地铁车站竖井施工的风险防范和应急措施综述

韦礼群

摘要：针对地铁车站竖井施工存在的风险，以沈阳地铁九号线皇姑屯站为例进行分析，并对主要施工风险作出相应的防范及应急措施。在竖井施工作业中主要存在对周边既有建筑物的环境风险以及竖井渗漏涌砂、失稳、坍塌等自身风险。竖井开挖施工过程中应提前作出相应的预防及应急措施进行风险防治，这对于有效加强施工质量及安全性具有非常重要的意义。

Abstract： In view of the risks existing in the construction of subway station shafts， the Huanggutun Station of Shenyang Metro Line 9 is taken as an example for analysis， and corresponding prevention and emergency measures are taken for the main construction risks. In the shaft construction operation， there are mainly environmental risks to the existing buildings in the surrounding area， as well as the risks such as sand leakage， instability and collapse of the shaft. During the construction of shaft excavation， corresponding prevention and emergency measures should be taken in advance to prevent and control risks， which is of great significance for effectively strengthening construction quality and safety.

關键词：地铁车站;竖井施工;施工风险;应急措施

Key words： subway station;shaft construction;construction risk;emergency measures

中图分类号：U231+.3                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）11-0135-03

0  引言

随着现代都市的发展，地下交通成为现代公共交通的主流之一，地铁车站的施工建设随即也越来越受到广大人民群众的重视。竖井施工作为地铁车站必要的施工工序，其施工质量以及安全性的考量是显而易见的。本文以沈阳皇姑屯地铁车站为例，阐述竖井开挖工程对周边的环境危害及相应的保护措施，以及竖井施工过程中存在的主要自身施工风险与相应的应急措施，这对于提高施工质量，降低施工风险具有实际意义。

1  工程概况

沈阳地铁九号线皇姑屯地铁车站的起点里程为DK2+720.7，终点里程为DK2+898.0，此车站的实际中心里程为DK2+824.1，皇姑屯地铁车站实际总长177.3m，车站主体结构是两层单柱双跨岛式站台车站，采用“PBA”洞桩法[1]逆作施工。车站标准段总宽19.7m，底板最深处距离地面约24.1m，车站顶板上部土层厚度约8.2m。

车站共设置2个竖井：1号竖井位于车站北端东侧，距未拆除楼房部分净距1.99m，该楼结构形式为框架结构;2号竖井桩边距高层住宅楼净距为4.2m。竖井平面布置如图1所示。

2  竖井开挖

2.1 施工方案

竖井的开挖施工遵循“分段分层、由上而下、先支撑后开挖”的原则，土方开挖垂直运输采用10T抓斗桥式起重机，起重机副提升机采用5T电动葫芦，主要用于材料的倒运[2]。沈阳地铁九号线皇姑屯站竖井挖掘范围涵盖了杂填土、粉质粘土、圆砾土、中粗砂、砾砂等土层[3]。依据当前的土体条件，竖井开挖工作主要采用挖掘机开挖，辅助配合人工修整的方式进行。竖井内侧使用反铲方式挖出宽1m土槽，并按照70°放坡。

本工程的竖井开挖分六层进行，每层设置一道钢管支撑，且每一钢支撑的安装时间间隔不得超过24个小时。当竖井开挖至底面标高达到0.3m以上时，采用人工开挖至竖井底部[4]，土方开挖先开挖中间再向四周扩展。图2为1号竖井、2号竖井的5道钢支撑投影示意图。

2.2 施工注意事项

①为减小围护结构的变形，确保施工安全，竖井开挖应严格按照“分层开挖，先支撑后开挖”的原则。在降水过程中应密切监测竖井周围土体位移、地下水位，防止竖井出现质量问题，造成难以挽回的施工事故。

②竖井开挖时做好排水工作[5]，开挖至设计支撑位置时，先挖出沟槽（支撑底部下0.5m），再设置钢支撑，再经过多次安全确认且满足放置要求后才能施加竖向轴压力。

③围护结构钢支撑所能承受的工作荷载，出于安全考量不应大于0.5kN/m，竖井边破裂面内的超载应严格遵守设计要求。围护桩质量检测严格按照《建筑竖井支护技术规程》中相关规定执行。

