深基坑開挖過程中的安全注意事項及應(yīng)對措施

孔令奇

廣州市市政集團有限公司工程總承包分公司 廣東 廣州 510060

1 工程概況

天河智慧城地下綜合管廊工程——科翔路～華觀路(220kv科城變電站～科韻路)綜合管廊H5綜合井即盾構(gòu)過站井位于華觀路與大觀路交匯處西南側(cè)，沿華觀路東西走向?；硬捎妹魍诜ㄊ┕ぃ瑪嗝娉示匦?，內(nèi)凈空尺寸為36.1m×11.9m（長×寬），基坑開挖深度為19.2～22m?；訃o結(jié)構(gòu)采用排樁+內(nèi)撐的支護方式，圍護樁外設(shè)置φ800@550三管高壓旋噴樁止水帷幕。主體圍護樁設(shè)計數(shù)量92根，旋噴樁92根。

2 工程重點及難點

2.1 工程重點

深基坑施工是一個系統(tǒng)工程，綜合性較強。施工控制主要涉及基坑穩(wěn)定、維護結(jié)構(gòu)變形、維護結(jié)構(gòu)滲漏等方面問題，任何一個施工環(huán)節(jié)做得不好，都將對整個工程質(zhì)量、進(jìn)度及安全生產(chǎn)造成直接影響。

2.1.1 確?；娱_挖安全,是本工程的重點

H5綜合井基坑開挖深度較深為19.2～22m，屬Ⅰ類深基坑，基坑范圍內(nèi)地質(zhì)情況較差，易造成地面沉降控制難度大，在施工時，應(yīng)建立健全的安全監(jiān)控保障體系，確?；娱_挖的安全。

2.1.2 基坑開挖施工是本工程的重點

基坑開挖應(yīng)分層、分段、對稱、限時開挖，遵循“先撐后挖、限時支撐、分層開挖、嚴(yán)禁超挖”的原則，盡量減小基坑無支撐暴露時間和空間。

（1）冠梁施工時，應(yīng)將樁頂浮漿、低強度混凝土及破碎部分清除。冠梁混凝土澆筑采用土模，土面應(yīng)濕潤平整噴灑一層瀝青乳液封層。

（2）支撐水平軸線偏差不大于30mm，兩端中心標(biāo)高偏差不大于20mm，同層支撐中心標(biāo)高偏差不大于30mm。

（3）所有圍護樁均須在腰梁處設(shè)置預(yù)埋錨筋,確保圍護樁與砼圍檁及支撐成為一個整體。

（4）砼支撐及其砼圍檁并且斜撐(包括肋撐)與冠、腰梁相交節(jié)點處必須一起現(xiàn)澆，不能留設(shè)施工縫。

（5）砼支撐在豎向平面內(nèi)的撓度宜小于計算跨度的1/600～1/800，水平撓度宜小于計算跨度的1/1000～1/1500，跨度L≥8m的砼支撐，均應(yīng)按L/400起拱。

（6）土方開挖過程中，要采取防護與警示等保護措施，確保施工機械不得碰撞所有支撐，以免損壞支撐導(dǎo)致失效。

2.2 工程難點

2.2.1 周邊環(huán)境復(fù)雜

綜合井基坑位于華觀路與大觀路交匯處西南側(cè)，基坑北側(cè)、東北角緊靠華觀路人行道、行車路，上下班高峰期車流量大。華觀路人行道、行車道上地下管線眾多復(fù)雜，基坑開挖施工中地面易產(chǎn)生不均勻沉降，影響地下管線安全穩(wěn)定。如何控制周邊沉降是施工的一大難點。

應(yīng)對措施：（1）詳細(xì)調(diào)查影響基坑施工的周邊地下管線和構(gòu)筑物，并進(jìn)行風(fēng)險分析和評估，制定地下管線及周邊建構(gòu)筑物的保護措施。（2）基坑開挖前應(yīng)做好管線摸查工作，采取必要的保護措施，及時進(jìn)行管線監(jiān)測。（3）基坑開挖后，對于有滲漏的地方應(yīng)及時補漏，防止基坑外圍的地下水位下降，引起地面沉降。在條件允許的情況下，可根據(jù)地下水位的監(jiān)測數(shù)據(jù)在基坑外側(cè)設(shè)置回灌水系統(tǒng)，以保證周邊地下水位基本不變，避免因地下水流失造成建筑物下沉、傾斜及開裂。（4）基坑開挖過程中加強對路面、管線監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，及時采取措施，確保路面、管線安全[1]。

