地铁车站深基坑施工风险案例分析及控制对策

乔林祥

(中铁电气化局集团有限公司铁路工程分公司，北京 100036)

随着城市化推进和城市扩张，城市人口饱和、交通拥堵，城市轨道交通孕育而生。受吸引客流、解决城市交通拥堵的因素，地铁车站深基坑往往选址在城市繁华地区，其周边建筑密集，管线众多，任何一个环节的失误都会带来工程风险事故，建立一套完善的风险管理系统显得尤为重要［1］。如何减少或降低深基坑工程施工风险，正确应对深基坑工程施工过程中发生的各种风险事件，已成为工程建设中相关技术及管理人员的必修课。

国内外众多学者对深基坑工程安全风险进行了深入的研究［2-9］，成果较多，其中国际隧道协会2003年完成了隧道风险管理指南《Guideline for Tunneling Risk Management》［9］，标志着隧道及地下工程风险研究进入了一个崭新的阶段，但是应用到深基坑工程管理上尚不成熟。本文列举了南京地铁2号线集庆门大街车站深基坑发生的典型风险事故，对其发生的原因及处置措施进行了描述，结合该车站深基坑工程特点，对深基坑施工可能遇到的风险予以分析，并总结出风险控制的相应对策，希望能对同类工程具有一定的参考价值。

1 工程概况

南京地铁2号线集庆门大街站位于河西地区江东南路与集庆门大街交叉口，车站沿江东南路呈南北向布置，埋置于江东南路中部路面以下，为2号线正线、西延支线、远期6号线的换乘车站。车站总长312.2 m，标准段宽度48.2 m，结构形式为地下2层岛式，基坑深度约15.7 m，基坑围护结构采用φ1 000 mm@800 mm套管咬合桩与5层钢管内支撑体系。车站西侧设3个通道出入口和2个风道4组地面风亭，车站东侧设4个通道出入口。所有附属结构均为地下1层，待主体结构完工后施工。

场地地貌类型属长江低漫滩，基坑内地层大部分为淤泥质粉土。深部承压含水层粉土与粉砂中的地下水与长江及外秦淮河均有一定的水力联系。基坑开挖范围内南端和中部土层以淤泥质粉质粘土为主，中部局部含粉砂薄层，北端以及中部偏西土层以淤泥质粉质粘土、粉砂层为主，降水困难(见表1)。

表1 各岩土层主要物理力学指标

2 基坑工程风险分析

本项目基坑长312.2 m，标准段宽度48.2 m，基坑深度约15.7 m，规模较大，地处河西长江低漫滩，地质条件很差，且周边建筑物密集，地下管线众多，交通网络纵横，环境保护要求高，潜在环境风险及基坑自身风险不容忽视，主要风险事件详见表2。

3 风险案例

3.1 风险事故一

南部端头井部位土方开挖完毕后，于2006年12月24日21:30浇筑底板时在端头井中间立柱桩周围发生突涌，共涌出泥砂120 m3左右，见图1。本次突涌造成南端距基坑约20 m的1幢6层点式居民楼向西倾斜，路面最大下沉量约30 cm，立柱桩最大下沉量为6 cm。

表2 基坑工程安全风险事件

图1 基底突涌发生示意图

在抢险过程中对南端头井部位降水井进行了全面的检查，发现原正常工作的12口降水井由于土方开挖坡度不合理，导致坑内土体滑移，造成其中8口井连续遭剪切破坏，至12月24日仅有4口井正常作业。

参考规范［10］，对基坑涌水量进行了验算，发现所需降水井总数应大于8口工作井，而4口井的抽水量远远满足不了降压要求。

该处在开挖至底板标高时的承压水上覆土层仅3 m厚，而承压水层静止水头高度达18 m，经验算rwH水＞r土H土，故发生突涌。突涌后，启动应急预案，在突涌四周堆码土袋反压封堵，同时迅速抢修部分破坏的降水井，恢复其降水功能，又增补4口降水井，达到13口井同时降水，解除了险情。

3.2 风险事故二

2007年1月13日下午，土方挖至628号和629号桩间时，开始有一股小涌泉出现，当挖机沿桩边向下再挖除一斗土后，突然发生管涌，共涌出泥砂45 m3左右，见图2，造成最近的一处路面下沉40 cm左右，交通中断3 d。

图2 基坑管涌发生示意图

经检查施工记录，628号，629号桩成桩过程中未控制好垂直度，造成咬合桩开叉，后进行了高压旋喷桩处理，旋喷深度达开挖面以下3 m，当时未进行抗管涌验算，仅凭经验而已。