④钢围檩分段安装，就位后各段接头焊接，同一标高围檩封闭为连续整体，分层围檩搭接不小于1m。

3  竖井开挖的环境风险与预防措施

3.1 环境风险

由于皇姑屯地铁车站1号竖井与未拆迁住宅楼间距1.99m，车站2号竖井与高层住宅楼间距4.22m，竖井与周边既有建筑物的平面布置见图1。此两处竖井离建筑物距离较近，施工时不可避免地将会对周边既有建筑物存在危害。施工过程中产生的振动可能会不同程度的造成周围地层沉降，进而使得周边既有建筑物地表产生不均匀沉降，更严重时会使建筑物由于发生过大变形而遭到破坏甚至倒塌[6]。

3.2 预防措施

由于竖井开挖对周边的既有建筑物会产生振动影响，振动会导致建筑物的破坏甚至倒塌。故本工程对竖井周边既有建筑物采取分段式地表袖阀管注浆加固的保护措施，袖阀管结构示意图如图3所示，分段式注浆示意图如图4。

实行注浆加固措施时，为减少地表不均一性对注浆加固效果的影响，每段注浆长度均控制在0.6m左右。注浆浆料采用的是水灰比0.8∶1～1∶1的水泥浆液，而在降水井附近采用的则是配比W∶C=0.8∶1，C∶S=1∶1的水泥、水玻璃双液浆料，水玻璃浓度為35波美度。当实施分段式注浆加固措施时，完成一段注浆后应对注浆加固的效果进行取芯检测，若检测得出注浆填充不密实，则应立即进行补注。待加固效果检测达到要求后，再进行施工竖井内径向注浆作业。在注浆加固过程中，对周边既有建筑物沉降情况和地表、管线隆起情况进行严密监测[7]，如若出现任何异常情况，工人将立即停止对周边既有建筑物注浆加固的作业，待采取有效整治措施后，才可重新恢复施工作业。

为了确保竖井开挖过程中的安全性以及高效性，光对既有建筑物的地表进行注浆加固是不够的，还须对竖井支护系统进行实时跟踪监测。竖井支护系统的监测工作应贯穿于整个竖井开挖工程和地下工程的施工全过程，并且监测的时间应从竖井开挖工程正式施工前开始，直至地下工程全部完成为止。竖井施工监控量测表见表1。

本工程监测的警戒值必须符合工程设计的限定值、结构设计的规范要求以及监测对象的控制要求，并以所要监测项目的累计变化量和变化速率为控制要素。

4  竖井开挖的自身风险与应急措施

竖井开挖施工作为地铁车站工程必不可少的施工方法，其施工风险也是不容忽视的。当工人在地下作业时，竖井施工的安全性问题尤为重要。竖井开挖的自身风险主要竖井渗漏涌砂、失稳、坍塌等，提前做好风险应急措施，有利于在危险发生时将损失降低到最小程度。

4.1 竖井渗漏涌砂预防与应急措施

工人可根据管线及周边地面状况，在管线与基坑之间采取注浆加固等形式隔断或减轻施工时造成的损害，从而降低渗漏涌砂的风险。

如果竖井内发生较轻微的渗漏涌砂情况时，应立即采用塑料管引流的方法减少水、砂的流量以及控制其流向，在找到渗漏点后用水泥砂浆渗入水玻璃实施封堵。封堵期间使用塑料引流管，将竖井内渗入的水和砂导入基坑集水井内，集水井沿基坑四周布置，且集水井内配置有小型水泵能将水及时排出基坑。

当竖井内的渗漏情况严重时，工人应立即停止施工，并及时在渗水点下方铺设塑料布，减少水流对基底及围护结构侧壁的冲刷破坏。此时需采用大直径的塑料胶管引流排水，并且严禁对出水口进行封堵处理。工人应立即查找漏水原因，并调查清楚周围管线及降水井的情况，检查竖井周围是否存在安全隐患。