2.2.2 基坑開挖施工中端頭洞門止水，防止涌泥、涌砂

該綜合井采用先隧后井施工工藝，此類工藝是指圍護結(jié)構(gòu)及端頭加固已經(jīng)施做，由于工期要求，在不進(jìn)行基坑開挖就現(xiàn)行盾構(gòu)掘進(jìn)通過，然后再進(jìn)行基坑開挖，基坑開挖過程中隧道洞門處止水，防止涌泥、涌砂是施工的重點風(fēng)險源，也是施工的一大難點。

應(yīng)對措施：（1）嚴(yán)格控制端頭加固質(zhì)量，盾構(gòu)機通過前完成端頭加固及質(zhì)量檢測，檢測結(jié)果應(yīng)符合設(shè)計、規(guī)范要求。若檢測結(jié)果未能滿足要求，應(yīng)采取補充注漿方式進(jìn)行加固。（2）在基坑開挖時，應(yīng)密切注意管片與綜合井兩端洞門接縫處滲漏水情況，若開挖過程出現(xiàn)滲漏點較多時可采取在兩端洞門處后10環(huán)實施洞內(nèi)全環(huán)注漿的方式進(jìn)行堵漏，除K塊管片外，其余管片均增設(shè)注漿孔進(jìn)行注漿，嚴(yán)格控制注漿質(zhì)量。（3）基坑開挖過程中，基坑內(nèi)壁出現(xiàn)滲漏點應(yīng)及時進(jìn)行封堵，必要時采取水平注漿封堵。在開挖至隧道管片（洞門范圍）時，應(yīng)注意觀察洞門處滲漏情況，發(fā)現(xiàn)滲漏點則立即采取注漿封堵。（4）基坑開挖時應(yīng)按設(shè)計、規(guī)范要求提前做好降水工作，每層土方開挖前必須將地下水將至開挖面1米以下。（5）開挖前準(zhǔn)備好鋼管、注漿機、噴錨機、水泥、砂、砂袋、木方、棉絮等應(yīng)急物資。

2.2.3 隧道洞身范圍內(nèi)土方開挖、管片拆除施工

基坑開挖至隧道洞身范圍內(nèi)時，由于盾構(gòu)掘進(jìn)時洞身范圍內(nèi)的土方已經(jīng)掏空，剩余洞身外側(cè)土方，基坑土方開挖過程中合理控制土方開挖順序，保持隧道洞身管片兩側(cè)受力平衡，防止管片錯位、變形、破損，同時如何有效控制管片拆除施工安全是施工一大施工難點。應(yīng)對措施：

（1）為減少由于隧道頂部應(yīng)力釋放對永久管片產(chǎn)生的影響，隧道內(nèi)永久管片上浮、變形、錯臺破除，基坑開挖至隧道洞身范圍前，應(yīng)把洞門處管片與綜合井范圍內(nèi)管片的連接螺栓拆除。

（2）基坑開挖至隧道管片頂部后，應(yīng)分段、分層，兩側(cè)對稱開挖。

（3）由于盾構(gòu)掘進(jìn)時，洞門范圍內(nèi)的支護樁已被切割，為加強基坑支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，同時防止管片拆除時由于管片受力發(fā)生變化而增加永久管片的不穩(wěn)定性，應(yīng)在支護樁處管片進(jìn)行必要植筋，保證管片與支護樁有效連接。

（4）綜合井范圍內(nèi)隧道管片設(shè)置橫向臨時支撐進(jìn)行加固，防止管片由于受力發(fā)生變化。

（5）管片拆除時應(yīng)嚴(yán)格按照由上之下，兩側(cè)對稱方式實施。

（6）土方開挖至管片上部1.5m后，采用人工清出管片上部土方，兩側(cè)采用PC120小型挖掘機配合25T汽車吊挖運。小挖機挖完管片的上半部土以后，開始拆除上半部管片，吊裝完成后，再繼續(xù)開挖，最后拆除剩余的下半部管片。

2.2.4 有效控制基坑開挖安全穩(wěn)定性

采用“先隧后井”，盾構(gòu)掘進(jìn)通過后，綜合井端頭部位隧道洞身范圍內(nèi)支護樁已切除，基坑圍護結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，在盾構(gòu)機切除支護樁的過程前后，由設(shè)計單位對基坑穩(wěn)定性重新進(jìn)行復(fù)核驗算，施工時應(yīng)注意如下事項：

