浅谈地铁深基坑开挖风险分析及控制对策
摘 要 地铁深基坑开挖是地下车站施工过程中风险最大的阶段，大量的基坑安全事故发生在开挖阶段。为了确保有效控制基坑安全和基坑开挖的顺利进行，对深基坑的开挖风险进行分析，提出了应对基坑开挖风险的对策，以及合理有效开挖和信息化施工等方面的控制措施。
关键词 地铁深基坑 风险分析 控制对策
1 引言
目前，国内有约 27 个城市正在筹备建设城市轨道交通，其中 22 个城市的轨道交通建设规划已经获得国务院批复。至 2015 年前后，北京、上海、广州等22 个城市将建设79 条轨道交通线路，总长2 259． 84 km，总投资 8 820． 03 亿元。城市地铁工程有建设工期紧、工程量大、参建单位多、地层和周边构筑物复杂、施工工序多、及时要求高等特点，地铁工程的特点决定了其存在巨大的风险，施工中各种因素可能出现基坑垮塌、地面沉降、周边建筑物开裂、涌水、涌砂等险情，会造成巨大的财产损失，甚至人员伤亡。如 2008 年 11 月 15 日，杭州风情大道地铁深基坑工地发生大面积地面塌陷事故，致21 人死亡的惨剧。专家痛惜地指出: “这是中国地铁修建史上最大的事故。”
基坑开挖是地下车站施工过程中风险最大的阶段，大量的基坑安全事故发生在开挖阶段。为了确保有效控制基坑安全和基坑开挖的顺利进行，对深基坑的开挖风险进行分析，提出了应对基坑开挖风险的对策，以及合理有效开挖和信息化施工等方面的控制措施。
2 深基坑开挖风险分析
深基坑工程开挖往往施工条件很差，周边建筑物密集，地下管线众多，交通网络纵横，环境保护要求高，施工难度大。设计、施工不当，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。
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，基底隆起等造成轴线位移、基层倾斜、上部结构变形，对四周建筑物或设施以及地下管线产生影响，甚至造成第三方的损害。典型险情的主要工程特征如下。
( 1) 边坡( 护壁) 渗漏。边坡渗漏是基坑工程中的多发现象，同时也是引发风险事故的重要原因之一，多发生在饱和土的变层处，基坑开挖及使用期间都可能发生，常造成边坡坍塌或局部失稳。
( 2) 基坑边坡滑移。基坑边坡滑移是基坑采用无支护放坡开挖时，因边坡土体承载力不足，导致边坡失稳的事故。
( 3) 地面开裂、坍塌。地面开裂、坍塌多数是由基坑边坡位移、涌水涌砂、坍塌、失稳造成。
( 4) 基底隆起。基底隆起一般发生在软土地区，边坡稳定性差，支护结构嵌固端变形大，基坑基底存在软弱的弱透水层，其下分布有承压性的地下水。
( 5) 承压水突涌。承压水突涌多发生在地下水位高且未降水或降水不到位，或者因故突然停止降水的基坑工程、溶洞较发育地区的基坑工程。
( 6) 建筑物变形过大。建筑物变形过大的原因比较复杂，与结构自身、基坑所在地的工程地质、水文地质条件均有一定的关系，变形记风险程度也因个体及替其他条件不同而异。
( 7) 管线变形过大。一般情况下，地铁施工沿线地下管线错综复杂，施工时须对影响施工的管线进行必要的改迁或悬吊保护，悬吊及邻近基坑的供水、燃气、污水、热力等管线，仍然是施工中的重大风险源。
3 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( 便于与有关方面及时联系) ，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。
4 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。
4． 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． 3 MPa，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。
4． 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。因此采取以下针对性措施:
( 1) 严格控制基坑开挖坡度。
( 2) 基坑内的部分土层具有含水量高、孔隙比大、强度低、渗透性差、灵敏度高的特点，基坑开挖时易产生流变现象，造成边坡失稳，因此在开挖前和开挖过程中均采用具有针对性的支护措施，保证该层土的支护效果。
( 3) 暴雨来临之前所有边坡应铺设塑料膜防止暴雨冲刷，同时在坡脚设置大功率水泵抽水，防止坡脚浸水。
( 4) 如果遇到特殊情况，需要基坑停工较长时间，应在平台、基坑边和坡脚设置排水明沟和积水坑，并派专人抽水值班。
( 5) 在进度允许的条件下尽量采用少开工作面的形式，避免暴露太多的基坑工作面。
( 6) 坡顶严禁堆积荷载，坡顶不允许设置便道。
4． 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． 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。
4． 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。
4． 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。
4． 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。
4． 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。
5 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。
6 结束语
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。
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