地鐵深基坑開(kāi)挖風(fēng)險(xiǎn)分析及控制對(duì)策思考

張 銳

（中鐵上海工程局集團(tuán)華海工程有限公司，上海 201101）

連續(xù)墻滲漏水是地鐵深基坑開(kāi)挖過(guò)程中常見(jiàn)的問(wèn)題之一。當(dāng)?shù)叵滤惠^高或地質(zhì)條件復(fù)雜時(shí)，地下水會(huì)滲入連續(xù)墻之間的縫隙，導(dǎo)致滲漏水問(wèn)題的出現(xiàn)。圍護(hù)樁加上止水帷幕作為防滲措施也存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。如果圍護(hù)樁施工不規(guī)范或止水帷幕質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，也會(huì)導(dǎo)致滲漏水問(wèn)題的發(fā)生。此外，基坑底部裂隙水以及基坑開(kāi)挖不當(dāng)引發(fā)地表下沉也是需要關(guān)注的風(fēng)險(xiǎn)。

1 地鐵深基坑開(kāi)挖風(fēng)險(xiǎn)

1.1 連續(xù)墻滲漏水

連續(xù)墻作為基坑側(cè)壁的支護(hù)結(jié)構(gòu)，其主要功能是抵抗側(cè)土壓力和地下水的滲流，確保基坑的穩(wěn)定性和安全性。然而，由于復(fù)雜的地質(zhì)條件等客觀因素以及施工操作不當(dāng)?shù)戎饔^因素，連續(xù)墻滲漏水問(wèn)題經(jīng)常出現(xiàn)，給地鐵工程帶來(lái)一系列的不利影響。

（1）地下水位高：當(dāng)基坑所處位置的地下水位較高時(shí)，地下水會(huì)通過(guò)連續(xù)墻的縫隙和孔洞進(jìn)入基坑內(nèi)部，導(dǎo)致滲漏水問(wèn)題。地下水的滲入可引起基坑周圍土體的軟化和沉降，進(jìn)而對(duì)基坑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性產(chǎn)生威脅。

（2）連續(xù)墻施工缺陷：連續(xù)墻施工過(guò)程中可能存在施工缺陷，如混凝土質(zhì)量差、墻體接頭處理不當(dāng)、鋼筋銹蝕等，這些問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致連續(xù)墻的抗?jié)B漏性下降。滲漏水通過(guò)缺陷部位進(jìn)入基坑，可能引起土體下沉、側(cè)壁塌方等嚴(yán)重后果。

（3）地質(zhì)條件復(fù)雜：可能存在具有高滲透性的地層、裂隙巖石或含水層，這些地質(zhì)特征會(huì)增加地下水的滲流量，導(dǎo)致連續(xù)墻的滲漏水問(wèn)題加劇。

1.2 圍護(hù)樁+止水帷幕滲漏水

圍護(hù)樁和止水帷幕常作為地鐵深基坑開(kāi)挖工程的防滲措施使用。然而，圍護(hù)樁加上止水帷幕的組合存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，特別是在復(fù)雜地質(zhì)條件下或施工操作不當(dāng)?shù)那闆r下。

（1）不規(guī)范施工：圍護(hù)樁施工過(guò)程中若鉆孔質(zhì)量差或是鋼筋連接不牢固，可能導(dǎo)致圍護(hù)樁的滲漏性能下降。同樣的，止水帷幕施工過(guò)程中也需要高度注意施工質(zhì)量，若出現(xiàn)灌漿質(zhì)量不達(dá)標(biāo)、帷幕與周邊土體間存在縫隙等問(wèn)題，會(huì)增加滲漏水的發(fā)生概率。

（2）地質(zhì)條件復(fù)雜：在復(fù)雜地質(zhì)條件下，如含有高滲透性地層、裂隙巖石或含水層，圍護(hù)樁和止水帷幕的防滲效果可能受到影響。這些地質(zhì)特征會(huì)增加地下水的滲流量，滲漏水可能通過(guò)圍護(hù)樁和止水帷幕的縫隙進(jìn)入基坑內(nèi)部。

