深基坑开挖过程中的安全注意事项及应对措施

孔令奇

广州市市政集团有限公司工程总承包分公司 广东 广州 510060

1 工程概况

天河智慧城地下综合管廊工程——科翔路～华观路(220kv科城变电站～科韵路)综合管廊H5综合井即盾构过站井位于华观路与大观路交汇处西南侧，沿华观路东西走向。基坑采用明挖法施工，断面呈矩形，内净空尺寸为36.1m×11.9m（长×宽），基坑开挖深度为19.2～22m。基坑围护结构采用排桩+内撑的支护方式，围护桩外设置φ800@550三管高压旋喷桩止水帷幕。主体围护桩设计数量92根，旋喷桩92根。

2 工程重点及难点

2.1 工程重点

深基坑施工是一个系统工程，综合性较强。施工控制主要涉及基坑稳定、维护结构变形、维护结构渗漏等方面问题，任何一个施工环节做得不好，都将对整个工程质量、进度及安全生产造成直接影响。

2.1.1 确保基坑开挖安全,是本工程的重点

H5综合井基坑开挖深度较深为19.2～22m，属Ⅰ类深基坑，基坑范围内地质情况较差，易造成地面沉降控制难度大，在施工时，应建立健全的安全监控保障体系，确保基坑开挖的安全。

2.1.2 基坑开挖施工是本工程的重点

基坑开挖应分层、分段、对称、限时开挖，遵循“先撑后挖、限时支撑、分层开挖、严禁超挖”的原则，尽量减小基坑无支撑暴露时间和空间。

（1）冠梁施工时，应将桩顶浮浆、低强度混凝土及破碎部分清除。冠梁混凝土浇筑采用土模，土面应湿润平整喷洒一层沥青乳液封层。

（2）支撑水平轴线偏差不大于30mm，两端中心标高偏差不大于20mm，同层支撑中心标高偏差不大于30mm。

（3）所有围护桩均须在腰梁处设置预埋锚筋,确保围护桩与砼围檩及支撑成为一个整体。

（4）砼支撑及其砼围檩并且斜撑(包括肋撑)与冠、腰梁相交节点处必须一起现浇，不能留设施工缝。

（5）砼支撑在竖向平面内的挠度宜小于计算跨度的1/600～1/800，水平挠度宜小于计算跨度的1/1000～1/1500，跨度L≥8m的砼支撑，均应按L/400起拱。

（6）土方开挖过程中，要采取防护与警示等保护措施，确保施工机械不得碰撞所有支撑，以免损坏支撑导致失效。

2.2 工程难点

2.2.1 周边环境复杂

综合井基坑位于华观路与大观路交汇处西南侧，基坑北侧、东北角紧靠华观路人行道、行车路，上下班高峰期车流量大。华观路人行道、行车道上地下管线众多复杂，基坑开挖施工中地面易产生不均匀沉降，影响地下管线安全稳定。如何控制周边沉降是施工的一大难点。

应对措施：（1）详细调查影响基坑施工的周边地下管线和构筑物，并进行风险分析和评估，制定地下管线及周边建构筑物的保护措施。（2）基坑开挖前应做好管线摸查工作，采取必要的保护措施，及时进行管线监测。（3）基坑开挖后，对于有渗漏的地方应及时补漏，防止基坑外围的地下水位下降，引起地面沉降。在条件允许的情况下，可根据地下水位的监测数据在基坑外侧设置回灌水系统，以保证周边地下水位基本不变，避免因地下水流失造成建筑物下沉、倾斜及开裂。（4）基坑开挖过程中加强对路面、管线监测，根据监测结果，及时采取措施，确保路面、管线安全[1]。

2.2.2 基坑开挖施工中端头洞门止水，防止涌泥、涌砂

该综合井采用先隧后井施工工艺，此类工艺是指围护结构及端头加固已经施做，由于工期要求，在不进行基坑开挖就现行盾构掘进通过，然后再进行基坑开挖，基坑开挖过程中隧道洞门处止水，防止涌泥、涌砂是施工的重点风险源，也是施工的一大难点。

应对措施：（1）严格控制端头加固质量，盾构机通过前完成端头加固及质量检测，检测结果应符合设计、规范要求。若检测结果未能满足要求，应采取补充注浆方式进行加固。（2）在基坑开挖时，应密切注意管片与综合井两端洞门接缝处渗漏水情况，若开挖过程出现渗漏点较多时可采取在两端洞门处后10环实施洞内全环注浆的方式进行堵漏，除K块管片外，其余管片均增设注浆孔进行注浆，严格控制注浆质量。（3）基坑开挖过程中，基坑内壁出现渗漏点应及时进行封堵，必要时采取水平注浆封堵。在开挖至隧道管片（洞门范围）时，应注意观察洞门处渗漏情况，发现渗漏点则立即采取注浆封堵。（4）基坑开挖时应按设计、规范要求提前做好降水工作，每层土方开挖前必须将地下水将至开挖面1米以下。（5）开挖前准备好钢管、注浆机、喷锚机、水泥、砂、砂袋、木方、棉絮等应急物资。

