关于软弱地层地铁车站深基坑开挖风险控制

王威宇

（福州地铁集团有限公司）

伴随着全国地铁建设如火如荼的开展，各个城市地铁车站施工都因地质复杂性在施工过程中出现较多风险，如未能提前对相关风险源进行预判，提出相应防范措施和应急预案，往往会酿成隐患乃至险情的发生，给社会的公共财产造成损失，威胁公民的人身安全，造成不良的社会影响。因此，关于深基坑开挖施工的风险控制是地铁建设亟待解决的问题，相关经验总结十分必要。

1 工程概述

本工程为福州市某地铁车站，地下二层岛式车站，沿着市政道路下方东西走向，车站规模292m×21m，采用明挖法施工，围护结构为800mm厚地下连续墙，内支撑采用钢筋混凝土支撑+钢支撑。标准段及端头井段基坑深度方向设置四道支撑，第一道采用钢筋混凝土支撑，第二～第四道支撑采用钢支撑。除端头井段局部较长钢支撑采用Ф800钢支撑，余下均采用Ф609钢支撑。

2 工程环境及水文地质

车站北侧以居住区为主，建筑物较为密集，为钢筋混凝土框架及框剪结构，基础采用PHC管桩及钻孔灌注桩。南侧为文化设施用地、绿地、服务设施用地。基坑北侧与居住区之间为6m宽的机非混合道，道路下方有污水、通讯、电力、燃气、给水管道等外迁管道，距离基坑4m～6m，其中通讯、电力和燃气管道埋设深度约为1m。基坑南侧为交通疏解便道，地铁车站施工期间供车辆通行，道路下方有通讯、雨水、给水等管线，距离基坑28m以上。

本车站工程地质条件如下：<2-4-4>淤泥夹砂、<2-4-1>淤泥质土、<4-2>（含泥）中粗砂层；基坑结构侧壁为<2-4-4>淤泥夹砂、<2-4-1>淤泥质土、<1-2>杂填土层。场地岩土层有第四系人工填土层（包括杂填土和填石）、海积相淤泥、淤泥质土、淤泥夹砂、（含泥）中砂、粉质黏土层。

本工程地下水以上层滞水、孔隙承压水（由淤泥中的砂层呈透镜体状产出）为主，地下水位较高，勘察范围内所有钻孔均遇见地下水。勘察时测得钻孔初见水位埋深为2.2～4.1m，稳定水位埋深为1.6～3.2m。

3 软弱地层基坑开挖施工技术

本工程基坑开挖范围以杂填土、淤泥质土、粉细砂交互层、淤泥夹砂等软弱地层为主，基底以下仍为较厚的淤泥夹砂及淤泥质土。虽然设计单位针对本工程采取了φ850@600三轴搅拌桩的槽壁加固、坑内抽条加固及设置坑内降水井等措施，提高土体强度，减少施工风险，但施工难度依旧较大。经过施工前现场勘查，北侧小区主体与地面连接处已出现多处脱空，现在路面也存在沉陷现象。故施工过程采取了以下技术措施来降低施工风险：

⑴加强槽壁加固及坑内加固施工质量。按照设计要求做好坑内基底以上弱加固及基底3m以下强加固，控制水泥掺量，提高被加固土体强度和自稳性，减少开挖过程中围护结构侧向变形，降低土方开挖施工难度。

⑵重视时空效应，及时架设支撑。车站基坑开挖时应按一定长度分段施工，每段分层（2～3m高）分小段（6m长）开挖，随开挖随支撑，及时安装钢支撑并施加预应力。支撑应采取可靠的防坠落措施，防止因压力消减造成的支撑端部移动脱落，发现钢支撑松弛应及时顶紧。预加轴力应分级施工，重复进行，做好轴力计引接线的保护，定期测量轴力变化情况。[1]

⑶加强基坑内外排水。本车站地下水位高、地表水丰富，为保证开挖面干燥，在基坑外地表设置1m高的钢筋混凝土挡水墙和排水沟，阻截地表水流入基坑，坑内设置排水沟和集水井，采用水泵抽水，确保集水坑内水体能及时排出。同时，开挖过程利用坑内降水井将基坑地下水位降至基坑底以下1m。