（3）樁體缺陷或損壞：圍護(hù)樁在施工過(guò)程中可能出現(xiàn)樁身質(zhì)量問(wèn)題，如鋼筋銹蝕、混凝土破損等。樁體缺陷或損壞會(huì)導(dǎo)致圍護(hù)樁的防滲性能下降，從而發(fā)生滲漏水的情況。

1.3 基坑底部裂隙水

基坑底部裂隙水指的是在基坑開(kāi)挖過(guò)程中，由于地下水位較高或者地質(zhì)條件復(fù)雜等原因，基坑底部出現(xiàn)裂隙導(dǎo)致地下水滲流進(jìn)入基坑。

（1）高地下水位：當(dāng)?shù)叵滤惠^高時(shí)，在基坑底部形成的裂隙可能會(huì)成為地下水進(jìn)入基坑的通道。這種情況經(jīng)常發(fā)生在地下水位較接近地面或地下含水層較活躍的區(qū)域。

（2）復(fù)雜地質(zhì)條件：地質(zhì)條件復(fù)雜時(shí)，例如存在裂隙巖體、泥炭層或含水層等，這些地質(zhì)特征會(huì)增加地下水的滲流量，并導(dǎo)致基坑底部裂隙的形成。這些裂隙會(huì)促使地下水通過(guò)裂隙滲流進(jìn)入基坑內(nèi)部。

（3）基坑支護(hù)不當(dāng)：如果基坑支護(hù)措施不當(dāng)，如連續(xù)墻、圍護(hù)樁等結(jié)構(gòu)未能有效防止裂隙的產(chǎn)生或者裂隙的擴(kuò)展，那么地下水可能會(huì)通過(guò)這些裂隙滲流進(jìn)入基坑底部。

1.4 基坑開(kāi)挖不當(dāng)引發(fā)地表下沉

在基坑開(kāi)挖過(guò)程中，土體會(huì)受到應(yīng)力重新分布的影響而發(fā)生形變。當(dāng)土體的形變超過(guò)一定限度時(shí)，就會(huì)引起地表下沉。彈性沉降是由于土體的應(yīng)力重分布引起的臨時(shí)性沉降，可以通過(guò)以下公式進(jìn)行估算：

其中，ΔH表示地表沉降量，σ表示應(yīng)變，E表示土體的彈性模量，ν表示泊松比，H表示基坑深度，B表示基坑寬度。根據(jù)該公式，地表沉降與應(yīng)力變化、土體的彈性模量、基坑深度和寬度等因素有關(guān)。

基坑開(kāi)挖過(guò)程中，如果排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理或者施工不當(dāng)，土體內(nèi)部的水分含量可能過(guò)高，導(dǎo)致地表下沉。Darcy定律描述了流體在多孔介質(zhì)中滲流的規(guī)律。根據(jù)Darcy定律，流量（Q）與土體的滲透系數(shù)（k）、滲流截面積（A）、水頭差（△h）和滲流路徑長(zhǎng)度（L）之間存在如下關(guān)系：

