浅谈车站基坑施工安全风险分析与控制
摘 要 目前地铁建设快速发展,建设任务重,建设速度快,相应的安全风险也为之增大,加之社会的进步发展,和谐社会的建设对安全管理也提出了更高的要求。施工安全风险分析与评估是安全管理中的必要环节,对于确定安全风险的相对重要程度并且获得关于它们的核心与外延信息很重要。而确定安全风险的相对重要性是确定安全风险控制的优先权的基础,包括确定安全风险发生的可能性和伤害的可能程度。
1 项目概况
工程位于广州市未来中央主城区的中轴线上,花城大道与华夏路交叉口,地处开发中的繁华地段。周围有许多重要建筑,北边为已竣工的某海关大厦,西南边为进出口检验检疫大楼和已停工的名牌大厦基坑,东南为高楼西塔的基坑,东北边为待开发商业用地。
车站标准段宽29.0m,标准段高为19.89m;顶板埋深为3.0m,底板埋深为22.89m。车站为地下三层,分为站厅层、设备层和站台层。与三号线共用四条通道、八个出入口、三组共六个风亭,通道兼作地铁乘客进、出站及过街等功能;车站采用密排人工挖孔桩相连成墙体作围护结构,桩顶设冠梁,采用四道钢管支撑以保证围护结构的稳定及安全。附属结构采用人工挖孔桩围护结构。
2 主要工序安全风险分析与控制
广州市轨道交通某标段土建施工项目包括车站、地铁区间盾构始发井和车站与始发井之间的矿山法暗挖区间三个分单位工程,西边与盾构区间相连,东边与矿山法区间相连。该工程主要有人工挖孔桩施工安全、深基坑施工安全、暗挖隧道施工等安全风险,作好各安全风险分析与控制特别重要。
2.1 人工挖孔桩施工
人工挖孔桩施工存在较大的安全风险,主要有落物、人员坠落、塌方、窒息、透水、触电、高温、爆破等。如果不做好防范措施,易出现重大安全事故。主要的安全控制措施如下:做好施工现场生产设施布置,合理安排场地使用的施工机械、机具和电气设备,按规定的安全技术标准进行检测、验收,确认机械状况良好,能安全运行。防止地面施工人员和物体坠落孔内,孔口四周必须设置围护措施,供人员上下井所使用的软梯应安全可靠。当桩孔开挖深度超过5m时,开工前应进行有毒气体检测并向孔内送风,超过10m时必须使用电动葫芦架吊升渣土等物,并在孔口设置半圆形防护罩,吊桶上、下时,作业人员必须站在防护罩下面并停止挖土。挖出的土方及时运走,孔口四周2.0m范围内不得堆放淤泥杂物,机动车辆的通行不得对井壁的安全造成影响。开挖前应认真研究钻探资料,掌握地质情况变化,对可能出现的流砂、管涌、涌水以及有害气体等情况,制定有针对性的安全防护措施。施工场内的一切电源、电器的安装和拆除,必须由持证电工专管,电器必须严格接地、接零和使用漏电保护器。各桩孔用电必须分闸,严禁一闸多孔和一闸多用。孔上电线、电缆必须架空,严禁拖地和埋压土中,孔内电缆、电线必须绝缘,并有防磨损、防潮、防断等保护措施,孔内作业照明应采用安全矿灯或12V以下的安全灯。在施工过程中要对周围邻近建筑物进行基础沉降、变形、裂缝等全方位的监测,要确保其安全。
2.2 土石方开挖施工
基坑土石方存在的主要安全风险:涌水、基底隆起、地面开裂、塌陷、建筑物变形过大等。基坑土石方开挖遵循“平面分区、竖向分层、从上至下”的施工原则,竖向从上至下分台阶进行。 考虑基坑被三号线车站划分为东西基坑,为避免五号线基坑开挖对三号线结构的偏压影响,A端由西向东分段分台阶开挖,B端由东向西分段分台阶开挖,A、B两端对称同时开挖。横向先开挖中间土体,后开挖两侧土体。分层分段对称进行土方开挖,基坑两侧预留三角土护坡,每层台阶的长度,根据机械开挖作业要求,控制在8m左右。
2.3 支撑体系施工
