论文部分内容阅读
摘要：随着我国各大城市发展步伐的加快，为了迎合旧城区改造政策，缓解城市交通拥挤的状况，城市轨道交通的建设已经被纳入改善民生的重要工程中。地铁线路通常穿过市中心繁华地段，站点基坑开挖深度大，地铁深基坑施工影响因素和风险性都相对较高。本文主要讨论了地铁深基坑施工的风险以及应对措施。
关键词：地铁深基坑支护结构钢支撑风险控制措施
中图分类号：U231+.3 文献标识码：B 文章编号
Abstract: With the China urban rapid development, in order to follow the old regional reform policy and reduce urban traffic congested, the urban subway traffic construction has been listed into people’s important constructions. Because, the subway, through the lots downtown in the center of the urban, the station foundation pits features deep dig height, complex influence factors and risk. For that, in this paper, it will discuss on the subway risk and the relative measures.
Key Words: subway; deep foundation pit; supporting structure; steel support; risk; control measure
1.地铁深基坑风险简介
自20世纪80年代起，我国掀起了一股深基坑工程建设的热潮，通过对相关文献的研究，笔者发现，在深基坑工程中，基坑事故发生率高达20%，其中90%以上是由于工程设计和施工技术不当造成的。
1.1地铁深基坑施工特点
地铁深基坑工程是结合结构理论、土木工程学、建筑学、水文地质、地基建造以及计算机模型测试等众多学科理论为一体的综合性系统工程，施工过程包括土方开挖、挡土、支护设计、防水与降水处理等环节，上述任何环节出现失误都可能造成严重后果。因此，地铁车站的深基坑工程具有临时性、随机性、复杂性、地域性和高风险性等特征。如何实现深基坑工程设计和施工的科学严谨、如何最大限度地预防风险事件的发生、如何应对和控制已经发生的风险事件已经成为深基坑工程施工技术人员和管理人员的“必修课”。
1.2地铁建设地质环境复杂
我国主要建设地铁的城市的地理位置大多依托江河水源，地层较软，靠近地面的粘性土层呈现软、硬土层交叠的互层结构特点，软土层夹有粉细砂层透镜体，较深的土体为承压含水层，对于开挖土体深度通常超过10m的地铁深基坑工程来说，地质结构十分复杂。
以武汉地区为例，武汉地铁深基坑施工地层多为Ⅰ级阶地堆积平原，土层为二元结构，即下层为含有卵砾石的砂性土，上层为粘土和淤泥质土组成的弱透水含水层，武昌土体上层厚度为20m，汉口为8-15m。武汉周围地质与府河、长江、汉水三大河流相接，深处地下土体含水层具有承压性质，承压水位在19-21m之间，深基坑工程的水文地质环境复杂。
2.地铁深基坑施工主要风险分析
2.1钢支撑结构失稳
深基坑开挖过程需要用钢材进行支撑，造成钢支撑失稳主要有3方面原因，一是深基坑开挖的高度差较大，即深基坑不平整使得各处的钢支撑结构受到的高压应力强度不同，这种失稳方式危害最大，因为这种风险一旦发生，易出现一连串的“多米诺骨牌”效应，即当某处钢结构受压程度过高而出现形变过大，失去承压能力时，周围的钢支撑的受压强度会成倍增加，进而整排的钢结构都极易发生形变过大而失去承压能力，造成深基坑整体钢支撑结构的失稳，危害严重；二是钢支撑结构连接部件（如螺栓、母材开孔等）未经过质量的严格检查和强度检验就投入使用，往往使得支撑结构连接部位显得薄弱；三是由于对角撑结构受力计算不正确，使得角撑构造不合理而引起的失稳。
