隧道深基坑開挖施工中的關鍵技術及風險控制研究

摘 要：隨著城市地下空間的開發利用，隧道深基坑開挖工程日益增多。隧道深基坑開挖工程作為地下空間開發利用的重要組成部分，其施工技術和風險控制顯得尤為重要?；诖?，針對隧道深基坑開挖施工中的關鍵技術及風險控制進行深入研究，通過分析工程概況、地形地貌、地質、水文及氣象條件等，提出了合理的施工方法和工藝流程，并探討了施工過程中的重難點，特別是針對風險控制提出了有效的措施。

關鍵詞：隧道深基坑；開挖施工；關鍵技術；風險控制

中圖分類號：TU7 " " " " " " " " " " " " " " " " "文獻標識碼：A " " " " " " " " " " " " " " " " " 文章編號：2096-6903（2024）12-0001-03

1 工程概況

位于五峰鎮香東村的東門中橋緊鄰東門隧道和S325省級公路的交匯點，交通便捷。該跨接構造以1～20 m的現場澆筑箱形梁呈現，與道路縱軸成直角布置。橋面按照公路一級負荷標準進行設計，整體寬度共計11.5 m，其中包括兩側各0.5 m的F形混凝土護欄和中間10.5 m的凈跨寬度。橋梁上層結構為每跨20 m的鋼筋混凝土整體現澆箱型梁，而0號和1號橋臺的下層結構則采用了U形擴底的臺座基礎。挖掘工作的土層深度大概為6 m。

2 地形地貌、地質、水文及氣象條件分析

2.1 工程地質

橋臺處地質多為巖石，其中0#橋臺基坑四周均為巖石，1#橋臺大樁號以及橫向兩側均為巖石，小樁號側緊鄰河溝。

2.2 氣象條件

坐落于亞熱帶的潮濕氣候帶內，五峰縣氣候以降水豐富、暴雨事件頻發及四季各有特色著稱，因山勢起伏造成的微氣候現象也相當顯著。該地區平均年降水量達到1 396.4 mm，最高紀錄超過1 700 mm。平均每年降水日數為171 d，單月最高降雨量紀錄為922.3 mm，而一天的最高降雨量則為422.90 mm。長期平均蒸發總量為900.00 mm，濕潤度指數為1.55。4～10月期間的雨季，其降雨總量占全年總量的80%～85%，而旱季（即11月至次年3月）所貢獻的降水比重通常只有大約15%。該地區的年均氣溫為13.1℃，氣溫峰值可達37.1℃，最低氣溫可降至零下15℃。此外，東南風為該地主要的風向，平均風速為1.3 m/s。

2.3 水文

東門中橋跨當地一河溝，河溝常年流水，旱季水深約30 cm。0#、1#橋臺基礎均緊鄰河溝。

3 施工方法及工藝流程

東門中橋橋臺基坑開挖采用放坡開挖的施工方案，其中緊鄰河溝側的兩個橋臺采用土圍堰進行防護，防止河溝水進入基坑，可以保證干燥的施工環境。

3.1 施工準備

開展深基坑挖掘前的各項預備活動，涵蓋了測量設定、技術方案梳理、施工資料收集和現場施工條件的布置。其中，測量準備包括對測量儀器和工具進行校驗和校正，技術準備包括組建技術管理體系、編制專項方案和開工報告、建立質量保證體系等，施工資源準備是根據施工現場實際情況準備施工設備、人員及材料，施工現場準備則是確保施工現場的通水、通電和平整。

3.2 測量放樣

根據橋臺設計尺寸以及基坑邊坡坡度放出基坑開挖線，并做好標記。

3.3 基坑開挖

本基坑設計為無支護形式，施工中采用放坡法進行開挖?；油诰蛑饕扇C械化施工，輔以人工清挖。先用挖掘機將土層挖至比設計深度高出20～30 cm處暫停，繼而通過人力清理直至達到預定深度，這樣做可以防止影響坑底穩定性，并確保坑口表層的平整。