2.2.3 隧道洞身范围内土方开挖、管片拆除施工

基坑开挖至隧道洞身范围内时，由于盾构掘进时洞身范围内的土方已经掏空，剩余洞身外侧土方，基坑土方开挖过程中合理控制土方开挖顺序，保持隧道洞身管片两侧受力平衡，防止管片错位、变形、破损，同时如何有效控制管片拆除施工安全是施工一大施工难点。应对措施：

（1）为减少由于隧道顶部应力释放对永久管片产生的影响，隧道内永久管片上浮、变形、错台破除，基坑开挖至隧道洞身范围前，应把洞门处管片与综合井范围内管片的连接螺栓拆除。

（2）基坑开挖至隧道管片顶部后，应分段、分层，两侧对称开挖。

（3）由于盾构掘进时，洞门范围内的支护桩已被切割，为加强基坑支护结构的稳定性，同时防止管片拆除时由于管片受力发生变化而增加永久管片的不稳定性，应在支护桩处管片进行必要植筋，保证管片与支护桩有效连接。

（4）综合井范围内隧道管片设置横向临时支撑进行加固，防止管片由于受力发生变化。

（5）管片拆除时应严格按照由上之下，两侧对称方式实施。

（6）土方开挖至管片上部1.5m后，采用人工清出管片上部土方，两侧采用PC120小型挖掘机配合25T汽车吊挖运。小挖机挖完管片的上半部土以后，开始拆除上半部管片，吊装完成后，再继续开挖，最后拆除剩余的下半部管片。

2.2.4 有效控制基坑开挖安全稳定性

采用“先隧后井”，盾构掘进通过后，综合井端头部位隧道洞身范围内支护桩已切除，基坑围护结构发生变化，在盾构机切除支护桩的过程前后，由设计单位对基坑稳定性重新进行复核验算，施工时应注意如下事项：

（1）综合井盾构到达端、始发端的加固施工质量应符合设计、规范要求，并按设计、规范要求进行加固体检测，不足位置应进行注浆补强。

（2）设计复核切桩后，最不利工况，洞口范围被切断的支护桩的变形量满足规范要求，但应注意不同桩间因变形不一致导致桩间渗水，必要时采用钢板+填充混凝土或水泥进行桩间封堵。

（3）基坑开挖过程中严格控制每层开挖深度，严禁超挖，需待腰梁、支撑达到设计强度后，再进行下一层开挖。

（4）在第三层土方开挖过程中，采用以下措施，防止隧道顶部支护桩因土方开挖产生不均匀位移或变形过大，造成桩后水土流失，局部失稳。

土方开挖从基坑中部向两侧分段、分层对称进行，开挖过程中加强对基坑支护体系的监控量测，若监测数据异常，则应停止开挖，加密监测，必要时进行回填反压施工，待采取措施监测数据稳定后再继续进行开挖。

3 深基坑开挖过程中的安全注意事项及应对措施

3.1 超载风险的控制措施

（1）合理组织现场施工及调度挖土机、混凝土罐车及泵车等机械，减少基坑边缘活动次数，机械设备行走时应保证距基坑边缘线3m以外。

（2）对要停靠机械的部位进行有针对性的加固，使其有足够承载力，防止影响支撑结构。

（3）基坑周边3m范围内不得堆料和停放重型机具，土方开挖时弃土堆应远离基坑顶边线2倍基坑范围以外。

（4）严格按照施工平面图划分的料具存放区域存放原材，存放区域应压实平整，材料码放整齐，稳固，标明责任区及责任人。

（5）对基坑北侧临时渣土池，必须经过验算且设计同意后方可投入使用。

3.2 土方开挖时隧道安全稳定控制措施

综合管廊盾构隧道施工完毕，管廊隧道贯通，且隧道内管线、轨道、人行道等拆除后，进行基坑第三道支撑以下土方开挖。土方开挖至管片上部1.5m后，采用人工清出管片上部土方，两侧采用PC1200配合25T汽车吊挖运[2]。

