被封堵，再用回填土方覆壓。

e.當輕微滲漏流砂時，直接采取對滲漏點堵漏的方法，鑿除圍護結構外側直至漏點處，在孔內埋入高強塑膠管，再注入水溶性聚氨酯溶液；當流砂嚴重時，其他堵漏措施無效時直接采用基坑回灌。

f.實時監控周圍房屋、地下管線，地表變形較大時，采取雙液跟蹤注漿措施，彌補之前地下水土流失。

3.2 降水施工應急預案

3.2.1 設備故障

降水現場管理人員應在所有設備進場前檢查所有設備是否有故障。當降水突然暫停時應馬上開啟備用井抽水，保證坑內水位不繼續上升，接著開始排查所有運行中的水泵，并立刻將故障設備更換。

3.2.2 降水運行故障

降水運行是依賴降水管井正常施工的，降水運行中斷還應立刻檢查基坑內所有井管的完整情況。當發現井管損壞時應首先觀察其破壞情況，并第一時間上報。接著，由現場降水分包管理人員視情況采取補救措施；若井管破壞嚴重且水位不滿足開挖要求時，立即開啟群井抽水，水位降至滿足開挖條件后再替換破壞的井管，再在修復好的井管內重新下放潛水泵抽水保證有續運行。

3.2.3 供電突發故障

每天進行發電機檢查，尤其是群井試驗下的發電機運行情況是否滿足功率要求，確保在遇到險情時群井作業能順利開啟。

發電機啟動需一定的預熱時間，因此需間歇性開啟預熱保證隨時開啟發電機正常運轉。

發電機做好日常保養，并確保燃油的儲備能滿足工作1 d的分量。

發電機全天有專門檢查人員輪班檢查，確保停電1 min 內發電機重啟，同時與降水運行班組人員配合好在3 min內開啟所需水泵，維持基坑內正常降水。

3.2.4 圍護接縫、鉆孔或工程樁壁滲水

運行現場管理人員一旦發現滲水問題，應及時在對應的漏點選擇就近的降水井抽水，必要時進行群井抽水，待降水風險解除后，才重新安排降水井運行情況，并安排專員巡查滲漏點的后續動態情況。

3.2.5 人力、物資、設備供給不足

依據降水施工方案中所擬定的人員安排、材料準備、設備計劃，及時采購物資、租賃設備及組織人員等。配備備用水泵以及部分匹配的電纜線等物資。根據運行的實際情況及時地調整人力資源，補充物資和設備，確保降水運行安全有序進行。

4 結語

本工程豎井工程開挖深度達58.65 m，作為目前上海軟土地區開挖深度最深的基坑，工期長、施工難度大，存在較大的不確定風險，一旦超深豎井基坑發生質量安全事故，將造成巨大的經濟損失和人員傷亡[2]。本論文通過對超深豎井結構施工過程中的可預料的危險源分析，確定造成風險后果的關鍵因素，建立一套安全合理的風險管理體系。并依據工程設計、施工文件及行業標準，針對超深豎井結構施工過程中各類風險點，制定相應的預防和應急措施，建立完善的應急預案和應急反應組織機構，有效應對超深豎井結構施工過程中可能遇到的各種突發事故，將重大工程施工中風險引起的不良后果和工程虧損最小化。