岩溶地区基坑工程及桩基础施工对地铁结构影响的风险分析

罗春华

广州轨道交通建设监理有限公司 广东 广州 510000

引言

随着广州地铁不断发展，越来越多的地铁线路建成并投入运营，既有地铁结构受邻近外部项目施工的影响现象不断增加，控制外部项目施工对地铁隧道的影响成为越来越重要的工作。鉴于广州已进行多个岩溶区域邻近地铁结构的外部工程设计与施工，且部分工程对地铁结构及运营造成较大影响，笔者通过收集、分析和总结类似工程案例，结合地铁保护工作经验，针对实施的广州设计之都联合基坑项目进行风险分析，并拟定相应的管控措施[1]。

1 项目概况

广州设计之都基础设施综合开发项目由30幅地块以及地块之间的公共空间组成。地下环路为单层结构，地块内为2～4层地下室。以地下室大空间建设、联合开发的原则，共享与私密结合使用的理念进行联合基坑建设模式开发地下空间。联合基坑长约460m、宽约370m，周长约1769m，基坑深度约10.5m，面积约170km2。该项目采用联合基坑建设模式，即在用地外围做统一基坑支护，统一开挖联合基坑底，地下空间所有地块和公共空间共用一个大基坑，各地块根据建设面积分摊基坑投资的模式。基坑F区采用0.8m厚地连墙+三道钢筋砼桁架撑的支护形式，基坑深度约16.6m；基坑G区采用0.8m厚格栅式地连墙进行支护，基坑开挖深度约6.6m；H区基坑采用0.8m厚地连墙+三道钢筋砼桁架撑的支护形式，基坑开挖深度约14m。

2 工程与地铁结构关系

2.1 基坑F区与地铁关系

黄边地铁站Ⅳ号出入口及F6、F7号风亭与F区基坑地连墙的最小水平净距为10m，其中地连墙距离Ⅳ号出入口原土钉的最小水平距离约为3m，基坑底标高约-1.60m，地铁站底板标高约4.80m，基坑深地铁车站约6.40m；区间隧道与基坑F区地连墙的最小水平净距为18m。

2.2 基坑F区与地铁关系

基坑G区地连墙结构外边线与区间隧道的最小水平净距为14.1m，基坑底标高约7.90m，地铁隧道底标高约为3.40～4.28m，基坑浅于地铁隧道约3.62～4.50m。

2.3 基坑F区与地铁关系

基坑H区地连墙结构外边线与区间隧道的最小水平净距为20.6m，基坑底标高约-0.50m，地铁隧道底标高约为2.90～3.40m，基坑深地铁隧道约3.40～3.90m。

3 对地铁影响的风险评估

3.1 风险预测与识别

3.1.1 环境风险。

3.1.1.1 由于本次联合基坑设计仅考虑开挖至-2F层，局部地块基坑比联合基坑深时，由地块方独立开挖支护，后续各地块独立建设过程中，涉及建设单位多，受各建设方企业管理、领导理念影响大。

3.1.1.2 该工程及地铁结构周边地质条件差，软塑、可塑性粉质黏土层较厚，砂层级配不良。

3.1.1.3 该区域为岩溶强烈发育场地、以无充填或充填少为主，受广从断裂带影响，基岩张性裂隙发育，坑底溶洞可能与地铁结构下方溶洞通过岩层裂隙带、破碎带连通，与上面砂层相连通，地下水量丰富[2]。

3.1.1.4 受该工程基坑H区影响范围内对应的地铁左、右线隧道现状累计最大沉降分别为-10.1mm、-7.38mm；受该工程基坑F区和G区对应范围内的地铁隧道基本表现为向上方隆起，其中左、右线隧道最大隆起分别为9.3mm、5.9mm。

3.1.1.5 地铁隧道及车站结构均采用明挖现浇施工，存在大量施工锋和变形缝。

3.1.2 施工组织风险。①各地块独立建设过程中，涉及建设、设计、施工、监理单位多，沟通协调难度大，联合基坑与独立基坑交接时间长。②施工单位可能存在不按图施工、违规施工等行为。③基坑开挖过程中超挖，不及时架设支撑，不遵循分区、分块、分层的原则。④基坑体量庞大，施工组织不当，不及时回筑地下室结构会导致坑底暴露时间长。⑤施工单位为节省成本，在坑底进行桩基础施工。⑥基坑边堆载、吊装造成基坑支护超限。