2.2支护结构形变
地铁站点深基坑的施工周期较长，一般采用明挖基坑的支护体系，强荷载致使支护形变过大时，易发生危险。另外，施工不严谨会使支护结构的质量不合格，如灌注桩不密实、地下连续墙深度不到位、挡土墙渗透性过大、围护桩因土分流失而失稳以及钢筋笼插入过浅等，这些均是施工技术未达到要求而产生的，支护结构不稳定可以诱发基坑形变和基底隆起的风险。
2.3地下管线渗漏
地铁深基坑施工中若遇地下水储藏丰富且地下管线渗漏严重的情况，为了营造无水施工环境，施工方常常加设一层止水帷幕，如果对这一临时性的帷幕不加关注，草率建设，使得止水帷幕密闭性达不到要求，出现孔洞或是裂隙，渗水将夹带着围护结构内侧的土质和沙砾流进基坑内部，在长期的施工中如果这一问题得不到重视，那么围护桩背侧土质的大量流失会使得围护背侧约束力丧失，原有“三维受力”变为“一維受力”，具有引发基坑失稳的风险。
3.地铁深基坑施工风险的控制措施
3.1钢支撑结构失稳的控制措施
钢支撑结构失稳控制分为失稳预防和失稳应急处理两个方面，预防是要严格遵守施工技术要求和施工规范，避免人为破坏，严禁机械设施碰撞钢支撑结构；做到深基坑开挖“随挖随撑”，每隔一点距离最好加设一道钢板加劲肋，在钢支撑结构搭设过程中全程监测，一旦发现问题，及时分析处理；对钢支撑结构的连接部位、节点等处要合理设计，适当做强化处理，确保支撑结构各部分连接密实，受理均衡，不致发生高压弯曲。钢支撑结构失稳危害较大，应急措施可归结为如下两方面：
（1）事先配备足量的钢管、工字钢、扒钉以及手锯等用作应急。深基坑施工现场若发现某一支撑形变过大，则要立刻停止施工，对支撑进行水平和纵向加固。
（2）对于钢支撑失稳坍塌的情况，要本着人员安全第一的原则，首先疏散施工人员，对压伤人员做基本医疗处理后立即由安全通道送出抢救，并在外围设置隔离带，禁止无关人员进入；其次，调集技术人员积极进行排险，搭设临时支撑结构，避免二次事故的发生。
3.2支护体系风险预防
保证地铁深基坑支护体系结构稳定性的重点在于按技术规范严格施工，即“预防为主”。支护结构建设准则细分如下：
（1）在支护体系建造之前，必须确保施工地点地下各种管线、周围的建筑和道路的安全。
（2）支护体系应确保在土体开挖时，即使土体发生了相应的沉陷、变形乃至位移，也不使地下工程施工受到危害。
（3）保证施工在地下水位以下进行（可采用降水、截水和排水方法）。
（4）设计方案要科学有效，符合力学理论，技术先进，使得支护体系既能保持边坡的稳定性，又能挡土。大量工程施工经验表明，采用先进科学的土方开挖方式能最大限度提高支护结构的稳定性.
3.3管线渗漏造成基坑失稳的控制
漏水和渗水在地铁深基坑工程中最为常见，严重时会大大影响支护结构的可靠性和稳定性。所以，一旦发现渗水现象，要及时采取应急措施。具体来说，在渗水量比较小时，由于此时对工程支护结构和周边环境的影响小，故采用在坑底设置排水沟进行排水即可；对于渗水量较大时，采取引流和修补的方法（即在渗水处围护墙打入钢管，通过钢管引流），再在薄弱处采用砂浆和混凝土修补；对于大面积严重的渗水，就要挖开支护墙直至水位以下，在进行整体修补（可通过高压注浆的方法），若基坑由于渗漏严重而发生坍塌，则需要在坍塌出码放沙袋，使得引流管在引流时过滤砂石，只将水分排出，同时，为了实现快速处理，可以设置多个水泵抽水至地面排出。
总结：目前，我国近10个城市已经建成了覆盖城市中心的轨道交通体系，还有一些城市的地铁工程在建设之中，地铁车站深基坑工程的施工技术（支护设计、降水处理等）、工程监测以及施工安全一直以来涉及众多的技术难题。地铁深基坑工程破坏的后果不堪设想。施工企业需要加强地铁深基坑工程的风险管理研究，正确看待风险，力求将风险控制在一个合理的水平。
参考文献：
[1] 龚晓楠. 深基坑工程设计施工手册[M].北京：中国建筑工业出版社.1998.