⑷建立严格的监控量测制度。按照设计图纸对基坑围护结构变形、支撑轴力、坑内隆起、坑外地下水位变化、坑外地表沉降、房屋沉降、管线变形等项目布设监测点，做好监测标识，验收并采集初始值后按照规定频率进行监测，监测数据超出预警值应及时进行分析，采取措施，并加密巡查和监测频率。[2]

4 施工风险和防范措施

该基坑在设计过程中已结合周边环境及工程水文地质环境列出风险源辨识清单，但在开挖过程中仍发生过监测数据超标、地下连续墙接缝局部涌水涌沙现象。虽在事件发生后得到及时、有效的处置，但若事前未对该基坑在软弱地层开挖工况下的风险源进行辨识，针对性的编制应急预案，储备应急物资，定期进行应急演练，或是未对异常的监测数据和施工隐患引起重视，及时分析原因，对症下药，将酿成难以估量的损失。

4.1 基坑监测数据超标

车站基坑于2018年3月16日开始进行土方开挖作业，开挖过程中监测数据均存在不同程度超出预警值的现象。例如地下连续墙墙体水平位移监测点QCX07处于基坑13～14轴之间，在7月5日至7月15日之间该监测点数据发生突变，超出30mm监测报警值，达到100mm以上。对应的钢支撑轴力、水位监测点、管线监测点、地表沉降点变化速率也发生相关增长趋势。经过组织各参建单位对施工工况进行分析，发现存在以下问题：

⑴该车站主体结构处于淤泥质土、淤泥夹砂土层中，淤泥地层深厚，土质敏感，触变性强。设计单位采用坑内抽条加固处理，但基坑底部、基坑围护结构外侧及坑内未加固的部位仍为淤泥等软弱土层，随着基坑开挖的进行，地层受到扰动，进而引发土体触变，承载力下降。

⑵地下连续墙局部变形引发了基坑外地面沉降加剧，管线也发生沉降。围护结构随着开挖过程坑内土体卸荷发生侧向变形，相应影响坑外路面及管线的沉降变形。由于北侧管线沉降点的布设为间接点，即通过监测管线附近的土体沉降来间接反映管线沉降的情况，故其变化与地表沉降相似，均随基坑开挖而呈逐步下沉趋势。

⑶支撑架设不及时。基坑开挖作业时第12～13轴2根第三道钢支撑未及时架设，就继续向前开挖第三层土方，并将9～12轴土方直接开挖至第4道支撑底部。10～13轴开挖面钢支撑从7月1日～7月5日才架设完成，架设进度缓慢，造成无支撑暴露时间过长，无法抑制地下连续墙的变形。

⑷相邻段结构底板未及时封底。基坑9～12轴2018年7月5日垫层浇筑完成，因施工工序衔接不紧密的原因2周内才浇筑底板，且浇筑完成底板后混凝土仍需进行养护，未能及时到达设计强度，无法抑制地下连续墙的变形。

采取的应对措施：①加密监测。监测单位排查现有的监测点位，确保按设计图施工，无损坏无遗漏，若有被破坏点位需及时修复或重新布设，并加大监测频率，由1天1次加密为1天2次，同时做好现场巡查反馈工作，监测数据以快报的形式进行反馈，减少出具正式报告带来的信息延误。②严格先撑后挖工作，先架设钢支撑，并按设计要求施加预应力，对基坑内所有的钢支撑进行排查，确保支撑活络头无扭曲、变形，轴力计及其接线完好无损坏，并对基坑13～14轴之间地下连续墙变形较大的部位加设一道钢支撑，抑制地下连续墙的变形。③加快施工进度，利用时空效应尽快封底。对开挖到基底标高的段落，及时浇筑基底垫层，组织作业人员加快底板梁板钢筋的绑扎及混凝土浇筑，并做好养护工作。施工过程应加强施工组织管理，避免出现窝工、停工待料，造成基底暴露时间过久，坑内土地卸荷造成围护结构变形，引发监测数据超出预警值。④针对墙体测斜及对应位置地表沉降监测数据发展速率过大、累计值超限严重的部位，可考虑缩小底板垫层的纵向施工长度，快速浇筑垫层封底，必要时可在垫层里架设型钢，型钢两端顶牢围护墙板，在底板未施工前起到抑制基底围护结构变形的作用。

