论文部分内容阅读
摘要：随着城市地铁建设的迅速发展，紧邻密集建筑物、软弱富水地层、超深、高风险等复杂条件下深基坑工程愈来愈多使得深基坑工程问题成为我国建筑工程界的热点与难点问题岩土工程界也面临前所未有的机遇与挑战。本文对地铁深基坑开挖风险及变形监测研究的相关控制措施展开了全面的分析。
Abstract: with the rapid development of city subway construction, building adjacent to the dense, soft stratum with abundant water, deep, high risk under complicated conditions such as deep foundation pit engineering of deep foundation pit engineering becomes more and more make our country construction sector of the hot and difficult problem in geotechnical engineering field is also facing the opportunities and challenges of hitherto unknown. Based on the deep foundation pit of subway excavation risk study of deformation monitoring and related control measures carried out comprehensive analysis.
关键词：地铁深基坑风险分析变形监测
Key words: risk analysis of deformation monitoring for deep foundation pit of subway
中图分类号；
引发基坑工程险情的直接原因是基坑整体失稳 (滑坡和隆起)、支撑体系的强度破坏(支撑的偏心挠曲和撑点滑动)。常见险情包括:开挖时边坡出现渗漏、滑移、开裂、坍塌，底部出现沉陷，基底隆起等造成轴1地铁深基坑开挖风险常见的风险种类及特征深基坑工程开挖影响制约因素很多，通常情况下施工的难度比较大。如果设计、施工不合理，往往容易产生基坑严重位移甚至整体失稳等重大工程事故，这种事故不仅造成工程的直接损失和工期延误，同时对周围环境造成危害。
一、基坑开挖施工风险应急预案
认真贯彻“安全第一，预防为主”的方针。实施施工前，项目经理部会同有关部门成立施工风险预案应急领导小组，统一指挥负责本工程施工风险管理。
(1)为防止突发事件引起的危害，施工前必须准备好应急联络一览表(便于与有關方面及时联系)，如发生事故，值班人员应立即按紧急联络一览表与相关方面取得联系，并根据情况采取相关措施，在第一时间及时控制事态。
(2)各级管理人员必须把工程施工风险管理工作放在重要的议事日程上，施工前必须做好组织、思想、措施三落实工作。
(3)施工前配备足够的应急物质设备。加强应急设备管理、保养，明确专人(应急物质设备管理员)负责，并严禁应急物质设备挪作他用。
(4)库房钥匙分别由值班人员和应急物质设备管理员保管，放于明显处并做好标记。
(5)除正常值班外，要安排防汛期、关键施工工期的警戒值班，遇到高水位、暴雨，组长应上岗值班。
(6) 监测单位联络员应及时将管线变形情况向各联络员通报，项目经理现场联络员应及时将领导小组决定的应急措施及事后情况向各相关联络员通报。
二、基坑开挖风险应急对策
为了一旦发生各类险情时可以参照的预先设定的方法快速处置，应编制好各种紧急情况下应急处理的反应机制。
1 基坑开挖阶段渗漏水、涌土、喷砂如果开挖过程中发生渗漏，应视渗流部位、流量、渗漏点大小分别采用下列方法:
(1)如果渗漏点局限于开挖面以上，且渗漏量不大，宜采用双快水泥抽槽压注聚氨酯的方法封堵。
(2)如果渗漏点局限于开挖面以上，且渗漏量较大，宜在渗漏点打入泄水管，用钢板和双快水泥封堵泄水管周围，待周围封堵材料达到强度后关闭泄水管阀门。
(3)如果渗漏点延伸自开挖面上至开挖面以下，应在基坑外渗漏点附近压注双液浆，注浆采用压力控制，最高压力不得超过 0.3MPa，同时注意支撑安全。
