复杂施工条件下城市隧道深基坑施工技术的研究

任作良

（中铁六局北京铁建公司，北京 100036）

复杂施工条件下城市隧道深基坑施工技术的研究

任作良

（中铁六局北京铁建公司，北京 100036）

摘 要：随着我国经济社会的发展、人口的增长和城市化进程的加快，人们对生存条件的需求日益扩展，这就导致了城市功能要不断丰富和交通运力也持续增大，从而促使了城市内各种庞大构筑物逐渐集中化格局的形成。城市隧道深基坑施工技术也是在这种背景下产生和发展起来的。然而，由于城市环境的特殊复杂性，致使此项技术在具体应用过程中常会遇到各式各样的矛盾和问题，有的还严重制约着工程建设的速度和质量，甚至保证不了零事故的安全防线。本文在此就复杂施工条件下城市隧道的深基坑施工工艺做一些粗浅的阐述，旨在就如何高效处理施工过程中的各种难题进行交流。

关键词：深基坑；城市隧道；施工技术；复杂地况；研究

随着经济的腾飞和科技的进步，我国的城市化进程在不断加快，城市功能在不断完善。这种形式下，城市隧道建设的深基坑工艺得到了广泛的应用，而且在大量的工程实践过程中其技术水平也获得了很大的提高。尽管如此，在实际的建设应用中，工程技术人员们还存在着一定的心理压力，其原因就是此种工艺技术还有诸多不完善之处，再有就是因为城市内部地形条件复杂，各种城市设施交错纵横，给深基坑施工带来很大的困难，甚至因为所实施的技术方案不成熟或者在施工过程中发生了严重的异常情况而造成人员伤亡事故的也屡见不鲜。另外还必须做好对工程周边环境的保护工作。最大限度地减小对周边环境的影响。所以，大幅度地提高施工技术，认真、细致地搞好施工前的勘查测量、数据采集工作，严格进行施工过程的监督管理，积极地开展技术创新，妥善处理突发问题等等是现实工程建设中非常迫切的问题。

一、我国城市隧道深基坑施工安全现状

近几年，由于我国城市建设速度的大幅度加快，在各个大小城市中的隧道建设也是大面积的展开。隧道开挖的深基坑技术得到了广泛的应用，而且这项技术在基坑变形控制及模型计算等诸多方面都有了新的突破。但是，由于极其复杂的城市地形条件导致了这项技术的实施具有较高的难度。尽管行业内的广大工程技术人员和工程管理者在具体施工过程中不断进行技术创新和严格管理，然而，由于种种原因导致的工程安全事故仍时有发生，以至于在工程总量中的事故发生率一直维持在20%～30%，致使整体行业工程施工的安全状况还不容乐观。具体的情况有：2005 年7月21日，地处于广州市海珠区江南大道和江南西路交汇地带的海珠城广场B建筑建设工地突然发生基坑坍塌，酿成3人死亡，8人受伤的严重事故，地处于江苏镇江的润杨长江公路大桥的北锚旋，采取矩形的地下连续墙构架，墙体厚度1.2m，基坑内部开挖到48m，但因为设计方案不科学，总体项目并未完功，墙体的最大变形范围超过130mm，超出最大设计允许的变形数值。因此，进行深基坑工程的稳定性能和变形性能研究，保障基坑自身及周围环境安全稳定是相当关键的。

二、隧道工程的深基坑施工

本文以兰州市南山路工程第五标段民大隧道施工为例，依据兰州的独特地形地貌，介绍了城市隧道深基坑施工技术的施工要点。

在挖掘和建造城市隧道的过程中，有多种施工方法。但是，据相关研究和实践发现，明挖法最为适宜和高效。因为明挖法施工难度相对较小，可以大幅度缩短建设工期，所耗费成本亦相对最少。所以在行业中受到广泛地采用。

1 地质情况分析及施工方案确定

因为深基坑工程时常在建筑物密集程度比较高的区域开工建设，空间有限附近还很有可能存在重要的永久性建筑及市政基础设施，所以，在深基坑施工时，对基坑的稳定性及位移变量要有严格的措施进行控制。

兰州市位于我国的西北地区，地处于黄土高原与青藏高原的过渡区，地质成分复杂，岩石的稳定性较差，如果在进行隧道施工时采用暗挖法，那将很容易出现塌方现象。因此，基于兰州地区岩土的特殊情况，我们在进行相关建设时，施工方法的最佳选择就应当是明挖法。此项隧道工程位于陇海铁路干线沿线，毗邻陇海铁路下行线中心。因此在施工时，做好防护工作尤为重要，不能因隧道的施工干扰铁路的正常运行。尽管现场工作空间狭窄，机械装备难以实施，他们也克服了困难。但是，明挖法施工是属于深基坑开挖工艺技术。它的深基坑开挖、支护两个过程就成为了工程的关键。

