基于BIM技術(shù)的城市地下空間富水深基坑支護安全問題研究

李明，李宏偉，朱凱健

（中國建筑第二工程局有限公司）

1 引言

在支護設(shè)計當(dāng)中，包括兩個主要的體系。首先是支撐體系，支撐體系是由鋼筋混凝土和鋼支撐組成；其次是圍護體系，圍護體系是為了防止外部因素對施工造成安全隱患。城市地下空間工程具有規(guī)模較大、施工環(huán)境復(fù)雜等施工特點，在施工過程中還可能會出現(xiàn)深基坑變形等問題，引發(fā)更大的安全問題，必須要重視。應(yīng)用科學(xué)、合理的施工方式加固深基坑，對施工的安全保障有積極作用。對此，本文在對深基坑支護安全進行探討時，進行了步驟設(shè)計，希望為以后的相關(guān)工程施工案例提供借鑒[1]。

2 支護設(shè)計內(nèi)容以及設(shè)計步驟

2.1 設(shè)計內(nèi)容

支護體系主要包括圍護體系和支撐體系。圍護體系包括三個主要內(nèi)容：圍護系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)以及止水系統(tǒng)。支撐體系主要由鋼筋混凝土和鋼組成。

2.2 設(shè)計步驟

設(shè)計步驟包括以下四步：①需要明確并掌握現(xiàn)場的工程環(huán)境，包括工程周圍的環(huán)境以及地下線路布控的情況，充分考慮工程現(xiàn)場的富水條件，并對數(shù)據(jù)進行記錄[2]；②需要嚴密計算工程的各項數(shù)據(jù)，基坑的范圍、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，以及深基坑的深度，這些都會在一定程度上對工程質(zhì)量造成影響，仔細勘察，明確地下水資源可能會對施工造成的安全隱患；③需要對支護結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，包括各支護局部的數(shù)據(jù)等，防止出現(xiàn)支護結(jié)構(gòu)超載現(xiàn)象；④明確嵌構(gòu)的深度，對錨固力、內(nèi)力進行驗算，對施工圖進行繪制，對設(shè)計中的不合理部分進行修改。

3 城市地下空間富水深基坑支護問題

3.1 工程概況

選取某市商業(yè)區(qū)地下空間的工程項目，初步設(shè)計深基坑深度為8m～15m，基坑底的高度為25.2m，在工程開始前的勘察工作中，管線預(yù)埋深度為2m，巖質(zhì)主要由雜填土、粉質(zhì)黏土、礫砂等組成[3]。

城市地下空間有著豐富的地下水，本次研究工程的水質(zhì)由上層滯水、潛水等組成，潛水主要包含在粉質(zhì)黏土、礫砂當(dāng)中，上層滯水主要包含在粉質(zhì)黏土、雜填土中。除此之外，還有兩種的混合水，主要位于1m～9m當(dāng)中。具體數(shù)據(jù)如表1所示。

3.2 支護設(shè)計

通過對工程現(xiàn)場的調(diào)查，再結(jié)合測得的相關(guān)數(shù)據(jù)。可初步判定該工程為富水區(qū)域的深基坑工程，經(jīng)過計算和校驗之后，工程中的深基坑支護結(jié)構(gòu)主要采用放坡、土釘墻、樁錨三種方式。在樁錨支護當(dāng)中，會在樁和樁之間進行止水措施，防止出現(xiàn)安全問題；在放坡支護中，需要在鋼筋混凝土表面進行止水噴射，除此之外，還要使用三重管高壓擺噴；在土釘墻中，進行三重高壓止水帷幕設(shè)計。

設(shè)計方案：在設(shè)計方案中，包括BIM技術(shù)、可視化設(shè)計以及對支護性能的分析。①BIM技術(shù)協(xié)同設(shè)計，城市地下空間富水基坑施工具有一定的危險性，可借助BIM技術(shù)進行支護設(shè)計。在BIM技術(shù)平臺中，能夠初步實現(xiàn)信息共享，在一定程度上提高了信息的傳播速度，防止出現(xiàn)安全隱患，為了能夠最大程度的保證支護安全，可以將BIM技術(shù)的三維視角進行應(yīng)用，通過模型觀察周圍復(fù)雜的環(huán)境，提高了安全性。②可視化設(shè)計，有BIM技術(shù)支撐，能夠直觀觀察城市地下環(huán)境，從而進行針對性支護。地下環(huán)境比較復(fù)雜，具有很多管線，而這些管線與居民的生活有密切關(guān)系，三維視角可迅速觀察出管線的分布，可對施工方案進行針對性設(shè)計。③性能分析，BIM技術(shù)對地下空間、光照等因素進行分析，還能將分析的結(jié)果以更直觀的方式呈現(xiàn)在眼前，保證項目正常施工。

3.3 施工

施工計劃：為了能夠保證工程的順利展開，在得到設(shè)計方案后，進行具體的施工實踐。首先，在準備階段，對現(xiàn)場進行清理，保證施工地段平整，設(shè)置好水、電等。開挖之前還要設(shè)置安全護欄、圍護系統(tǒng)以及止水帷幕。基坑內(nèi)的施工還要噴混凝土[4]。