(4)如果渗漏点延伸自开挖面上至开挖面以下且流量较大，应在基坑内局部回填至流量减小后， 在基坑外渗漏点附近压注聚氨酯。
(5)如果渗漏点不明，水流自开挖面下向上涌出，应立即停止开挖，局部回填直至渗漏停止，然后采取基坑外注双液浆措施。
(6)如果渗漏水流混浊，且渗漏时间较长，应注意渗漏点附近可能存在严重的土体流失， 出现空洞，此时严禁重型机械靠近，并应立即采用振管注浆方法填补空洞。
2、基坑边坡纵向失稳滑坡
对于地铁而言，基坑边坡纵向滑坡后最直接后果就是冲垮支撑体系， 导致围护结构破坏，一旦发生此类恶性事故，首先应在不危及人员安全前提下补强支撑; 如果不能补强支撑则应立即组织回填基坑坍方处，并组织周围人员撤离，防止事态进一步恶化。基坑边坡纵向失稳事故必须引起高度重视，应绝对避免此类事故发生，只要措施到位，责任到位，这种事故是完全可以避免的。在地铁深基坑开挖过程中保证纵向土坡稳定是至关重要的，一旦土坡坍塌，就可能冲断横向支撑并导致基坑挡墙失稳，酿成灾害性事故。尤其是雨季施工，更会因排水不畅、坡脚扰动造成纵坡滑坡事故。
3、支撑失稳，基坑崩塌
钢支撑失稳前有拱起或下沉的先兆，支撑轴力监测也会发生异常，一旦发现此类先兆应立即停止开挖，在失稳的钢支撑旁加设钢支撑，并施加预应力，同时对周围支撑复查，查找是否有支撑松弛，如果发现有支撑松弛，应立即复加预应力。如果没有支撑松弛或支撑而发生支撑失稳，则应立即查找周边超载、支撑材料等原因，防止失稳现象扩散。
4、坑底隆起
一旦发现坑底隆起迹象，应立即停止开挖，并应立即加设基坑外沉降监测点。对小型基坑如出入口等，可及时采用回灌水的方法，对大型基坑则应立即回填土，直至基坑外沉降趋势收敛方可停止回灌和回填，然后会同设计及监理等相关单位一起分析原因，制定下一步对策。
5、围护结构位移过大
若发现围护结构位移过大，应立即暂停开挖，并紧贴地面设置临时支撑，然后对已经设置的支撑逐根复加预应力，同时应对周围建构筑物设置跟踪注浆孔， 采用跟踪注浆的方法减少其沉降。
6、降水引起周围地面沉降
施工过程中均需降水，可能会发生降水引起周围地面超标沉降，发现这一情况应立即限制抽水深度，并遵循“按时、按需”原则进行降水，同时对周围建构筑物采取回灌或跟踪注浆方法以策安全。
7、煤气、 给水管线断裂
施工过程若发生煤气、给水管线断裂等事故，将给工程进展及居民生活、周边环境带来极其严重的不良影响。加之此类管线有其特殊性，一旦断裂，破坏力大，可能对人身造成伤害，为此，在煤气管区域施工之前，应事先按动火作业审批制度提出“动用明火报告”，办妥审批手续，并落实消防设备，否则不准施工。施工过程中发现管线现状与交底内容、样洞资料不符时，及时通知建设单位和有关管线单位到场研究，商议措施，在未作出统一结论前，不擅自处理或继续施工。一旦发生管线损坏事故，立即上报上级部门和建设单位，并立即通知有关管线单位要求抢修，同时积极组织力量协助抢修工作，并注意围持好现场，疏解交通，最大限度地避免对过往行人和周边居民造成意外的人身伤害。
8、基底突涌
地铁基坑开挖深度较深，受承压水影响较大的地区，基坑开挖过程中存在基底突涌可能性。工程实施过程中应预先通过计算在承压水影响范围内布设适量的降压观察两用井，随时了解掌握地下水头变化情况，一旦基底发生突涌，立即开泵实施降水，同时加快结构施
作速度，尽早封底。
三、地铁车站深基坑变形监测研究
1 坑底土体隆起变形监测
由于土方的开挖，造成在垂直方向上的土体的荷载发生改变，坑底的土体的原始应力的平衡被破坏，造成坑底土体的隆起。在基坑开挖初期，垂直方向上的隆起較为明显，随着开挖的不断深入以及土体注浆加固等工程的实施，坑体中部的隆起会得到有效控制，但坑体四周围护墙会随着土体的回弹而被抬高。坑体土体的隆起会随着基坑开挖工程的结束和土体加固工程的实施而很快停止，同时，在基坑开挖较浅时，坑底土体隆起不会对围护墙的内向移动造成影响，但开挖到一定深度是，就要观测围护墙的内移动情况。
坑底隆起造成的变形一般采用精密水准仪、木质钢瓦标尺，按一等或二等沉降观测精度要求，采用闭合水准线路进行施测。同时，要在不同的时间，对设置的同一观测点进行多个测回的观测，计算观测点的高程变化值，通过数据处理分析，计算实际沉降值。
2、 围护墙体变形监测
