【摘  要】天津地鐵二號(hào)線咸陽路站地處南開區(qū)黃河道交通干道，基坑開挖深17.71m，長(zhǎng)463.1m。道路兩側(cè)建筑物較近，地下土質(zhì)多為淤泥質(zhì)粘土，深基坑開挖存在周圍建筑物安全和基坑支護(hù)穩(wěn)定等安全隱患。施工中采用安全監(jiān)控的方法對(duì)地下水位變化、周圍建筑變形沉降、支護(hù)結(jié)構(gòu)位移等過程進(jìn)行數(shù)據(jù)描述和報(bào)警控制，起到了預(yù)防預(yù)控的作用，從而保證的深基坑開挖施工安全，收到了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和廣泛的社會(huì)效益。

    【關(guān)鍵詞】軟土地基；深基坑開挖；周圍建筑物；支護(hù)穩(wěn)定；安全監(jiān)控

1  工程簡(jiǎn)介

    地鐵二號(hào)線第4標(biāo)段咸陽路站位于天津市南開區(qū)黃河道與咸陽路交口往西，車站起點(diǎn)里程DK5+371.843，終點(diǎn)里程DK5+834.943，本站為單柱雙跨地下二層島式車站。車站基坑圍護(hù)采用鋼筋混凝土地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)，基坑長(zhǎng)463.1m，標(biāo)準(zhǔn)段寬20.7m，深17.71m，東西端設(shè)有盾構(gòu)井，車站頂板覆土厚度2.52m～3.61m，總建筑面積為26747.59m²。支撐結(jié)構(gòu)采用鋼管水平對(duì)撐。

2  安全風(fēng)險(xiǎn)分析

    天津市地鐵二號(hào)線第4標(biāo)段咸陽路站地處黃河道交通干道地段，具有現(xiàn)場(chǎng)周邊環(huán)境復(fù)雜、施工難度大、技術(shù)要求高、工期長(zhǎng)等特點(diǎn)。施工過程中有很大的不確定因素。地鐵站兩側(cè)原有建筑物距離較近，常因基坑開挖導(dǎo)致開裂和沉降;地下管線因土體變形而被破壞;地下水位高又是軟土地基，支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定不可忽視�？紤]以上因素，地鐵施工中必然存在周圍建筑物的安全、地下設(shè)施安全和基坑開挖安全等風(fēng)險(xiǎn)。

3  地質(zhì)水文因素

    地質(zhì)條件:本工程地下土質(zhì)主要為淤泥質(zhì)粘土，含水率高。

    -2.75m～-10.09m為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，為主要含水層。

    -10.43m～-17.71m，粉質(zhì)粘土—粉砂，底板處于隔水層，以下存在微承壓水。

4  基坑開挖方案

    地鐵二號(hào)線咸陽路站基坑開挖長(zhǎng)度463.1m，開挖深度17.71m，兩端各有一個(gè)盾構(gòu)井(如圖1所示)，設(shè)計(jì)為明開挖。針對(duì)開挖線路長(zhǎng)和深度較深、地下水位高和淤泥質(zhì)粘土土質(zhì)等情況，研究制定了超長(zhǎng)基坑壩式分段開挖法。先將基坑劃分為四個(gè)施工段，在二、三施工段中間設(shè)置一道高壓旋噴水泥壩，將基坑分為東區(qū)和西區(qū)兩部分，即起到臨時(shí)支撐的作用，又能使兩邊的施工互不干擾。

    基坑深度方向設(shè)置有四道水平支撐，水平方向支撐間距3.0m，為滿足隨挖隨撐的設(shè)計(jì)要求，按支撐縱向位置分四步退行開挖。第一步挖至第一道支撐以下，安裝第一道支撐，第二步挖至第二道支撐以下，安裝第二道支撐，以此類推。第四步挖到基底時(shí)，形成三階四機(jī)接力倒土作業(yè)。挖土過程中先開挖支撐作業(yè)面，及時(shí)安裝支撐再進(jìn)行下道挖土工序。直至挖到基底標(biāo)高，完成深基坑土方工程。