施工步驟：①挖掘土方，一般會安排泥頭車和挖機配合展開工作，本次研究的工程項目較大，所以有50余臺泥頭車以及10臺挖機進行分段挖掘，每段施工長度不高于20m，深度要高于2m。在挖掘過程中，要先將安全支護施工完畢之后才能開始挖掘，否則就會造成安全隱患。在基坑的底部需要留出0.5m的土層，通過人工進行挖掘。②錨桿土釘，在這個施工階段，就需要運用鉆機進行施工，并通過注射泵將注漿灌注到泥土中。一般來說，水灰比為0.5，注漿壓力為0.25MPa。當(dāng)注漿管使用之后，必須要讓管和孔底保持一定的距離，一般都會保持在10cm。在進行注漿施工的時候，必須要讓鉆孔到滿孔，有注漿溢出。③止水帷幕，在此過程中，需要應(yīng)用擺噴、柱間旋噴、三重管高壓旋噴的施工技術(shù)，技術(shù)的選用需要根據(jù)施工的實際情況進行選擇，以此達到最高效的施工效率，讓工程質(zhì)量得到保障。鉆孔時必須嚴格按照設(shè)計方案進行，注漿流量盡量控制在80L/min左右[5]，空氣壓力為0.7MPa。除此之外，還要嚴格控制旋轉(zhuǎn)速度以及注漿壓力，對孔底進行3min的靜噴，靜噴完畢后，迅速提升注漿速度。④安全監(jiān)測以及信息化施工，在這個部分中，主要是為了確保可以在工期中完成施工，城市地下空間施工會經(jīng)常出現(xiàn)安全問題，需要通過信息化手段減少安全事故的發(fā)生。對工程進行全程監(jiān)督，做好深基坑變化的動態(tài)監(jiān)測，實現(xiàn)信息共享。全體施工人員必須對深基坑有充分了解，根據(jù)工程實際情況調(diào)整施工方案，防止出現(xiàn)安全問題。除此之外，為了能夠做到信息化動態(tài)監(jiān)測，還需要做好報警界限的設(shè)計，如果數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，要讓技術(shù)人員及時進行修復(fù)。

4 保障支護安全的途徑

4.1 滲漏處理

深基坑往往會出現(xiàn)滲漏的問題，對此，相關(guān)工作人員必須要及時對滲漏位置進行處理，并且盡快明確滲漏原因。原因尚未明確之前不能施工，否則就可能出現(xiàn)安全問題。與此同時，還要在滲漏的位置安裝PVC導(dǎo)管，使用水泥等封堵滲漏位置。如果PVC導(dǎo)管內(nèi)的出水量出現(xiàn)了下降，還要將導(dǎo)管進行封堵。滲漏情況較嚴重，要疏散現(xiàn)場的工作人員，應(yīng)用導(dǎo)管引流以及化學(xué)注漿的施工技術(shù)處理基坑，防止出現(xiàn)安全性問題。

4.2 裂縫處理

裂縫問題在深基坑中較為常見，造成裂縫的原因有很多，主要是來自外部因素的影響。在支護施工過程中，地下水位下降，基坑出現(xiàn)沉降，形成裂縫。在進行基坑降水前，必須要對基坑進行止水作業(yè)，保證基坑處于完全封閉的狀態(tài)，水位處于標(biāo)準范圍內(nèi)。但如果水位下降情況比較嚴重，要盡快進行回灌處理，并加固基坑，緩解水位下降出現(xiàn)的沉降和裂縫問題[6]。

4.3 隆起處理

基坑的坑底會出現(xiàn)隆起、冒砂等情況，這與地下水位有密切關(guān)系。相關(guān)工作人員必須迅速檢查地下水位，并根據(jù)實際情況控制降水強度，保證水位在可控范圍之內(nèi)。與此同時，要提高對地下水位的監(jiān)測，設(shè)置警戒線的同時，要有專人進行看管，一旦逾越了警戒線，就要降低地下水位。

4.4 應(yīng)急處理

地下施工的風(fēng)險系數(shù)高，對地下空間深基坑施工來說，必須要有應(yīng)急方案，對可預(yù)見的風(fēng)險進行評估，將安全風(fēng)險降到最低。常見的處理措施包括變形處理以及失穩(wěn)處理。譬如，在對深基坑進行施工時，有局部出現(xiàn)了變形，且變形程度在不可控范圍之內(nèi)，造成了穩(wěn)定性失衡。這個時候就需要停止施工，對變形的位置進行反壓回填，找到變形的主要原因，等到問題解決，并且不會對施工造成影響后，才能繼續(xù)施工。

5 結(jié)語

綜上所述，本文對城市地下空間富水深基坑支護安全性問題展開了探討，并且通過工程實例的分析，闡述了施工的步驟。地下空間富水區(qū)域的施工受到很多外部因素的影響，且施工條件比較復(fù)雜，尤其是在富水區(qū)域，在一定程度上提高了施工難度。對此，施工單位必須要做好施工前的勘察工作，提前做好安全保障，做到防患于未然。不僅僅是施工，在設(shè)計過程中就應(yīng)該充分考慮安全問題，做好支護工作，防止坍塌等事故對施工人員造成傷害，保證工程的順利開展。