（1）綜合井盾構(gòu)到達(dá)端、始發(fā)端的加固施工質(zhì)量應(yīng)符合設(shè)計、規(guī)范要求，并按設(shè)計、規(guī)范要求進(jìn)行加固體檢測，不足位置應(yīng)進(jìn)行注漿補強。

（2）設(shè)計復(fù)核切樁后，最不利工況，洞口范圍被切斷的支護樁的變形量滿足規(guī)范要求，但應(yīng)注意不同樁間因變形不一致導(dǎo)致樁間滲水，必要時采用鋼板+填充混凝土或水泥進(jìn)行樁間封堵。

（3）基坑開挖過程中嚴(yán)格控制每層開挖深度，嚴(yán)禁超挖，需待腰梁、支撐達(dá)到設(shè)計強度后，再進(jìn)行下一層開挖。

（4）在第三層土方開挖過程中，采用以下措施，防止隧道頂部支護樁因土方開挖產(chǎn)生不均勻位移或變形過大，造成樁后水土流失，局部失穩(wěn)。

土方開挖從基坑中部向兩側(cè)分段、分層對稱進(jìn)行，開挖過程中加強對基坑支護體系的監(jiān)控量測，若監(jiān)測數(shù)據(jù)異常，則應(yīng)停止開挖，加密監(jiān)測，必要時進(jìn)行回填反壓施工，待采取措施監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定后再繼續(xù)進(jìn)行開挖。

3 深基坑開挖過程中的安全注意事項及應(yīng)對措施

3.1 超載風(fēng)險的控制措施

（1）合理組織現(xiàn)場施工及調(diào)度挖土機、混凝土罐車及泵車等機械，減少基坑邊緣活動次數(shù)，機械設(shè)備行走時應(yīng)保證距基坑邊緣線3m以外。

（2）對要?？繖C械的部位進(jìn)行有針對性的加固，使其有足夠承載力，防止影響支撐結(jié)構(gòu)。

（3）基坑周邊3m范圍內(nèi)不得堆料和停放重型機具，土方開挖時棄土堆應(yīng)遠(yuǎn)離基坑頂邊線2倍基坑范圍以外。

（4）嚴(yán)格按照施工平面圖劃分的料具存放區(qū)域存放原材，存放區(qū)域應(yīng)壓實平整，材料碼放整齊，穩(wěn)固，標(biāo)明責(zé)任區(qū)及責(zé)任人。

（5）對基坑北側(cè)臨時渣土池，必須經(jīng)過驗算且設(shè)計同意后方可投入使用。

3.2 土方開挖時隧道安全穩(wěn)定控制措施

綜合管廊盾構(gòu)隧道施工完畢，管廊隧道貫通，且隧道內(nèi)管線、軌道、人行道等拆除后，進(jìn)行基坑第三道支撐以下土方開挖。土方開挖至管片上部1.5m后，采用人工清出管片上部土方，兩側(cè)采用PC1200配合25T汽車吊挖運[2]。

由于管片上部1.5m以上土方已開挖，同時PC120挖機在管片上部兩側(cè)行走，此時管片受力情況將發(fā)生變化，基坑土方開挖前后管片受力變化如下：

（1）基坑土方開挖前，管片主要承受上部覆土的豎向土壓力。

隧道豎向土壓力計算公式為：

根據(jù)設(shè)計圖紙，管片上部1.5m以上覆土厚度h=8.95m，斷面寬度D=11.9m，，因此隧道豎向土壓力計算公式為：；

根據(jù)地勘資料，上部覆土為①2素填土，重度=19kN/m3；

（2） PC120挖機行走時對隧道的豎向壓力。

考慮最不利工況，即當(dāng)小挖機在隧道正上方行走時，挖機對管片的豎向壓力。

查閱資料，PC120挖機工作重量為19.9t，履帶接地長度為3.275m，履帶寬度為0.6m，即雙邊履帶接地面積為S=3.93m2；

考慮挖機壓力通過管片上部1.5m厚覆土豎向作用在隧道頂部，壓強為：

（3）開挖時監(jiān)測措施

在土方開挖過程中，項目部加密對隧道拱頂沉降監(jiān)測頻率，每日2次，根據(jù)要求，隧道拱頂沉降警戒值14mm，控制值為20mm。

土方開挖前對管片進(jìn)行加固，加強管片的整體穩(wěn)固性，管片加固采用以下方式：1）隧道洞門環(huán)后15環(huán)采用鋼拉板進(jìn)行拉緊，兩端洞門環(huán)后各設(shè)置兩道工字鋼橫向臨時支撐，加強管片的整體性，防止管片移動。2）隧道內(nèi)管片設(shè)置臨時支撐進(jìn)行加固，防止管片由于受力發(fā)生變化。臨時支撐采用200工字鋼設(shè)置，間距3m設(shè)置，兩端洞門位置適當(dāng)進(jìn)行加密，支撐設(shè)置方式如下圖1所示。