钢围檩断面强度及惯性矩不小于设计要求,钢围檩安装后应检查钢牛腿是否因撞击而松动,围檩背后受力面人工用风镐凿平,以便围檩均匀受力,钢围檩的背后用砂浆进行填充。钢支撑规格的选用按设计要求或按设计轴力及《基坑工程设计规范》要求来选用,对进场的钢管支撑检查钢管的直径、壁厚、锈蚀情况、法兰盘是否有变形等进行检查。每根钢支撑的配置按总长度的不同配用一端固定端一端活动端,中间段采用标准管节进行配置。每层横撑安装前先在地面进行预拼接以检查支撑的平直度。因斜撑与围护结构有一定的夹角,不宜直接安装支撑并施加预应力,第一层支撑,在施做冠梁时将斜撑支座用钢筋混凝土浇筑成45度的三角形反力座,下层支撑安装前先将斜撑支座及钢围檩与预埋在地下挖孔桩的钢板进行焊接,将斜撑支座连成整体,然后进行支撑安装作业,其安装方法与横撑相同。支撑体系拆除的过程其实就是支撑的“倒换”过程,即把由钢管横撑所承受的侧向土压力转至永久支护结构或其它临时支护结构。在拆撑过程中做好监测,根据监测情况做到信息化施工。
3 基坑安全分析与注意事项
锚头失效、锚固端滑移、支撑非轴心受力、长支撑中部无有效制约致使长细比加大、支撑受碰撞或滑移土体冲击等其他外力干扰、超挖严重支撑假设不及时引起基坑变形过大、围檩刚度不足或围护结构接触受力不稳、斜撑部分抗剪破坏等问题都会导致基坑失稳,以上问题的发生必然会产生基坑安全问题,因此基坑开挖是车站施工安全的重要控制环节。针对基坑安全可能出现的问题,在土石方开挖阶段应注意以下事项:
①一次开挖无支撑的高度应严格按照确定的基坑开挖方案,严禁超挖,作好挖机与支撑之间的施工协调,开挖到位后及时架设支撑。
②在台阶式接力开挖时,控制好每台阶的放坡坡度以及长度,特别是在雨季施工时,防止基坑内土体滑移冲撞支撑体系。
③控制周边荷载,堆载应远离基坑,基坑周边的堆载严格控制在设计容许的范围内,避免荷载过大改变围护结构体系的受力,使设计输入条件发生变化导致设计的支护体系不安全。
④密切注意基坑外围土体的裂缝情况,加强基坑周边的巡视,若有裂缝应及时用水泥砂浆进行填实,并分析出现裂缝的原因,避免流土破坏,使得一侧桩体外侧土体流空,使另一侧桩体无法平衡,造成基坑坍塌。
⑤围护桩刚度、强度不足或基坑超挖严重使得桩体变形过大,使桩的裂缝发展,形成断桩,最后造成基坑坍塌,因此应密切注意桩体的漏水情况以及桩的裂缝情况,防止基坑安全问题发生。
⑥锚撑体系施工注意以下事项:围檩的安装过程中,应注意对撑两边的钢围檩标高一致,以保证支撑的水平轴心受力。围檩背后的填塞,安装支撑前要度围檩背后采用砂浆填充密实,保证围檩与围护结构基面紧密相贴无空隙,使受力均匀,避免围檩与围护结构局部点触而产生失稳。钢围檩连接应顺直,连接处三面的接缝均满焊或采用钢板围焊连接,已保证围檩连成一个整体,保证相邻桩的整体受力。斜撑位置应设置水平方向的牛腿以承受支撑的剪力。支撑安装完毕后,应及时检查各节点的连接状况,确认符合要求后方可施加预压力。施加预应力后,应再次检查并加固,其端板处空隙应用微膨胀高标号水泥砂浆或细石混凝土填实。钢支撑应用千斤顶施加预应力,预应力值应为设计预应力值加上预应力损失值。轴力施加应根据监测进行动态控制调整,不允许一次性施加轴力到设计值的100%,施加预应力的设备应专人负责,且应定期维护,如有异常应及时校验且施工前应提在规定的鉴定中心进行标定。钢支撑两端应有可靠的支托或吊挂措施,严防因围护变形或施工撞击而产生脱落事故。
⑦支撑体系的拆除施工应特别注意事项:钢支撑拆除前,先对上一层钢支撑进行一次预加轴力,达到设计要求以保证基坑安全;应避免瞬间预加应力释放过大而导致结构局部变形、开裂;利用主体结构换撑时,主体结构的楼板或底板混凝土强度应达到设计强度;钢支撑的拆除时间一般按设计要求进行,否则应进行替代支承结构的强度及稳定安全核算后确定。
4 结语
安全施工应放到第一位来认识,充分认识国家安全法的规定。施工安全隐患是压在每个参建人员头上的一块重石。安全生产的监督管理在地铁施工中是重要日常工作。要求施工、监理单位贯彻落实安全生产方针政策,督促施工单位按照建筑施工安全生产法规和标准组织施工,彻底分析各项施工安全风险,有效杜绝各类安全隐患,杜绝、控制和减少各类伤亡事故,实现安全生产。建立健全安全生产责任制和审查制度,督促施工单位对工人进行安全生产教育及部分工程项目的安全技术交流;审查施工方案及安全技术措施,严格落实各分项工程或工序及关键部位的安全防护措施;定期组织安全综合检查,逐项进行检查打分;发现冒险作业的责令其停止作业,发现隐患的责令施工单位停工整改。