参考规范［10］，对基坑抗管涌验算如下:

其中，KS为抗管涌安全系数，本基坑取2.0;ic为坑底土体临界水力梯度;i为坑底土体渗流水力梯度;GS为土粒比重，取值2.8;e为坑底土体天然孔隙比，取值0.9;hw为坑内外水头差，取值13 m;L为最短渗流线路，取值19 m。

经计算基坑不满足抗管涌稳定性要求。显然，本次管涌是咬合桩开叉后加固深度不够造成的。后经在渗漏点上堆码砂袋反压，同时在发生管涌的围护桩外部迅速进行双液注浆封堵，注浆深度达底板标高以下6 m，两天后成功地完成了堵漏工作。

3.3 风险事故三

在施工过程中，通过环境监测发现，位于基坑东南位置，离基坑约20 m远处的鹭鸣苑小区15幢住宅楼局部出现裂缝，且向基坑内侧发生倾斜，根据监测数据绘制图如图3所示。

综合南京河西地区软土地基基础研究成果可知，该区复合地基建筑主要沉降是由于复合地基下卧层固结或变形(扰动)引起的，而鹭鸣苑15幢主要沉降是深搅桩持力层水土流失所致，而复合地基处理深度范围内的压缩固结仅为次要因素。根据该建筑物的基础形式，所采取的控制措施的目的就是要减小上部土体的扰动及变形，其中地下水的渗流作用也是不可忽视的问题。考虑基坑开挖的时空效应，加快基坑施工进度，对于控制由基坑变形引起的建筑物不均匀沉降将起到重要作用。在建筑物与基坑围护结构间设置回灌井，也是有效控制既有建筑物不均匀沉降的有效措施。

图3 建筑房屋倾斜状况

4 多发风险事件控制措施

4.1 支护结构失稳

风险特点:支护结构失稳是基坑开挖时，围护结构、支撑的强度、刚度或者稳定性不足引起支护结构破坏从而导致边坡坍塌的事故。

控制措施:1)立即停止开挖(停止施工)，疏散现场闲杂人员及涉险建筑物内的人员，并尽快进行回填超挖土方或推土反压等措施;2)详细检查围护结构的支撑变形情况，对变形严重超限区段采取增加支撑或预应力锚杆等措施;3)查找事件的导致因素，消除周边超载等，防止失稳现象扩散;4)如发生坍塌，对坍塌涉及范围内存在的上水、易燃、易爆、有毒管线重点监控，及时通知相关产权单位;5)召集专家级有关人员参加抢险紧急会议，决定应急处理方案，并据此进行应急处理;6)调整分层开挖的高度或增加支撑层数并严格控制，每层开挖后立即进行支撑作业;7)加强监控。

4.2 边坡(护壁)渗漏

风险特点:边坡渗漏是基坑工程多发现象，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。

控制措施:1)尽快查清并切断水源;2)当出现涌(流)砂并有增加趋势时，应立即封堵涌砂通道(预埋引水管)，然后对涌砂区采用注浆等措施加固、填充;3)若在开挖过程中发生边坡局部渗漏引起土体塌滑，应及时清除松动的土层，用砂袋填补塌坑并在底部预埋包网的引水管，然后用水泥砂浆抹面，可打入少量钢钎固定砂袋;4)若发生较大范围的坍塌，立即停止土方开挖并向坍塌处推土止滑，然后分片清除虚土，埋管引水，堆填砂袋，打入钢钎固定砂袋并在面层挂钢筋丝网、板，然后喷射混凝土面层;5)若桩间渗漏，埋管引水并加强渗漏处的桩间土支护;6)若因渗漏引起桩间土坍塌，先在桩间码放砂袋挡土并预埋引水管，然后加强桩间支护、充填桩后空洞;7)若因坍塌造成支护桩产生明显变形，架设临时支撑确保抢险工作安全，然后采用增加支撑或预应力锚杆等措施加固支护体系;8)对周边环境及基坑支护结构加强监控，当变形较大时，应及时召开专家会拟定加固方案，并组织加固。

4.3 基底隆起

风险特点: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，基坑不降水且基底存在软弱透水性土层，其下分布有承压水。

控制措施:1)立即停止开挖，严重时进行堆料或回填反压等;2)立即加设基坑内外沉降监测点，并进行实时监测;3)对基坑实施注浆加固，但不得采用对地层扰动大的工艺，同时需考虑降低扰动的方法并严密监控;4)加强基坑内降水，但必须对周边环境进行监控。