挖掘深層基坑是加固工程地基的關鍵步驟，施工過程中務必嚴密監控各個環節的安防措施。依照不同的挖掘技術與土地性質，精確選取相匹配的挖掘剖面，并且設定科學的斜坡角度以確保工程作業的安全性。為確保工程效率與安全，基坑斜坡的角度應把握適度，否則過小斜坡可能導致坍塌災害?；颖诘男倍刃枰罁诰虻纳疃取⑼寥赖奈锢硖匦砸约暗叵滤坏染唧w情況來確定?；涌颖谄露仍斠姳?所示。

干燥地基的坑底應根據基座設計的平面大小，各邊擴展的幅度至少應達到50 cm。水環境中的基坑底面需要考慮確保四邊排水溝和集水井的安置需求，各側的擴增寬度不應少于80 cm。

初步設定的基坑開挖斜坡比例保持在1：0.75。在執行作業過程中，可視具體情況，如所在樁號的地質特征和水位高低，適時調整斜坡角度，避免發生塌陷或沙土涌入現象，以確保精確挖掘至規定深度。應在動土前測定地表高程，通過拉線法初步估算坑底標高，完成挖掘后進行最終的底部高程核查。

超過5 m深度的基坑在挖掘時，需建立作業平臺以確保挖掘邊坡的穩固性。按照1：0.75的斜率進行基坑挖掘，并在基坑底部往上3 m的位置設置寬度為2 m的作業平臺。該平臺以上的部分依然遵循1：0.75的斜率進行挖掘。

3.3.1 挖掘方式與時間選擇

施工挖掘工作宜優先于干旱季節進行安排。開鑿土地基礎時，使用挖掘設備并輔以工人手工操作。對于基坑邊緣的松軟巖層（或土壤），則由工人操持氣動鎬（或者手鎬）進行挖掘作業。巖石采用挖掘機結合破碎錘進行開挖。

3.3.2 挖掘施工要點

在進行人力挖掘作業時，必須嚴格遵循一系列安全規程，這包括穿戴防護頭盔、禁止在溝渠內部休憩、配備牢靠的爬梯、維持適當的作業間隙和對作業工具進行完好檢查等。需要保證挖掘過程中基坑的垂直度、入口與出口的規格、中心線以及邊坡均符合標準，挖掘出的壁面應平滑無凸凹不平現象。用設備進行挖掘作業時，操作人員應與設備保持安全距離，并采取支撐措施。在車輛運出土方的過程中，禁止任何人員在車輛上逗留，若存在潛在的危險因素，必須立刻排除危險以保障施工環境的安全。

3.3.3 堆土地點選擇及施工要點

進行挖掘作業時，需妥善預留填充土的剩余量，并且合理安排其堆積地點。如果堆積不妥，必將對施工的安全造成直接的威脅。

選擇堆土的地點需要依據工地的實際狀況，在施工場地寬敞、四周環境無干擾且不被制約的前提下，為了搬運原料、堆放物料及施工便利，采用一邊堆放土壤、另一邊作為施工的臨時通道。

堆土要求排水溝周圍必須保持至少1 m的距離，土堆不得高于1.5 m，并且土堆的頂部需要有向外傾斜的排水坡度。應當留置臨時通道，確保施工順暢及安全。累積的土堆應避免對建筑結構物與設備造成壓迫，供水井、燃氣井以及雨水和污水檢查井不應被覆蓋。

3.4 基坑開挖降水措施

本基坑緊鄰河溝，在河溝兩側采用編織袋圍堰施工。在構建人工島前期，先鋪設一條專用通道直至施工現場，再剔除表層的淤泥積存，然后選用臨近地區的黏性土壤作為填充物，借助挖掘機及自倒式貨車來運輸，以小型工具對填入的泥土進行密實操作。

在島嶼的外圍區域，則由人力搭建以草編袋或聚酯纖維袋裝載的土堤圍護結構。采用尼龍或麻料制成的袋體構筑圍堰，其規格如下：圍堰頂端應高出施工水面最高點0.5 m，寬度在1～2 m，外部斜率介于1：1～1：0.5，而內部斜率則維持在1：0.5～1：0.2。圍堰靠近基坑一側的最低點至基坑邊沿的最小橫向距離應視基坑挖深靈活調整，但該距離不得少于1 m。