2 施工条件准备和影响要素

2.1 工程地质参数确定

采用钻孔技术对当地的地质情况进行勘测。结果表明，兰州南山路工程段地层主要由四层组成，距离地表最近的是素粘土，往下依次是粉土、圆砾和粉质粘土。进行隧道深基坑建设时，基底要控制在粉土层。具体的参数如下：深度0.7m ～17.6m，厚度2.4m～17.2m。由于粉土一般具有失陷性，这也给施工带来了很大的问题。对于该路段，场地属于自重湿陷场地，塌陷的深度最深可达18m以上。

勘测结果还表明，场地的水主要来源于赋存在鹅卵石层中的潜水。除此之外，作为补充的就是雨水和径流等等。

2.2 隧道施工中的不利条件

2.2.1 位于铁路干线，施工量大，难度高

由于隧道建设场地紧邻陇海铁路，而陇海铁路的大宗运营也给施工带来了不利的影响。铁路沿线的各种高压供电设施（电压均为27500V）会使2m之内的绝缘体导通电流。这样，就很容易使隧道施工人员在靠近供电设施时遭电击身亡。另外，由于陇海线属于我国主要铁路干线，该隧道线路上通车的频率是4分钟/趟，这将严重影响工程效率。

2.2.2 支护设计种类繁多，监控要求严格

在此次隧道建设中，工程纵向距离达1000m，深度达10m。按照规定，在隧道沿线要进行一定的支护，支护的具体形式与当时的土质有关。由于随着隧道的纵向延伸，土质差异明显，这无疑增加了支护形式的种类。这样导致的结果不仅延长了工期，还增加了预算。还有一点，每隔一段距离就要设置监控点，对建设过程进行实时监控。

2.2.3 铁路沿线的安全防护

由于陇海线铁路的供电设备存在很高的电压，它能够把距离其2m之内的绝缘体变成导体。工人们在正常的施工时很容易被击穿身亡。所以，现场施工中采取了加两道防护档的措施，这样也可阻止物体的落入。

三、基坑的开挖和支护

依照实际情况，把民大隧道深基坑的施工分为4个阶段，采用挖掘机开挖，以人力作为辅助，并依照从高到低，从南至侧后再到北侧的挖掘顺序。在挖掘过程中，秉承“分层开挖、严禁超挖”及“大基坑小开挖”的原则，遵循上面的步骤逐步进行挖掘，另外还要同时搞好防护工作和锚索施工，待到锚索张拉压浆结束强度符合要求后，再进行下一层的开挖。当挖掘达到指定深度时，立即进行清除底部的工作，当然抄平工作同时进行，目的就是保证施工结果安全达标。

整条线路有两种支护方式，具体分类为：钢筋混凝土排桩加预应力锚索支护和按率放坡加喷锚支护。图1为正在加固的深基坑内的隧道主体。

四、深基坑施工易发问题和处理

由于城市的地质条件有时相当复杂，施工建设工地的周边范围很可能存在铁道线路、地下管道或高压线等城市功能设施，地层内部各种情况复杂多变，各种异常地质构造都有可能出现。所以，对基坑的总体稳定和位移变量控制必须提出严格的要求。特别是在软土、高水位及其它复杂条件下开挖基坑，容易产生土体滑移、基坑失稳、桩体变位、基坑隆起、支挡结构严重漏水、流土等灾害，对周边建筑物、地下建筑物及管线的安全可造成很大威胁。此事要立即采取恰当的措施予以应对。其中可以采用防护桩、支撑、止水桩、注浆措施、超前导管、锚杆、各种支护等有效补救措施进行恰当地处理。以保证工程的顺利实施。比如在处理基坑隆起的情况时可采用加强支护及进行地板施工的方法进行有效地处理，可以大大减少基坑的隆起量另外还可有效控制地表沉降。此外，基坑内出现管涌或流沙等现象；基坑支护的局部出现明显裂缝与大面积的不均匀沉降；气候出现异常情况，出现罕见的且持续多日的狂风暴雨等不良气候；相邻施工段之间的影响较严重，如降水、打桩以及土方开挖等施工工序中；地下有障碍物影响了基坑结构或止水帷幕等的施工。在类似的事件发生后，要及时启动预先准备的应急预案，并尽快提出相应的解决 方案。