[2] 舒文超. 中心城区复杂附近环境下的深基坑施工技术[J].建筑技术.2010(2):109-112.
关键词：地铁深基坑支护结构钢支撑风险控制措施
中图分类号：U231+.3 文献标识码：B 文章编号
Abstract: With the China urban rapid development, in order to follow the old regional reform policy and reduce urban traffic congested, the urban subway traffic construction has been listed into people’s important constructions. Because, the subway, through the lots downtown in the center of the urban, the station foundation pits features deep dig height, complex influence factors and risk. For that, in this paper, it will discuss on the subway risk and the relative measures.
Key Words: subway; deep foundation pit; supporting structure; steel support; risk; control measure
1.地铁深基坑风险简介
自20世纪80年代起，我国掀起了一股深基坑工程建设的热潮，通过对相关文献的研究，笔者发现，在深基坑工程中，基坑事故发生率高达20%，其中90%以上是由于工程设计和施工技术不当造成的。
1.1地铁深基坑施工特点
地铁深基坑工程是结合结构理论、土木工程学、建筑学、水文地质、地基建造以及计算机模型测试等众多学科理论为一体的综合性系统工程，施工过程包括土方开挖、挡土、支护设计、防水与降水处理等环节，上述任何环节出现失误都可能造成严重后果。因此，地铁车站的深基坑工程具有临时性、随机性、复杂性、地域性和高风险性等特征。如何实现深基坑工程设计和施工的科学严谨、如何最大限度地预防风险事件的发生、如何应对和控制已经发生的风险事件已经成为深基坑工程施工技术人员和管理人员的“必修课”。
1.2地铁建设地质环境复杂
我国主要建设地铁的城市的地理位置大多依托江河水源，地层较软，靠近地面的粘性土层呈现软、硬土层交叠的互层结构特点，软土层夹有粉细砂层透镜体，较深的土体为承压含水层，对于开挖土体深度通常超过10m的地铁深基坑工程来说，地质结构十分复杂。
以武汉地区为例，武汉地铁深基坑施工地层多为Ⅰ级阶地堆积平原，土层为二元结构，即下层为含有卵砾石的砂性土，上层为粘土和淤泥质土组成的弱透水含水层，武昌土体上层厚度为20m，汉口为8-15m。武汉周围地质与府河、长江、汉水三大河流相接，深处地下土体含水层具有承压性质，承压水位在19-21m之间，深基坑工程的水文地质环境复杂。
2.地铁深基坑施工主要风险分析
2.1钢支撑结构失稳
深基坑开挖过程需要用钢材进行支撑，造成钢支撑失稳主要有3方面原因，一是深基坑开挖的高度差较大，即深基坑不平整使得各处的钢支撑结构受到的高压应力强度不同，这种失稳方式危害最大，因为这种风险一旦发生，易出现一连串的“多米诺骨牌”效应，即当某处钢结构受压程度过高而出现形变过大，失去承压能力时，周围的钢支撑的受压强度会成倍增加，进而整排的钢结构都极易发生形变过大而失去承压能力，造成深基坑整体钢支撑结构的失稳，危害严重；二是钢支撑结构连接部件（如螺栓、母材开孔等）未经过质量的严格检查和强度检验就投入使用，往往使得支撑结构连接部位显得薄弱；三是由于对角撑结构受力计算不正确，使得角撑构造不合理而引起的失稳。
2.2支护结构形变