围护墙体的变形一般分为水平方向和垂直方向两种。围护墙体水平方向上的变形是由于基坑开挖深度的增加，使得围护墙体内侧土体对围护墙外土体的支撑和作用力化解，外侧土体向内的主动压力全部作用在围护墙上，造成墙体的向内位移和倾斜，同时，这种向内的压力是不均匀分布的，靠近坑体底部位置的主动压力小，所以墙体的变形也较小，而靠近坑体上部的压力则较大。而这种压力也是引起周围地层移动的重要原因。因此，要密切观测围护墙的水平方向上的位移量，做好围护墙的加固和稳定工作。保证基坑自身开挖安全的同时，保证周围建筑物基础的稳定性。
围护墙体垂直方向上的变化量在实际的监测过程中往往被忽略。但事实上，土体自重应力的释放、支撑、楼板的重量施加、坑底土体隆起等都会造成围护墙体垂直方向上的变形。只有综合考虑垂直和水平方向上围护墙体的变形，才会准确把握围护墙体的变形规律，保证施工的安全。围护墙体水平和垂直方向上的沉降一般采用基准线法、小角度、极坐标法、前方交会法或是导线法进行测量，一般在围护墙上均匀的选择一定数量的观测点，对观测点进行周期性的观测，对数据进行分析和比对，准确把握围护墙的整体变形特征。
3、墙后土体沉降监测
地铁车站位于地下15米以下的区域，土体的地质条件复杂，基坑开挖到一定深度时， 由于土体的塑性流动也较大，土体从基坑外围向坑内和坑底流动，造成围护墙体后产生地表沉降。围护墙体后地表沉降主要分为三角形地表沉降、凹槽形地表沉降两种地表沉降的范围取决于地层的性质、基坑开挖深度 H、墙体入土深度、下卧软弱土层深度、基坑开挖深度以及开挖支撑施工方法等。
墙后土体沉降监测监测的方法与坑底沉降观测的方法类似，同样市是采用精密水准仪、 木质钢瓦标尺等工具，对围护墙体外围的区域设置的均匀的监测点进行一、二等周期性水准测量，对数据进行分析和比对，准确把握围护墙的整体变形特征。
4、不同监测项目监测频率研究
为保证监测成果的真实可靠性以及地铁车站深基坑施工的安全，对不同的监测项目，在监测的精度和监测的频率上必须严格规定，以保证随时发现问题，及时处理问题。在基坑的开挖过程中，必须随时对基坑的坑底隆起、围护墙的位移做目视观察；对围护墙顶部水平位移的观测开挖及回筑过程中一天一次，位移的控制值≤30㎜，报警值≤24㎜；围护墙外侧土体侧向变形，围护结构施工及基坑开挖期间每五天一次，主体结构施工期间每两天一次；基坑周围地表沉降观测在围护结构施工及基坑开挖期间每两天一次，主体结构施工期间每周两次，控制值≤20㎜，报警值≤16㎜。
四、信息化施工
在地下车站施工过程中，基坑工程是最大的风险，信息化施工有助于人们了解基坑变形的规律，对出现的征兆可以提前进行预控，有利于保证基坑施工安全。随着近年来科学技术及测量仪器的快速发展，信息化施工已在土木工程中得到广泛的运用。
总之，通过对地铁深基坑开挖施工风险分析，明确基坑开挖过程风险点，根据风险点制定了相应的对策进行控制， 使得施工管理能突出重点，有效地保证了深基坑开挖的安全， 对整个轨道交通建设有着借鉴意义。
参考文献
[1]刘旭,刘晨阳.地铁深基坑工程事故分析与风险防范[J].山西建筑.2010(05)
[2]崔颖哲,范鹏.软土地基地铁基坑的堵漏抢险[J].施工技术.2005(11)
Abstract: with the rapid development of city subway construction, building adjacent to the dense, soft stratum with abundant water, deep, high risk under complicated conditions such as deep foundation pit engineering of deep foundation pit engineering becomes more and more make our country construction sector of the hot and difficult problem in geotechnical engineering field is also facing the opportunities and challenges of hitherto unknown. Based on the deep foundation pit of subway excavation risk study of deformation monitoring and related control measures carried out comprehensive analysis.