经过加强施工过程的组织和监控，各项监测数据增速放缓，基坑安全风险得到有效控制。

4.2 基坑开挖过程涌水涌沙

车站东端头井北侧于2018年5月6日下午13:36分土方开挖接近基底标高时，端头井西北角位置处有细微明水渗出，至下午16:30，基坑内漏水量突然增大。连夜应急处置，于次日上午7:20分将漏水控制。

经过分析，本次漏水位置位于车站Z字型地连墙位置处，施工时该幅地连墙采用两幅钢筋笼，即采用两个L型钢筋笼柔性接头施工。该位置为基坑围护结构的相对薄弱环节，在槽壁加固及阴角位置加固施工时存在加固不到位，且泥浆护壁效果不理想，发生局部塌壁，造成接缝混凝土夹泥夹砂现象，导致基坑开挖后基底出现漏水。

采取的应对措施：①坑内反压引流。该事件发生后，施工单位立即组织人员开始装填沙袋，在渗漏处按品字形堆码沙袋、预埋引流管。16:30时，基底漏水处水量突然增大，并携带粉细砂涌出，此时坑外地面钻孔完成，开始下管注浆，基坑内继续进行棉被、沙袋及袋装水泥反压处理；②坑外注浆封堵。坑外钻孔完成后，施工单位组织阿特拉斯钻机等设备进场，开始注入双液浆（水玻璃+水泥浆，凝固时间调节为20s），钻孔深度为22m（2号孔），进行坑外封堵处理；③充填坑外地层空洞。5月7日2:18，基坑内漏水情况基本得到控制，此时注浆孔已被堵死，随后停止注浆。为确保后续开挖作业的安全，5月7日9:30～5月10日14:30期间，施工单位在坑外相应漏水点附近布置4-11号孔（钻孔深度为24m～30m），进行后退试注单液、双液浆加固，填充渗漏可能产生的空洞。

经过采取以上各项措施，漏水位置基本堵漏完成。试探性地进行反压沙袋清理，清理过程中无异常情况发生，随后尽快组织机械进行基底剩余土方开挖，抓紧垫层、防水及底板施工，尽快完成底板封底。

5 总结

为确保地铁车站开挖过程的施工安全，尤其是复杂环境下软弱地层深基坑开挖施工，应该从设计、施工组织管理、施工质量管理、监测巡查等方面不断地加强风险分析和控制，减少乃至避免施工隐患及险情的发生。具体总结如下：

⑴设计单位应结合各个地铁车站基坑施工项目优化工程设计。在设计的过程中要结合地质勘察报告进行现场实地踏勘，综合分析各项地质参数，制定有利于现场施工的针对性的设计方案，从设计方案上辨识风险，降低风险，控制风险，保证施工过程顺利进行。

⑵在施工槽壁加固时，车站端头阴阳角位置的地下连续墙施工质量是控制的重点。针对钢筋笼工字钢接头的刷壁工作务必要检查到位，保证刷壁器的毛刷上无泥沙等其他杂物，减少接缝渗漏。土方开挖时应对地下连续墙接缝等薄弱环节进行检查，如发现有湿渍或渗水，提前进行注浆预加固处理。引流管靠迎土侧部位要用大量过滤网、纱布包住固定防止泥土杂物堵管。[3]

⑶加大人员投入，加强施工组织管理。基坑开挖各项监测指标都具有随时空变化的特点。施工过程应尽可能利用该特点组织施工，在确保施工质量和安全的前提下做好安全技术交底，加快施工进度，做到工序衔接紧凑，在监测数据发生变化之前及时架设支撑，完成基坑垫层、底板施工，避免错过控制监测数据发展的最佳时机。

⑷重视并加强信息化监测工作。基坑工程事故的发生大多是因监管不力，其中包括不能及时发现危情，对险情重视不够，对出现的问题采取措施不及时等。在基坑施工前，应制订相应的监测方案，合理布置监测点，确定各阶段的监测报警值和监测频率。施工中，注重监测点的保护工作，以免损坏监测点，影响数据收集分析，遇有监测报警或异常情况时，须立即采取通知相关参建单位，采取应急措施。