5  安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控措施

    根據(jù)安全風(fēng)險(xiǎn)因分析，我們把重點(diǎn)放在保護(hù)周圍建筑物安全、保護(hù)地下跨基坑管道的安全、確保圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和地下水、承壓水的控制等方面。針對(duì)分析出的問題進(jìn)行危險(xiǎn)源辯識(shí)做出具體化、時(shí)空化、動(dòng)態(tài)化的應(yīng)急控制預(yù)案，然后制定詳細(xì)的監(jiān)控程序。

5.1 本工程監(jiān)控的主要項(xiàng)目

    (1) 墻頂沉降及水平位移；

    (2) 地下水位觀測(cè)；

    (3) 墻體水平位移；

    (4) 支撐系統(tǒng)軸向應(yīng)力；

    (5) 臨近建筑物變形(如表1)。

5.2 基坑開挖監(jiān)控方案

    (1) 墻頂沉降及水平位移。

    由于施工場(chǎng)地內(nèi)環(huán)境條件一般較差，考慮現(xiàn)場(chǎng)情況，監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平位移觀測(cè)一般采用極坐標(biāo)法，使用工作基點(diǎn)為起算點(diǎn)，采用極坐標(biāo)法測(cè)定各監(jiān)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)，計(jì)算圍護(hù)墻頂測(cè)點(diǎn)的變形量。按測(cè)回法依次測(cè)定各監(jiān)測(cè)點(diǎn)與測(cè)站連線的角度、距離，計(jì)算監(jiān)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)，根據(jù)各測(cè)次與初始值的坐標(biāo)，計(jì)算樁頂水平位移矢量。

    (2) 地下水位監(jiān)測(cè)。

    監(jiān)測(cè)點(diǎn)按施工監(jiān)測(cè)圖布置，每軸線基坑兩側(cè)各布設(shè)2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，地下水位監(jiān)測(cè)采用鋼尺水位計(jì)，通過訊響器，讀取測(cè)量鋼尺讀數(shù)，根據(jù)管頂高程、管頂與地面的高差，即可計(jì)算地下水位的高程和埋深。

    (3) 墻體水平位移。

    監(jiān)測(cè)點(diǎn)共布設(shè)44個(gè)，墻體水平位移監(jiān)測(cè)孔布設(shè)標(biāo)準(zhǔn)段斷面圖，圍護(hù)墻體水平位移監(jiān)測(cè)，采用測(cè)斜儀進(jìn)行測(cè)量。埋設(shè)時(shí)將測(cè)斜管在現(xiàn)場(chǎng)組裝后綁扎固定在樁鋼筋籠上，并將其澆筑在混凝土中，并由引出的導(dǎo)線將測(cè)斜管的傾斜角值顯示在測(cè)讀儀上。

    (4) 支撐系統(tǒng)軸向應(yīng)力監(jiān)測(cè)。

    本工程橫撐均為鋼支撐，采用軸力計(jì)對(duì)支撐進(jìn)行軸力監(jiān)測(cè)，安裝時(shí)將軸力計(jì)安裝架與鋼支撐端頭對(duì)中并牢固焊接。待焊接件冷卻后將軸力計(jì)推入安裝架并用螺絲固定好。安裝過程要注意軸力計(jì)和鋼支撐軸線在同一直線上，各接觸面平整，確保鋼支撐受力狀態(tài)通過軸力計(jì)(反力計(jì))正常傳遞到圍護(hù)結(jié)構(gòu)上。

    (5) 周圍建筑物變形監(jiān)測(cè)。

    深基坑開挖施工過程中，影響周圍建筑物安全的因素有兩個(gè)。一是因地下水流失使建筑物基礎(chǔ)產(chǎn)生不均勻沉降；二是地基土體變形，造成建筑物有不同程度的裂縫出現(xiàn)，影響正常使用。對(duì)于地下水位和地基土體變形的問題，采用設(shè)置沉降標(biāo)和地下水位觀查井的方法對(duì)以上兩情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀測(cè)。

6  基坑開挖監(jiān)控實(shí)施

    本工程以東區(qū)(26軸～61軸)為例。

6.1 周邊地下水位及建筑物監(jiān)測(cè)過程控制

    在基坑開挖前進(jìn)行坑內(nèi)降水，對(duì)地下水位變化和建筑物沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè)。47軸和49軸發(fā)生水位變化量較大的情況，降水速率為0.186m/d，原因主要是基坑內(nèi)側(cè)降水過急，但未超過報(bào)警值±0.400m/d。經(jīng)觀查建筑物沒有明顯變化。針對(duì)基坑內(nèi)降水過急的問題，結(jié)合挖土進(jìn)度，把降水變化速率控制在0.12m/d，以保持基坑外地下水位穩(wěn)定，同時(shí)制定預(yù)防滲漏的應(yīng)急措施。