关键词：地铁深基坑风险分析变形监测
Key words: risk analysis of deformation monitoring for deep foundation pit of subway
中图分类号；
引发基坑工程险情的直接原因是基坑整体失稳 (滑坡和隆起)、支撑体系的强度破坏(支撑的偏心挠曲和撑点滑动)。常见险情包括:开挖时边坡出现渗漏、滑移、开裂、坍塌，底部出现沉陷，基底隆起等造成轴1地铁深基坑开挖风险常见的风险种类及特征深基坑工程开挖影响制约因素很多，通常情况下施工的难度比较大。如果设计、施工不合理，往往容易产生基坑严重位移甚至整体失稳等重大工程事故，这种事故不仅造成工程的直接损失和工期延误，同时对周围环境造成危害。
一、基坑开挖施工风险应急预案
认真贯彻“安全第一，预防为主”的方针。实施施工前，项目经理部会同有关部门成立施工风险预案应急领导小组，统一指挥负责本工程施工风险管理。
(1)为防止突发事件引起的危害，施工前必须准备好应急联络一览表(便于与有關方面及时联系)，如发生事故，值班人员应立即按紧急联络一览表与相关方面取得联系，并根据情况采取相关措施，在第一时间及时控制事态。
(2)各级管理人员必须把工程施工风险管理工作放在重要的议事日程上，施工前必须做好组织、思想、措施三落实工作。
(3)施工前配备足够的应急物质设备。加强应急设备管理、保养，明确专人(应急物质设备管理员)负责，并严禁应急物质设备挪作他用。
(4)库房钥匙分别由值班人员和应急物质设备管理员保管，放于明显处并做好标记。
(5)除正常值班外，要安排防汛期、关键施工工期的警戒值班，遇到高水位、暴雨，组长应上岗值班。
(6) 监测单位联络员应及时将管线变形情况向各联络员通报，项目经理现场联络员应及时将领导小组决定的应急措施及事后情况向各相关联络员通报。
二、基坑开挖风险应急对策
为了一旦发生各类险情时可以参照的预先设定的方法快速处置，应编制好各种紧急情况下应急处理的反应机制。
1 基坑开挖阶段渗漏水、涌土、喷砂如果开挖过程中发生渗漏，应视渗流部位、流量、渗漏点大小分别采用下列方法:
(1)如果渗漏点局限于开挖面以上，且渗漏量不大，宜采用双快水泥抽槽压注聚氨酯的方法封堵。
(2)如果渗漏点局限于开挖面以上，且渗漏量较大，宜在渗漏点打入泄水管，用钢板和双快水泥封堵泄水管周围，待周围封堵材料达到强度后关闭泄水管阀门。
(3)如果渗漏点延伸自开挖面上至开挖面以下，应在基坑外渗漏点附近压注双液浆，注浆采用压力控制，最高压力不得超过 0.3MPa，同时注意支撑安全。
(4)如果渗漏点延伸自开挖面上至开挖面以下且流量较大，应在基坑内局部回填至流量减小后， 在基坑外渗漏点附近压注聚氨酯。
(5)如果渗漏点不明，水流自开挖面下向上涌出，应立即停止开挖，局部回填直至渗漏停止，然后采取基坑外注双液浆措施。
(6)如果渗漏水流混浊，且渗漏时间较长，应注意渗漏点附近可能存在严重的土体流失， 出现空洞，此时严禁重型机械靠近，并应立即采用振管注浆方法填补空洞。
2、基坑边坡纵向失稳滑坡