該公式可以用來(lái)計(jì)算流體的滲流速率。

2 地鐵深基坑開(kāi)挖風(fēng)險(xiǎn)控制對(duì)策

2.1 輕微滲漏水防水措施分析

在進(jìn)行基坑開(kāi)挖前，可以采用地下連續(xù)墻進(jìn)行防水。地下連續(xù)墻的厚度和材料選擇應(yīng)根據(jù)具體工程要求和地質(zhì)條件確定。常用的材料包括鋼板樁、混凝土攪拌樁等。墻體連接處應(yīng)采用密封膠條或防水灌漿材料進(jìn)行密封，以防止?jié)B漏水的進(jìn)入。建立隔離層是另一種有效的輕微滲漏水防水措施。隔離層通常由高密度聚乙烯薄膜（HDPE）或類似材料構(gòu)成，能夠有效隔離地下水與周圍土層的接觸，避免水分的滲透。隔離層應(yīng)覆蓋整個(gè)基坑范圍，并與連續(xù)墻連接處進(jìn)行嚴(yán)密的密封。如果在開(kāi)挖過(guò)程中出現(xiàn)輕微滲漏水，應(yīng)立即采取措施進(jìn)行處理。常用方法包括噴涂防水劑和填充密封膠。噴涂防水劑可以形成一層致密的防水膜，有效防止水分滲透；填充密封膠可堵塞墻體裂縫或孔洞，防止水從墻體滲漏進(jìn)入基坑。合理設(shè)計(jì)和布置排水系統(tǒng)對(duì)于輕微滲漏水的控制也至關(guān)重要。排水系統(tǒng)應(yīng)包括有效的排水溝、泵站和管道網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)及時(shí)排除基坑內(nèi)的積水，降低地下水位，可以有效減少滲漏水的流量，提高防水效果。安裝監(jiān)測(cè)設(shè)備并建立預(yù)警機(jī)制是及時(shí)發(fā)現(xiàn)輕微滲漏水問(wèn)題的關(guān)鍵。常用的監(jiān)測(cè)手段包括水位監(jiān)測(cè)、應(yīng)力監(jiān)測(cè)和變形監(jiān)測(cè)等。當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超過(guò)預(yù)設(shè)閾值時(shí)，應(yīng)及時(shí)采取相應(yīng)措施，防止?jié)B漏水問(wèn)題進(jìn)一步惡化。

2.2 嚴(yán)重滲漏水防水措施分析

壓力注漿是一種常用的嚴(yán)重滲漏水防水方法。通過(guò)在滲漏點(diǎn)周圍注入高壓漿液，形成一層致密的膠狀體，堵塞滲漏路徑，阻止水分進(jìn)入基坑。注漿材料通常采用聚氨酯樹(shù)脂（PUR）或環(huán)氧樹(shù)脂（EP），具有較好的粘結(jié)性和耐水性。對(duì)于嚴(yán)重滲漏水情況，可以考慮安裝擋水板來(lái)阻擋水流。擋水板通常由鋼板或玻璃鋼制成，固定在連續(xù)墻上，形成一個(gè)封閉的水密隔離區(qū)域。擋水板需要與地下連續(xù)墻及地面進(jìn)行嚴(yán)密連接，并設(shè)置排水裝置以及應(yīng)急泵站，確保基坑內(nèi)的水位得以控制和排除。凍結(jié)法是另一種適用于嚴(yán)重滲漏水情況的特殊防水技術(shù)。通過(guò)將冷卻劑注入管道或孔洞，使周圍土層迅速冷卻并形成凍結(jié)帶，阻止水分滲透。對(duì)于遭受嚴(yán)重滲漏水影響的連續(xù)墻，可以考慮加固措施來(lái)提高其防水性能。

在嚴(yán)重滲漏水情況下，還可以采取深層抽水的手段。通過(guò)設(shè)置深層井和排水泵站，將基坑內(nèi)部的水分抽出，降低地下水位，減少滲漏水的壓力和數(shù)量。深層抽水系統(tǒng)應(yīng)具備足夠的排水能力和穩(wěn)定性，并與防水系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)。在實(shí)施嚴(yán)重滲漏水防水措施時(shí)，需要根據(jù)具體工程情況進(jìn)行綜合評(píng)估和設(shè)計(jì)，并與相關(guān)專業(yè)團(tuán)隊(duì)合作。防水施工過(guò)程中需要嚴(yán)格按照施工規(guī)范進(jìn)行操作，確保防水材料和設(shè)備的質(zhì)量和性能符合要求。同時(shí)，定期監(jiān)測(cè)和維護(hù)防水系統(tǒng)，及時(shí)處理潛在問(wèn)題，確保長(zhǎng)期的防水效果。

2.3 針對(duì)基坑開(kāi)挖不當(dāng)?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)控制