4.2 竖井失稳预防与应急措施

为减小竖井失稳的风险隐患，工人应分层开挖，严格控制开挖的步距，及时进行桩间网喷作业。在竖井四周及竖井内做好排水工程，保证雨季施工时不会出现严重积水现象。

如若发生围护结构变形倾斜情况，竖井开挖施工应立即停止，并在围护桩的外侧减载削坡，在围护桩的内侧边缘堆土反压，增加临时钢支撑数量，加强竖井的支护。

同时，对周围土体应及时进行加固工作，基坑周边5m内都需采取注浆措施进行土体加固，注浆采用压力0.5～1.0MPa的纯水泥浆。在注浆过程中，应实时进行安全监测工作，一旦出现异常应立即停止注浆，并迅速撤离工作地点。

4.3 竖井坍塌预防与应急措施

为预防竖井坍塌事故，工地应定期校核加力设备，设法采取措施减少加力损失。此外，随着竖井开挖作业的开展，钢支撑架设工作也应紧随其后。在实行竖井开挖时需减少土体暴露时间，并最大程度的减少围护结构的变形。此外，对施工过程中会产生较大震动的设备加设减震底座，竖井边2m范围内严禁堆载任何器材。

若发生坍塌事故，所有工作人员立即撤离至竖井外等待命令[8]，并立即向现场相关人员报告，组织成立应急救护小组。如果有人被埋在土下，有关人员必须立即拨打救援电话，抢险队伍做好自身防护后方可进行现场抢险救援工作，工人应配合机械开挖及时进行伤员抢救。

事故发生后，为避免塌方范围的发展扩大，工人须立即做好塌方周围的围挡工作，防止周边群众或不知情的人员掉入坑内[9]。对坍塌部位周围进行严密监测，并观测坍塌情况，作出事故危害预判。事故发生地一旦出现异常，立即通知抢险人员迅速撤离。

当竖井开挖施工造成严重的坍塌事故，使得路面下沉、路面开裂和高低差较大而导致车辆不能行驶时[10]，事故现场必须立即设置醒目的交通警示标志，以提醒来往车辆、行人注意紧急避让，并派人协助交警维护交通保证交通畅通，救援工作不受阻碍。

5  结论

①竖井开挖施工不可避免的会产生振动，这使得周边既有建筑物对其造成了环境风险。竖井开挖施工时需对周边建筑物采取分段式地表袖阀管注浆加固措施，并进行实时监测。②竖井开挖施工存在竖井渗漏涌砂、失稳、坍塌等主要自身风险，竖井施工过程中需全程严密监测竖井的支护系统，对竖井开挖的自身风险提前做好预防措施。若发现较轻的风险情况，应及时采取注浆加固等措施，尽可能降低事故发生率。③若发生严重的竖井渗漏涌砂、失稳或坍塌情况时，工作人员应立即撤离至竖井外，并立即汇报给现场相关人员。为避免危害扩大，现场人员在保证自身生命安全的情况下，须严格按照事先作出的应急措施实行救援抢险工作。④地铁车站竖井开挖是整个工程建设的重要内容之一，对竖井开挖的风险作出防范与应急措施，不但可以提高竖井施工的工程质量，而且能有效保证施工的安全性和高效性，对工程项目的顺利完工具有重要意义。

参考文献：

[1]王亮.地铁车站PBA洞桩法施工数值模拟研究[J].湖北民族学院学报（自然科学版），2012，30（03）：346-350.

[2]刘永利.南京地铁竖井机械化配套施工技术[J].建筑机械，2018（08）：91-93.

[3]潘久荣.地铁车站施工基坑开挖对临近建筑物的影响研究[D].华东交通大学，2012.

[4]潘星羽.地铁车站深基坑开挖施工过程对周边环境的影响研究[D].长沙理工大学，2013.

[5]翟桂林.土岩组合地层地铁车站深基坑内支撑结合锚索支护体系数值分析[D].中国海洋大学，2013.

[6]杜琛.武汉市地铁二号线虎名区间隧道超浅埋段暗挖法施工实践[J].中国西部科技，2013，12（01）：48-49.

[7]李立云，邱忠旺，杜修力，等.地铁竖井施工过程中周边环境响应分析[J].工程地质学报，2018，26（4）：1086-1094.

[8]张科.海外项目突发（安全）事件应急预案[J].科技致富向导，2012（14）：418-419.

[9]杨燕.浅谈龙嘉机场土方开挖工程施工方案[J].中国高新技术企业，2013（13）：91-92.

[10]谌卫平.高层建筑消防给水系统常见问题及其对策[J].科技创新导报，2013（34）：50.