地铁站点深基坑的施工周期较长，一般采用明挖基坑的支护体系，强荷载致使支护形变过大时，易发生危险。另外，施工不严谨会使支护结构的质量不合格，如灌注桩不密实、地下连续墙深度不到位、挡土墙渗透性过大、围护桩因土分流失而失稳以及钢筋笼插入过浅等，这些均是施工技术未达到要求而产生的，支护结构不稳定可以诱发基坑形变和基底隆起的风险。
2.3地下管线渗漏
地铁深基坑施工中若遇地下水储藏丰富且地下管线渗漏严重的情况，为了营造无水施工环境，施工方常常加设一层止水帷幕，如果对这一临时性的帷幕不加关注，草率建设，使得止水帷幕密闭性达不到要求，出现孔洞或是裂隙，渗水将夹带着围护结构内侧的土质和沙砾流进基坑内部，在长期的施工中如果这一问题得不到重视，那么围护桩背侧土质的大量流失会使得围护背侧约束力丧失，原有“三维受力”变为“一維受力”，具有引发基坑失稳的风险。
3.地铁深基坑施工风险的控制措施
3.1钢支撑结构失稳的控制措施
钢支撑结构失稳控制分为失稳预防和失稳应急处理两个方面，预防是要严格遵守施工技术要求和施工规范，避免人为破坏，严禁机械设施碰撞钢支撑结构；做到深基坑开挖“随挖随撑”，每隔一点距离最好加设一道钢板加劲肋，在钢支撑结构搭设过程中全程监测，一旦发现问题，及时分析处理；对钢支撑结构的连接部位、节点等处要合理设计，适当做强化处理，确保支撑结构各部分连接密实，受理均衡，不致发生高压弯曲。钢支撑结构失稳危害较大，应急措施可归结为如下两方面：
（1）事先配备足量的钢管、工字钢、扒钉以及手锯等用作应急。深基坑施工现场若发现某一支撑形变过大，则要立刻停止施工，对支撑进行水平和纵向加固。
（2）对于钢支撑失稳坍塌的情况，要本着人员安全第一的原则，首先疏散施工人员，对压伤人员做基本医疗处理后立即由安全通道送出抢救，并在外围设置隔离带，禁止无关人员进入；其次，调集技术人员积极进行排险，搭设临时支撑结构，避免二次事故的发生。
3.2支护体系风险预防
保证地铁深基坑支护体系结构稳定性的重点在于按技术规范严格施工，即“预防为主”。支护结构建设准则细分如下：
（1）在支护体系建造之前，必须确保施工地点地下各种管线、周围的建筑和道路的安全。
（2）支护体系应确保在土体开挖时，即使土体发生了相应的沉陷、变形乃至位移，也不使地下工程施工受到危害。
（3）保证施工在地下水位以下进行（可采用降水、截水和排水方法）。
（4）设计方案要科学有效，符合力学理论，技术先进，使得支护体系既能保持边坡的稳定性，又能挡土。大量工程施工经验表明，采用先进科学的土方开挖方式能最大限度提高支护结构的稳定性.
3.3管线渗漏造成基坑失稳的控制
漏水和渗水在地铁深基坑工程中最为常见，严重时会大大影响支护结构的可靠性和稳定性。所以，一旦发现渗水现象，要及时采取应急措施。具体来说，在渗水量比较小时，由于此时对工程支护结构和周边环境的影响小，故采用在坑底设置排水沟进行排水即可；对于渗水量较大时，采取引流和修补的方法（即在渗水处围护墙打入钢管，通过钢管引流），再在薄弱处采用砂浆和混凝土修补；对于大面积严重的渗水，就要挖开支护墙直至水位以下，在进行整体修补（可通过高压注浆的方法），若基坑由于渗漏严重而发生坍塌，则需要在坍塌出码放沙袋，使得引流管在引流时过滤砂石，只将水分排出，同时，为了实现快速处理，可以设置多个水泵抽水至地面排出。
总结：目前，我国近10个城市已经建成了覆盖城市中心的轨道交通体系，还有一些城市的地铁工程在建设之中，地铁车站深基坑工程的施工技术（支护设计、降水处理等）、工程监测以及施工安全一直以来涉及众多的技术难题。地铁深基坑工程破坏的后果不堪设想。施工企业需要加强地铁深基坑工程的风险管理研究，正确看待风险，力求将风险控制在一个合理的水平。
参考文献：
[1] 龚晓楠. 深基坑工程设计施工手册[M].北京：中国建筑工业出版社.1998.
[2] 舒文超. 中心城区复杂附近环境下的深基坑施工技术[J].建筑技术.2010(2):109-112.