圖1 臨時支撐平面布置圖

根據(jù)各個支撐點位的不同，在支撐點位上合理設(shè)置鋼板，鋼板與管片焊接牢固。支撐點鋼板固定后，首先安裝豎向工字鋼支撐，鋼支撐兩端與鋼板焊接牢固，然后安裝橫向工字鋼支撐，分別與鋼板和豎向支撐焊接牢固。最后在鋼支撐水平和豎直主要受力構(gòu)件進(jìn)行加肋焊接，重點加固支撐結(jié)構(gòu)四邊形體系的四個角點。

3.3 基坑開挖問題及應(yīng)對措施

3.3.1 基坑開挖引起附近地面或建筑物的不均勻沉降和傾斜

當(dāng)發(fā)現(xiàn)附近建筑物傾斜達(dá)到警戒值時或沉降速度達(dá)到3mm/d時，采取的措施為：（1）立即停止基坑開挖，加強基坑支護；（2）停止降水作業(yè)，然后在圍護結(jié)構(gòu)外圍的適當(dāng)位置實施壓力注漿進(jìn)行有效隔水；（3）加強措施為在基坑周邊5m范圍內(nèi)采用注漿進(jìn)行加固土體，地面注漿材料采用純水泥漿，注漿壓力0.5—1MPa，土體加固深度為8m；（4）加強對地表及建筑物的監(jiān)控量測工作，提高監(jiān)測頻率，嚴(yán)密監(jiān)視沉降或傾斜的發(fā)展趨勢； （5）邀請有關(guān)專家共同制定建筑物的糾偏方案并組織實施。

3.3.2 圍護結(jié)構(gòu)滲漏處理措施

土方開挖后基壁出現(xiàn)滲水或漏水，如滲水量較小，不影響施工也不影響周邊環(huán)境的情況，可采用坑底設(shè)溝排水的方法。對滲水量較大，但沒有泥沙帶出，未形成施工困難，對周圍影響不大的情況，可采用引流、修補方法。即在滲漏較嚴(yán)重的部位，先在圍護結(jié)構(gòu)上水平（略向上）打入一根鋼管，內(nèi)徑20～30mm，使其穿透圍護結(jié)構(gòu)進(jìn)入樁背土體內(nèi)，由此將水從該管引出，而后將管邊圍護結(jié)構(gòu)的薄弱處用防水混凝土或砂漿修補封堵，待修補封堵的混凝土或砂漿達(dá)到一定的強度后，再將鋼管出水口封住。如封住管口后出現(xiàn)第二處滲漏時，按上面的方法再進(jìn)行引流修補。如果滲水量較大，有泥沙帶出時，漏水位置離地面較淺，可將支護樁背開挖至漏水位置下500～1000mm，在支護樁后用密實混凝土進(jìn)行封堵。如漏水位置埋深較大，則可在樁后采用注漿方法，也可采用高壓噴射注漿方法，待注漿達(dá)到止水效果后再重新開挖[3]。

3.3.3 支護結(jié)構(gòu)變形處理措施

基坑開挖后，支護結(jié)構(gòu)發(fā)生一定的位移是正常的，如果位移過大，或位移變形過快，則往往會造成嚴(yán)重的后果。如發(fā)生這種情況要采取相應(yīng)應(yīng)急措施。加快墊層施工，采取“隨挖隨澆”的方法，應(yīng)適當(dāng)提高混凝土的強度等級，摻入早強劑。墊層配筋應(yīng)置于墊層上面，數(shù)量酌情而定。進(jìn)行坑底加固，如采用注漿、高壓噴射注漿等?；与S挖隨澆，對基坑挖土合理分段，每段土方開挖到底后及時澆筑墊層。

4 總結(jié)

在深基坑開挖過程中，如果不能嚴(yán)格把控深基坑開挖施工，容易發(fā)生安全問題。對此還需要對深基坑施工技術(shù)進(jìn)行分析，針對基坑開挖過程中的問題，提出具體的控制措施，注重注意事項，盡可能的安全、順利的完成深基坑開挖工作。