施工時，須先將堰基部的樹根、草層、碎石等礙事物品清除干凈。再將填充物，即疏松的含黏土料填入編織袋內，填至袋子容積的60%后進行縫合封口。根據設計圖紙的指示，按照規定的方式疊放這些填土袋，保持編織袋的水平鋪放并且錯開排列。

4 施工重難點及風險控制措施

4.1 施工重難點

橋墩基座擴建施工要挖掘約6 m深的土層。在施工期間，確?；影踩?、坑壁的堅固性、水的控制與排除以及操作機械的安全都是施工的關鍵和挑戰所在。

4.2 環保措施

4.2.1 地形環境保護

一方面在合同所劃定的施工范圍內外，竭盡所能保持植被和樹木的初始狀態。另一方面臨時用地范圍內的耕地施工后采取措施恢復。

4.2.2 水環境保護

施工廢水、生活污水按有關要求進行處理。對于骨料沖洗所用之水及其他建筑作業廢棄液，需經由濾凈與沉降程序處理完畢方能釋放。針對建筑設備產生的廢油與廢水，應執行如隔油池等處理方案。

4.2.3 大氣環境及粉塵的防治

施工場地和運輸道路經常灑水，需用密實的篷布覆蓋那些在搬運過程中容易揚散的物品。

4.2.4 固體廢棄物的處理

建筑作業區與工地院落內產生的日常廢棄物需歸攏存放。在得到當地環境保護機構許可的情況下，建設活動與日常生活產生的垃圾可以搬運到專門的地方處理。

為了降低振動和噪聲干擾，優先使用振動和噪聲更低的建筑機械。對設備采用減低噪聲的措施，盡可能采用噪聲較小的作業方法，并選配噪聲更低的建筑機械。

4.3 質量保證措施

4.3.1 基坑外防排水

在坡頂距離基坑邊沿3 m的位置，安裝一道尺寸為300 mm×300 mm的攔水坎，并用彩色裝飾布覆蓋其外層。內部填補黏土是為了防止地表水涌入挖掘區。在基坑底部的斜坡腳邊，劃設30 cm寬的排水槽，并且從管線的中軸線向兩邊逐漸形成一個縱向的下傾坡度，在四角各建造一個用于集水的小坑。無論是自然降雨還是其他地面積水，都會通過上層的排水槽流向集水坑，并且通過泵的作用排放到旭黃路兩旁的排水系統內，以此來預防水侵對斜坡的破壞。

4.3.2 基坑內排水

將基坑周邊結構的外圍規劃為寬高均為30 cm的排水渠，并使之帶有縱向傾斜度。在四個角落分別施作了尺寸為0.5 m寬、0.5 m長、1 m深的蓄水井，使雨水能順著結構四周的排水渠流進蓄水井內。再由泵機把積聚的水輸送至坑邊的收集井中，隨后由外圍泵站統一導入位于旭黃路兩邊的排水渠里，從而確保了基坑內部干燥，便于施工作業。

4.3.3 動載及棄土的防護

工程車輛的臨時通行路線應盡量避開南北向基坑邊沿，至少要確保路線距離坑口上緣有5 m的距離，確保施工安全。暫存棄土堆積處的底邊與基坑邊緣的橫向間隔須不短于該基坑深度。

4.3.4 加強對邊坡的變形及位移情況的觀測

指派專職人員密切監控邊坡的形變和位移現象，重點監測周遭土壤的位移和沉降，詳細記錄各項數據，并在出現異常時迅速實施應對措施。在基坑的周邊設置4個變形觀測樁，由測量人員每天定時測量，如發現異常，加大觀測頻率。

5 結束語

隧道深基坑開挖施工中的關鍵技術及風險控制研究對于保障工程質量和安全具有重要意義。本文針對隧道深基坑開挖施工中的關鍵技術及風險控制進行了深入研究，通過分析工程概況、地形地貌、地質、水文及氣象條件等，提出了合理的施工方法和工藝流程，并探討了施工過程中的重難點，特別是針對風險控制提出了有效的措施，以期為類似工程提供借鑒和參考，推動隧道深基坑開挖施工技術不斷進步和發展。