在進(jìn)行基坑開(kāi)挖之前，需進(jìn)行充分的地質(zhì)勘察和設(shè)計(jì)。通過(guò)詳細(xì)了解地下土層的組成、穩(wěn)定性和水文特征，以及結(jié)構(gòu)物的特點(diǎn)和荷載要求，制定合理的開(kāi)挖方案和支護(hù)措施，并確保其滿足安全和工程要求。之后根據(jù)地質(zhì)條件和項(xiàng)目要求，選擇適合的基坑開(kāi)挖方法。常用的開(kāi)挖方法包括機(jī)械開(kāi)挖、爆破開(kāi)挖、凍土開(kāi)挖等。根據(jù)工程特點(diǎn)和需求選擇適合的開(kāi)挖方法，可以最大程度地減少地下水位變化、土體變形和周圍設(shè)施的影響，降低開(kāi)挖引起的風(fēng)險(xiǎn)。基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮開(kāi)挖深度、土壤類型、地下水位等因素，并滿足相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。確保支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和密封性，防止土體坍塌、滲漏水以及對(duì)周圍建筑物的影響。安裝監(jiān)測(cè)設(shè)備并建立預(yù)警機(jī)制是控制基坑開(kāi)挖不當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)的重要手段。監(jiān)測(cè)參數(shù)應(yīng)包含地表沉降、地下水位、土體應(yīng)力變化等。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析和預(yù)警反饋，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理可能的問(wèn)題，減少未預(yù)期的風(fēng)險(xiǎn)。加強(qiáng)施工管理和監(jiān)督是保障基坑開(kāi)挖質(zhì)量的關(guān)鍵措施。確保施工人員具備專業(yè)技能和經(jīng)驗(yàn)，遵守相關(guān)規(guī)范和操作流程。加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)安全培訓(xùn)、定期檢查和質(zhì)量評(píng)估，及時(shí)糾正施工中的不當(dāng)操作和偏差。根據(jù)地下水位變化和工程要求，合理設(shè)計(jì)和布置基坑排水系統(tǒng)。確保排水系統(tǒng)暢通有效，及時(shí)排除基坑內(nèi)的積水，減少對(duì)周圍土體穩(wěn)定性和工程質(zhì)量的影響。

3 施工過(guò)程中的監(jiān)測(cè)創(chuàng)新技術(shù)與風(fēng)險(xiǎn)處理

在地鐵深基坑開(kāi)挖的施工過(guò)程中，采用監(jiān)測(cè)創(chuàng)新技術(shù)可以實(shí)時(shí)獲取關(guān)鍵參數(shù)和數(shù)據(jù)，幫助預(yù)警潛在風(fēng)險(xiǎn)并及時(shí)處理。以下介紹幾種創(chuàng)新監(jiān)測(cè)技術(shù)。

（1）振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)：通過(guò)安裝振動(dòng)傳感器，對(duì)基坑開(kāi)挖過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可用于評(píng)估結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定性和土體的形變情況。振動(dòng)速度v可以計(jì)算如下：

其中，ω表示頻率，a表示加速度。

（2）形變監(jiān)測(cè)技術(shù)：利用激光掃描儀、全站儀等精密測(cè)量設(shè)備對(duì)基坑周圍建筑物或地表進(jìn)行三維形變監(jiān)測(cè)。這些設(shè)備可以獲取高精度的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并通過(guò)與預(yù)設(shè)控制點(diǎn)的對(duì)比分析，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和評(píng)估結(jié)構(gòu)物的位移、沉降等形變情況。該技術(shù)能夠提供定量的形變數(shù)據(jù)，幫助工程人員及早發(fā)現(xiàn)和警示潛在的結(jié)構(gòu)變形風(fēng)險(xiǎn)，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)控制和調(diào)整施工方案。

（3）應(yīng)力監(jiān)測(cè)技術(shù)：通過(guò)應(yīng)力計(jì)、拉力計(jì)等專業(yè)設(shè)備對(duì)基坑周圍土體的應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。這些設(shè)備可以測(cè)量土體內(nèi)部的應(yīng)力分布和變化情況，提供準(zhǔn)確的應(yīng)力數(shù)據(jù)以評(píng)估土體的穩(wěn)定性和變形特征。通過(guò)連續(xù)監(jiān)測(cè)土體應(yīng)力的變化，工程人員可以識(shí)別和分析土體的應(yīng)力集中區(qū)域，預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的破壞機(jī)理，為風(fēng)險(xiǎn)控制提供科學(xué)依據(jù)。在風(fēng)險(xiǎn)處理中，根據(jù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果，可以采取加固措施、調(diào)整支護(hù)結(jié)構(gòu)或降低開(kāi)挖速度等措施，以保持基坑周圍土體的穩(wěn)定性。