    基坑開挖至第二道支撐(深8.5m)時(shí)，地下連續(xù)墻接縫處發(fā)現(xiàn)滲水點(diǎn)，及時(shí)采取了防治滲漏應(yīng)急措施，在滲漏處進(jìn)行高壓注漿堵住了漏點(diǎn)，使基坑外水位得到了控制。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，滲漏控制點(diǎn)的地下水位變化明顯減小。同時(shí)通過對(duì)建筑物沉降觀測(cè)，沉降量最大僅2.9mm，建筑物安全。(如圖2)

6.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)過程控制

    在挖土過程中對(duì)地下連續(xù)墻樁頂沉降、位移和墻體水平位移三項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在連續(xù)監(jiān)控過程中顯示，樁頂沉降變化不大，而樁頂位移受挖土影響變化較大。第一步挖土深度2.1m，出現(xiàn)樁頂位移接近報(bào)警值。經(jīng)原因分析是由于開挖速度過快在支撐安裝前產(chǎn)生的。施工中通過調(diào)整挖土進(jìn)度并及時(shí)安裝支撐解決了墻頂變形的問題。

6.3 支撐系統(tǒng)監(jiān)測(cè)過程控制

    隨著基坑開挖，共需架設(shè)四道鋼管支撐，水平間距3000mm。隨著支撐的安裝，用軸力計(jì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，定期整理數(shù)據(jù)。對(duì)接近或超過報(bào)警值的部位立即報(bào)警，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)認(rèn)真分析，一是地下土質(zhì)不均勻產(chǎn)生的側(cè)壓力有一定的出入；二是挖土順序不當(dāng)順墻深挖面積過大；三是支撐安裝不及時(shí)。通過調(diào)整挖土進(jìn)度，使被動(dòng)土壓力起到一定作用，對(duì)相鄰支撐點(diǎn)做預(yù)壓應(yīng)力調(diào)整，有效地控制了支撐系統(tǒng)應(yīng)力平衡穩(wěn)定的問題。(如圖3)

7  安全監(jiān)控成果

    (1) 本工程基坑開挖工期為2009年6月7日至2009年9月26日，共計(jì)112d。監(jiān)測(cè)過程采集近90000個(gè)數(shù)據(jù)，共整理圖表974份，為深基坑開挖安全監(jiān)控提供了可靠的時(shí)空信息。

    (2) 將所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)效處理并進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)，對(duì)超過控制范圍的點(diǎn)位及時(shí)報(bào)警，立即執(zhí)行應(yīng)急預(yù)案，正常范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)用來指導(dǎo)和調(diào)整基坑挖土的進(jìn)度和安全，使整個(gè)基坑開挖過程自始至終處于受控狀態(tài)。

    (3) 通過周邊地下水位和地下連續(xù)墻位移監(jiān)測(cè)，對(duì)接近報(bào)警值的點(diǎn)位及時(shí)采取調(diào)整降水速率和修正挖土方案等有效措施，消除了安全隱患，保證了周圍建筑物的安全。

8  結(jié)語

    隨著地鐵建設(shè)的發(fā)展，施工技術(shù)不斷完善，設(shè)備日趨先進(jìn)。然而地質(zhì)條件的變化、周圍環(huán)境復(fù)雜等多種因素，仍然是地鐵深基坑開挖施工安全重點(diǎn)考慮的問題。對(duì)于高風(fēng)險(xiǎn)工程施工，不僅應(yīng)具備一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和成熟的施工技術(shù)，還要建立健全安全有效的監(jiān)控機(jī)制，針對(duì)周圍環(huán)境和施工安全，通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)找到問題所在，通過原因分析給予高安全度的控制手段和措施，將安全風(fēng)險(xiǎn)降低至極微，杜絕危害，從而提高地鐵施工的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和廣泛的社會(huì)效益。(喬成林 祁津勇)