由于管片上部1.5m以上土方已开挖，同时PC120挖机在管片上部两侧行走，此时管片受力情况将发生变化，基坑土方开挖前后管片受力变化如下：

（1）基坑土方开挖前，管片主要承受上部覆土的竖向土压力。

隧道竖向土压力计算公式为：

根据设计图纸，管片上部1.5m以上覆土厚度h=8.95m，断面宽度D=11.9m，，因此隧道竖向土压力计算公式为：；

根据地勘资料，上部覆土为①2素填土，重度=19kN/m3；

（2） PC120挖机行走时对隧道的竖向压力。

考虑最不利工况，即当小挖机在隧道正上方行走时，挖机对管片的竖向压力。

查阅资料，PC120挖机工作重量为19.9t，履带接地长度为3.275m，履带宽度为0.6m，即双边履带接地面积为S=3.93m2；

考虑挖机压力通过管片上部1.5m厚覆土竖向作用在隧道顶部，压强为：

（3）开挖时监测措施

在土方开挖过程中，项目部加密对隧道拱顶沉降监测频率，每日2次，根据要求，隧道拱顶沉降警戒值14mm，控制值为20mm。

土方开挖前对管片进行加固，加强管片的整体稳固性，管片加固采用以下方式：1）隧道洞门环后15环采用钢拉板进行拉紧，两端洞门环后各设置两道工字钢横向临时支撑，加强管片的整体性，防止管片移动。2）隧道内管片设置临时支撑进行加固，防止管片由于受力发生变化。临时支撑采用200工字钢设置，间距3m设置，两端洞门位置适当进行加密，支撑设置方式如下图1所示。

图1 临时支撑平面布置图

根据各个支撑点位的不同，在支撑点位上合理设置钢板，钢板与管片焊接牢固。支撑点钢板固定后，首先安装竖向工字钢支撑，钢支撑两端与钢板焊接牢固，然后安装横向工字钢支撑，分别与钢板和竖向支撑焊接牢固。最后在钢支撑水平和竖直主要受力构件进行加肋焊接，重点加固支撑结构四边形体系的四个角点。

3.3 基坑开挖问题及应对措施

3.3.1 基坑开挖引起附近地面或建筑物的不均匀沉降和倾斜

当发现附近建筑物倾斜达到警戒值时或沉降速度达到3mm/d时，采取的措施为：（1）立即停止基坑开挖，加强基坑支护；（2）停止降水作业，然后在围护结构外围的适当位置实施压力注浆进行有效隔水；（3）加强措施为在基坑周边5m范围内采用注浆进行加固土体，地面注浆材料采用纯水泥浆，注浆压力0.5—1MPa，土体加固深度为8m；（4）加强对地表及建筑物的监控量测工作，提高监测频率，严密监视沉降或倾斜的发展趋势； （5）邀请有关专家共同制定建筑物的纠偏方案并组织实施。

3.3.2 围护结构渗漏处理措施

土方开挖后基壁出现渗水或漏水，如渗水量较小，不影响施工也不影响周边环境的情况，可采用坑底设沟排水的方法。对渗水量较大，但没有泥沙带出，未形成施工困难，对周围影响不大的情况，可采用引流、修补方法。即在渗漏较严重的部位，先在围护结构上水平（略向上）打入一根钢管，内径20～30mm，使其穿透围护结构进入桩背土体内，由此将水从该管引出，而后将管边围护结构的薄弱处用防水混凝土或砂浆修补封堵，待修补封堵的混凝土或砂浆达到一定的强度后，再将钢管出水口封住。如封住管口后出现第二处渗漏时，按上面的方法再进行引流修补。如果渗水量较大，有泥沙带出时，漏水位置离地面较浅，可将支护桩背开挖至漏水位置下500～1000mm，在支护桩后用密实混凝土进行封堵。如漏水位置埋深较大，则可在桩后采用注浆方法，也可采用高压喷射注浆方法，待注浆达到止水效果后再重新开挖[3]。

3.3.3 支护结构变形处理措施

基坑开挖后，支护结构发生一定的位移是正常的，如果位移过大，或位移变形过快，则往往会造成严重的后果。如发生这种情况要采取相应应急措施。加快垫层施工，采取“随挖随浇”的方法，应适当提高混凝土的强度等级，掺入早强剂。垫层配筋应置于垫层上面，数量酌情而定。进行坑底加固，如采用注浆、高压喷射注浆等。基坑随挖随浇，对基坑挖土合理分段，每段土方开挖到底后及时浇筑垫层。

4 总结

在深基坑开挖过程中，如果不能严格把控深基坑开挖施工，容易发生安全问题。对此还需要对深基坑施工技术进行分析，针对基坑开挖过程中的问题，提出具体的控制措施，注重注意事项，尽可能的安全、顺利的完成深基坑开挖工作。