4.4 承压水突涌

风险特点: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时。

控制措施:1)开启所有抽水泵，降低承压水水位，同时寻找涌水源;2)立即进行回填土方(以粘性土为佳)，或以渗漏点为中心，在四周堆码土袋墙进行反压封堵并浇筑混凝土，在继续增加反压重量的同时将土袋墙连为一个整体遏止涌水;3)对内支撑结构进行排查补强，确保基坑围护结构的整体安全。

4.5 地面(道路)开裂、塌陷

风险特点:地面(道路)开裂、塌陷多数是由基坑围护变形过大、涌水涌砂、坍塌、失稳造成。

控制措施:1)立即停止开挖，进行基坑堆料会回填反压，交换或抑制路面开裂或塌陷情况;2)加强支护体系，减小基坑变形量;3)用水泥浆将地面裂缝浇灌封闭并抹面，以防雨水渗入及增加开裂面滑动抵抗能力;4)如果路面下土质松动或出现空洞，立即采取注浆加固、填充。

4.6 建筑物变形过大

风险特点:建筑物变形过大与自身结构、基坑变形、所在地的工程地质、地下水位均有一定关系，变形及风险程度涉及建筑物内人员及周边人员的财产及人员安全，社会影响及纠纷大。

控制措施:1)立即停止开挖，组织有关技术人员查找建筑物变形过大的原因，并及时消除导致因素;2)若建筑物变形过大，经认定涉及结构安全，需及时撤除内部人员;3)对开挖影响范围内的建筑物周边土体采取注浆等措施进行加固，提高地层的承载能力或调整其变形;4)邀请相关有资质的单位，对建筑物进行结构加固和修补;5)继续优化基坑开挖、支护施工参数和工艺;6)加强监测频率、强化监测措施和要求。

4.7 管线变形过大

风险特点:管线较大的变形下，会发生管线爆裂、燃气泄露，甚至人员伤亡事故，直接威胁施工安全，影响居民生活，造成较大的社会影响。

控制措施:1)关闭管线的控制阀门;2)立即联系管线产权单位与其共同进行原因分析，并进行应急处理;3)对局部变形过大但不影响环境的管线进行修补，对大范围过大变形的地下管线采用地表注浆加固处理;4)开挖并暴露管线，对其进行悬吊等方式加以保护;5)根据监测情况及时调整支撑参数及基坑开挖方案。

5 结语

在工程项目中，需事先收集工程相关资料，对风险进行识别与分析，完善预案措施，制定详细且有针对性的控制措施及应急预案，出现风险事件只要做到快速反应、及时处理、措施得当，就可以化险为夷。

1)要快速反应，处理果断坚决，尤其对突发紧急的高风险事件。2)操作紧张有序，忙而不乱，加强观察，根据需要及时调整处理方案，必要时启动应急预案。3)迅速组织紧急专题会议，必要时邀请相关专家参与，做到原因分析透彻，针对性处理措施明确可行，并有进一步方案准备。4)确定合理的处理方案，随时做好各种应急准备，以防意外。

［1］沈建明.项目风险管理［M］.北京：机械工业出版社，2004.

［2］刘建航，侯学渊.基坑工程手册［M］.北京：中国建筑工业出版社，1997.

［3］龚晓南，高有潮.深基坑设计施工手册［M］.北京：中国建筑工业出版社，1998.

［4］黄宏伟，谢雄耀，胡群芬，等.轨道交通工程建设风险管理及其应用［M］.上海：同济大学出版社，2009.

［5］朱玉明，张永军，沈瑞鹤，等.地铁车站深基坑施工风险分析及控制［J］.建筑技术，2011(1)：54-57.

［6］林元彬.浅谈地铁深基坑开挖风险分析及控制对策［J］.铁道建筑技术，2011(9)：142-144.

［7］刘 翔，罗俊国，王玉梅.地铁深基坑工程风险管理研究［J］.施工技术，2008(7)：89-91.

［8］陈海勇，石达强.成都地铁中医学院站施工安全风险分析［J］.隧道建设，2011(10)：559-565.

［9］S.D.Eskesen.Guideline for Tunneling Risk Management：International Tunneling Association［J］.Tunneling and Underground Space Technology，2004(19)：217-237.

［10］JGJ 120-99，建筑基坑支护技术规程［S］.