对于地铁而言，基坑边坡纵向滑坡后最直接后果就是冲垮支撑体系， 导致围护结构破坏，一旦发生此类恶性事故，首先应在不危及人员安全前提下补强支撑; 如果不能补强支撑则应立即组织回填基坑坍方处，并组织周围人员撤离，防止事态进一步恶化。基坑边坡纵向失稳事故必须引起高度重视，应绝对避免此类事故发生，只要措施到位，责任到位，这种事故是完全可以避免的。在地铁深基坑开挖过程中保证纵向土坡稳定是至关重要的，一旦土坡坍塌，就可能冲断横向支撑并导致基坑挡墙失稳，酿成灾害性事故。尤其是雨季施工，更会因排水不畅、坡脚扰动造成纵坡滑坡事故。
3、支撑失稳，基坑崩塌
钢支撑失稳前有拱起或下沉的先兆，支撑轴力监测也会发生异常，一旦发现此类先兆应立即停止开挖，在失稳的钢支撑旁加设钢支撑，并施加预应力，同时对周围支撑复查，查找是否有支撑松弛，如果发现有支撑松弛，应立即复加预应力。如果没有支撑松弛或支撑而发生支撑失稳，则应立即查找周边超载、支撑材料等原因，防止失稳现象扩散。
4、坑底隆起
一旦发现坑底隆起迹象，应立即停止开挖，并应立即加设基坑外沉降监测点。对小型基坑如出入口等，可及时采用回灌水的方法，对大型基坑则应立即回填土，直至基坑外沉降趋势收敛方可停止回灌和回填，然后会同设计及监理等相关单位一起分析原因，制定下一步对策。
5、围护结构位移过大
若发现围护结构位移过大，应立即暂停开挖，并紧贴地面设置临时支撑，然后对已经设置的支撑逐根复加预应力，同时应对周围建构筑物设置跟踪注浆孔， 采用跟踪注浆的方法减少其沉降。
6、降水引起周围地面沉降
施工过程中均需降水，可能会发生降水引起周围地面超标沉降，发现这一情况应立即限制抽水深度，并遵循“按时、按需”原则进行降水，同时对周围建构筑物采取回灌或跟踪注浆方法以策安全。
7、煤气、 给水管线断裂
施工过程若发生煤气、给水管线断裂等事故，将给工程进展及居民生活、周边环境带来极其严重的不良影响。加之此类管线有其特殊性，一旦断裂，破坏力大，可能对人身造成伤害，为此，在煤气管区域施工之前，应事先按动火作业审批制度提出“动用明火报告”，办妥审批手续，并落实消防设备，否则不准施工。施工过程中发现管线现状与交底内容、样洞资料不符时，及时通知建设单位和有关管线单位到场研究，商议措施，在未作出统一结论前，不擅自处理或继续施工。一旦发生管线损坏事故，立即上报上级部门和建设单位，并立即通知有关管线单位要求抢修，同时积极组织力量协助抢修工作，并注意围持好现场，疏解交通，最大限度地避免对过往行人和周边居民造成意外的人身伤害。
8、基底突涌
地铁基坑开挖深度较深，受承压水影响较大的地区，基坑开挖过程中存在基底突涌可能性。工程实施过程中应预先通过计算在承压水影响范围内布设适量的降压观察两用井，随时了解掌握地下水头变化情况，一旦基底发生突涌，立即开泵实施降水，同时加快结构施
作速度，尽早封底。
三、地铁车站深基坑变形监测研究
1 坑底土体隆起变形监测
由于土方的开挖，造成在垂直方向上的土体的荷载发生改变，坑底的土体的原始应力的平衡被破坏，造成坑底土体的隆起。在基坑开挖初期，垂直方向上的隆起較为明显，随着开挖的不断深入以及土体注浆加固等工程的实施，坑体中部的隆起会得到有效控制，但坑体四周围护墙会随着土体的回弹而被抬高。坑体土体的隆起会随着基坑开挖工程的结束和土体加固工程的实施而很快停止，同时，在基坑开挖较浅时，坑底土体隆起不会对围护墙的内向移动造成影响，但开挖到一定深度是，就要观测围护墙的内移动情况。
坑底隆起造成的变形一般采用精密水准仪、木质钢瓦标尺，按一等或二等沉降观测精度要求，采用闭合水准线路进行施测。同时，要在不同的时间，对设置的同一观测点进行多个测回的观测，计算观测点的高程变化值，通过数据处理分析，计算实际沉降值。