監(jiān)測(cè)創(chuàng)新技術(shù)與風(fēng)險(xiǎn)處理的結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)及時(shí)預(yù)警和控制。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)設(shè)置靈敏度閾值，當(dāng)數(shù)據(jù)超過(guò)閾值時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，及時(shí)通知相關(guān)人員采取應(yīng)急措施，防止?jié)撛陲L(fēng)險(xiǎn)的發(fā)展。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變化，對(duì)施工方案進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。例如，在遇到地下水位過(guò)高的情況下，可以采取增加排水量、加固支護(hù)結(jié)構(gòu)等措施，并及時(shí)監(jiān)測(cè)效果。將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與地質(zhì)勘察、設(shè)計(jì)參數(shù)等多因素進(jìn)行綜合分析，以識(shí)別可能的風(fēng)險(xiǎn)源和影響因素，并制定相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)管理措施。利用數(shù)值模擬軟件（如FLAC3D、PLAXIS等）對(duì)基坑開(kāi)挖施工過(guò)程進(jìn)行模擬，預(yù)測(cè)潛在風(fēng)險(xiǎn)并評(píng)估其影響程度。根據(jù)模擬結(jié)果，可以調(diào)整施工計(jì)劃和風(fēng)險(xiǎn)處理策略，以最大程度減少風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性。利用遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)和自動(dòng)化設(shè)備，實(shí)時(shí)獲取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。例如，在地下水位升高的情況下，可以通過(guò)遙控調(diào)節(jié)排水泵站的排水量，保持基坑內(nèi)的合理水位，降低風(fēng)險(xiǎn)。除以上措施外，還可以通過(guò)對(duì)連續(xù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析和建立預(yù)測(cè)模型，識(shí)別潛在的異常趨勢(shì)和風(fēng)險(xiǎn)信號(hào)，及早采取相應(yīng)的措施進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)處理。

4 結(jié)束語(yǔ)

在對(duì)輕微和嚴(yán)重滲漏水的防水措施分析中，著重強(qiáng)調(diào)了選擇合適的滲漏水防水材料和工藝，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)與預(yù)警體系，確保基坑周邊土體和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性這三點(diǎn)措施的重要性。為了應(yīng)對(duì)基坑開(kāi)挖不當(dāng)?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)提倡科學(xué)合理的施工方案，結(jié)合現(xiàn)代監(jiān)測(cè)創(chuàng)新技術(shù)，實(shí)時(shí)獲取關(guān)鍵參數(shù)和數(shù)據(jù)，以便及時(shí)調(diào)整施工計(jì)劃并采取必要的風(fēng)險(xiǎn)處理措施。監(jiān)測(cè)創(chuàng)新技術(shù)在風(fēng)險(xiǎn)控制中發(fā)揮著重要作用。通過(guò)振動(dòng)監(jiān)測(cè)、變形監(jiān)測(cè)、應(yīng)力監(jiān)測(cè)和環(huán)境監(jiān)測(cè)等技術(shù)手段，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)基坑開(kāi)挖過(guò)程中的變化，預(yù)警潛在風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)采取相應(yīng)的措施進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)處理。監(jiān)測(cè)創(chuàng)新技術(shù)與風(fēng)險(xiǎn)控制對(duì)策之間相互關(guān)聯(lián)，形成了一個(gè)科學(xué)、系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)管理體系，為地鐵深基坑開(kāi)挖提供了更全面、精確的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和處理方案。

然而，也應(yīng)該認(rèn)識(shí)到風(fēng)險(xiǎn)分析和控制是一個(gè)不斷演進(jìn)的過(guò)程。隨著技術(shù)的發(fā)展和經(jīng)驗(yàn)的積累，需要不斷總結(jié)實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，完善風(fēng)險(xiǎn)管理的方法和工具，適應(yīng)不同項(xiàng)目和復(fù)雜環(huán)境下的挑戰(zhàn)。只有通過(guò)持續(xù)的監(jiān)測(cè)創(chuàng)新和風(fēng)險(xiǎn)控制措施的改進(jìn)，才能更好地保障地鐵深基坑開(kāi)挖工程的安全性和可持續(xù)發(fā)展。