图1

施工材料的质量问题也会影响到深基坑施工的安全。有些施工单位为了降低成本，增加经济效益，在施工过程中偷工减料，使用的一些施工材料不符合施工标准，同时，一些施工单位为了创造更大的经济效益，不惜减少工程材料，违背工程设计原则，这些做法，都可能导致支护防护结构出现质量问题，出现变形、滑坡、涌土等现象，影响到深基坑施工的安全。另外，施工管理不到位也会导致安全问题的产生，由于施工管理不到位，导致一些施工单位不能够按照施工标准进行施工，一些施工单位为了实现工程利益最大化，采用陈旧的设备进行施工，在施工中不能够按照设计标准和要求进行施工，采用落后的生产工艺，作业人员没有安全意识，施工管理不严格，擅自改动施工方式，导致深基坑施工质量很难保证，支护防护结构出现质量问题，给深基坑的施工安全带来隐患。

五、对策研究

深基坑开挖属于一类复杂的地质工程施工过程，它不仅牵扯到基坑自身强度与稳定性的内容，还关联了周围环境问题。合理的支护设计方案和科学施工手段是工程安全实施的基础保障。下面再针对在临近地铁隧道地带深基坑开挖问题，依托基坑变形控制标准，总结了如下部分控制方法。

1 选择合理的围护结构和支撑体系

在目前常见的深基坑施工过程中，选择合理的围护结构要以安全为主。对于靠近地铁隧道的深基坑工程要首先选用侧移小、刚度大的地下连续墙结构。现时常使用的支撑是钢筋混凝土支撑及钢管支撑，钢筋混凝土支撑强度大，然而现浇强度养护要耗费一定时间，此将加长基坑开挖侧的无撑暴露阶段时间，在混凝土硬化阶段可能发生土体蠕变情况，对周边土层稳固没有好处；钢管支撑的管强度虽较差，然而依托数根钢管能够提升强度，而且安装快捷，可以最大限度的缩短无撑暴露阶段的时间，预加轴力方便，进而降低对周围环境的不利作用。

2 必要的加固措施

基坑主动区与被动区的土体，都能够有力抑制围护结构的变形及给周围环境造成的不利影响。研究表明，在接近地铁隧道侧，加固基坑被动区土体效果较好。坑底被动区加固，能够抵消挡墙在插入深度上的差距。在坑底存在大面积承压水，而且不易用帷幕隔离时，应当注意实施坑底满堂加固的手段。基坑自身加固的基础上，加固基坑和地铁隧道间的土体亦能够明显地降低对地铁隧道的负面作用。加固方法分侧向加固土柱和纵向加固土墙两个样式，前面的方法能有力地抑制地铁隧道发生的水平位移量，然而其限制沉降效果不如后者，后者需要大体积的加固量。那些在基坑施工影响范围内一定要给予保护的构筑物，须在基坑开挖之前给其实施预加固。

3 掌握必要的技术要点

要做好施工计划，在深基坑施工之前，要仔细分 析施工方案，运用科学的方法和手段制定可操作性的 施工计划。大面积深基坑作业，由于施工量比较大，作业时间比较长，在施工过程中就会增加许多的不确定因素，为了确保施工质量，我们可以采用分段、分层、 分块均匀等作业方式，可以边挖边浇筑，以实现工程作业的安全性以及稳定性。深基坑作业地下水的处理问题，传统的地下水处理的方式有两种，一种是排水，一种是止水，具体采用哪个处理方式主要根据工程所处的地质条件而定。近些年，随着技术的不断进步，许多工程开始采用素混凝土桩以及冲孔桩等介质充当支柱介质来稳固工程，这些方法对于保证工程质量也起到了重要作用。此外，投入大型施工设备，运用现代化的施工手段进行施工，这样，不但施工的进度可以大大提高，而且施工的安全性也获得了有效保障。

结语

随着城市化进程的加快和城镇人口的增多，投建城市隧道工程是解决当前交通压力的有效途径。然而，此项工程的具体施工是非常繁琐、冗杂的，从开始的选址开挖、到材料的选择与应用以及周边基础设施的防护等等工作都需要花费大量的人力物力。这样的工程的成功建成需要广大科研工作者不但要有全局观念，懂得统筹兼顾的重要性，还要有局部思维，懂得对具体的问题要具体分析。在复杂施工条件下城市隧道深基坑建设中，首先要对施工地点的地形地貌也就是水文地质环境了如指掌，其次能够针对不同的环境因素，设计出多种适宜的方案，并从中选出最优者。

从以上可以看出，在城市隧道建设过程中，无论进行哪个施工环节之前，都要有已成文的指导方案作指导。在施工建设中要做好相关工作，严格按照既定方案办事。特别要注意深基坑建设的支护和对周围环境设施的保护工作，这是此次兰州市乃至所有城市完成城市隧道建设的关键工作。在工作中，还要及时发现问题，及时解决问题，确保施工任务保质保量完成。

参考文献

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中图分类号：U455

文献标识码：A