2、 围护墙体变形监测
围护墙体的变形一般分为水平方向和垂直方向两种。围护墙体水平方向上的变形是由于基坑开挖深度的增加，使得围护墙体内侧土体对围护墙外土体的支撑和作用力化解，外侧土体向内的主动压力全部作用在围护墙上，造成墙体的向内位移和倾斜，同时，这种向内的压力是不均匀分布的，靠近坑体底部位置的主动压力小，所以墙体的变形也较小，而靠近坑体上部的压力则较大。而这种压力也是引起周围地层移动的重要原因。因此，要密切观测围护墙的水平方向上的位移量，做好围护墙的加固和稳定工作。保证基坑自身开挖安全的同时，保证周围建筑物基础的稳定性。
围护墙体垂直方向上的变化量在实际的监测过程中往往被忽略。但事实上，土体自重应力的释放、支撑、楼板的重量施加、坑底土体隆起等都会造成围护墙体垂直方向上的变形。只有综合考虑垂直和水平方向上围护墙体的变形，才会准确把握围护墙体的变形规律，保证施工的安全。围护墙体水平和垂直方向上的沉降一般采用基准线法、小角度、极坐标法、前方交会法或是导线法进行测量，一般在围护墙上均匀的选择一定数量的观测点，对观测点进行周期性的观测，对数据进行分析和比对，准确把握围护墙的整体变形特征。
3、墙后土体沉降监测
地铁车站位于地下15米以下的区域，土体的地质条件复杂，基坑开挖到一定深度时， 由于土体的塑性流动也较大，土体从基坑外围向坑内和坑底流动，造成围护墙体后产生地表沉降。围护墙体后地表沉降主要分为三角形地表沉降、凹槽形地表沉降两种地表沉降的范围取决于地层的性质、基坑开挖深度 H、墙体入土深度、下卧软弱土层深度、基坑开挖深度以及开挖支撑施工方法等。
墙后土体沉降监测监测的方法与坑底沉降观测的方法类似，同样市是采用精密水准仪、 木质钢瓦标尺等工具，对围护墙体外围的区域设置的均匀的监测点进行一、二等周期性水准测量，对数据进行分析和比对，准确把握围护墙的整体变形特征。
4、不同监测项目监测频率研究
为保证监测成果的真实可靠性以及地铁车站深基坑施工的安全，对不同的监测项目，在监测的精度和监测的频率上必须严格规定，以保证随时发现问题，及时处理问题。在基坑的开挖过程中，必须随时对基坑的坑底隆起、围护墙的位移做目视观察；对围护墙顶部水平位移的观测开挖及回筑过程中一天一次，位移的控制值≤30㎜，报警值≤24㎜；围护墙外侧土体侧向变形，围护结构施工及基坑开挖期间每五天一次，主体结构施工期间每两天一次；基坑周围地表沉降观测在围护结构施工及基坑开挖期间每两天一次，主体结构施工期间每周两次，控制值≤20㎜，报警值≤16㎜。
四、信息化施工
在地下车站施工过程中，基坑工程是最大的风险，信息化施工有助于人们了解基坑变形的规律，对出现的征兆可以提前进行预控，有利于保证基坑施工安全。随着近年来科学技术及测量仪器的快速发展，信息化施工已在土木工程中得到广泛的运用。
总之，通过对地铁深基坑开挖施工风险分析，明确基坑开挖过程风险点，根据风险点制定了相应的对策进行控制， 使得施工管理能突出重点，有效地保证了深基坑开挖的安全， 对整个轨道交通建设有着借鉴意义。
参考文献
[1]刘旭,刘晨阳.地铁深基坑工程事故分析与风险防范[J].山西建筑.2010(05)
[2]崔颖哲,范鹏.软土地基地铁基坑的堵漏抢险[J].施工技术.2005(11)