3.1.3 施工工法、工艺及质量风险。①围护结构嵌固深度不足、刚度小，支撑高度及角撑受力不合理。②连续墙质量缺陷，基坑侧壁渗漏水；大量抽排地下水。③连续墙、基础桩及支撑立柱施工过程中未采取相关防止塌孔措施，大量抽排地下水或岩溶水。④连续墙、基础桩及支撑立柱施工工法不当，采用冲孔、振动、爆破施工造成溶土洞坍塌。⑤坑底溶洞可能与地铁结构下方溶洞通过岩层裂隙、破碎带连通，大量抽排岩溶水可能会导致地铁下方溶洞坍塌。⑥坑底溶洞可能与上面砂层相连通，大量抽排岩溶水可能导致地铁结构周边土层压缩，造成地铁结构出现不均匀变形。⑦基坑施工过程中，地铁结构周边设置回灌井过度回灌地下水，造成地铁结构周边软塑黏土软化、可塑黏土软化崩塌。⑧砂层级配不良，基坑施工抽排地下水、回灌地下水均可能导致地铁隧道周边沙土流失[3]。

3.2 风险定性评估

3.2.1 环境风险。

3.2.1.1 后续各地块独立建设过程中，涉及建设单位多，受各建设方企业管理、领导理念影响大，靠近地铁的基坑F、H区开挖深度控制难度大。由于地铁保护专家评审会议一致认为，F、H区基坑若开挖三层地下室将会对地铁结构造成重大影响，但后续各地块的业主均为参与地铁保护审查及专家评审工作，独立基坑施工前须继续进行地铁保护报审工作，沟通、协商及现场管控将会相当困难。

3.2.1.2 该工程及地铁结构周边地质条件差，软塑、可塑性粉质黏土层较厚，砂层级配不良，基坑支护、开挖、降水以及桩基础施工等稍有不慎将会引起地铁结构周边土层发生变化，从而导致地铁结构变形。

3.2.2 施工组织风险。

3.2.2.1 各地块独立建设过程中，涉及建设、设计、施工、监理单位多，沟通协调难度大，联合基坑与独立基坑交接时间长；且基坑体量庞大，施工组织不当，不及时回筑地下室结构会导致坑底暴露时间长，致使围护结构变形持续发展，影响周边地层应力的原有平衡，造成地铁结构变形。

3.2.2.2 设计计算、验算及相关专家评审均是在合理施工条件下评定为基本可行，但如果现场施工单位不按图施工，基坑超挖、不及时架设支撑，不遵循分区、分块、分层的原则等违规施工行为，将对周边环境造成重大影响，严重地威胁地铁结构安全。

3.2.2.3 施工单位为节省成本，在坑底进行桩基础施工，会导致坑底长期暴露，造成支护结构变形超限，增加地铁安全风险。

3.2.2.4 基坑边堆载、吊装，将会造成基坑支护超限，并导致地铁结构侧的土层压缩固结，容易导致地铁结构变形。

3.2.3 施工工法、工艺及质量风险。

3.2.3.1 围护结构嵌固深度不足、刚度小，支撑高度及角撑受力不合理，将会造成基坑坑底隆起、围护结构踢脚、变形超限、周边地层水土流失。

3.2.3.2 该区域为岩溶强烈发育场地、以无充填或充填少为主，受广从断裂带影响，基岩张性裂隙发育，坑底溶洞可能与地铁结构下方溶洞通过岩层裂隙带、破碎带连通，连续墙、基础桩及支撑立柱施工过程中未采取相关防止塌孔措施，大量抽排地下水或岩溶水将会导致地铁结构下方溶洞压缩或坍塌，地铁结构变形缝将会出现不均匀沉降。

3.2.3.3 坑底溶洞可能与地铁结构周边级配不良的砂层相连通，连续墙质量缺陷、基坑侧壁渗漏水或施工过程中大量抽排地下水，使得坑内外产生水力梯度，导致土中水分流动，然后带走砂粒，且产生对土体的压缩，也会对地铁隧道的变形有一定程度的影响。

3.2.3.4 连续墙、基础桩及支撑立柱施工工法不当，采用冲孔、振动、爆破施工造成溶土洞坍塌，同时可能导致地铁结构周边砂层液化。

3.2.3.5 基坑施工过程中，地铁结构周边设置回灌井过度回灌地下水，造成地铁结构周边软塑黏土软化、可塑黏土软化崩塌[4]。

3.3 风险管控措施

针对以上风险分析，结合多年的地铁保护工作经验，提出以下管控措施，供后续地保工作参考。

3.3.1 针对各地块独立建设过程中，涉及建设、设计、施工、监理单位多，沟通协调难度大的问题，地铁保护工作人员应提前介入，与邻近地铁地块的建设单位沟通，督促提醒对方按《广州市城市轨道交通管理条例》及地铁集团复函、会议纪要等相关要求进行执行。

3.3.2 严格控制邻近地铁侧基坑F区和H区开挖深度，将F区和H区控制为二层地下室，避免基坑开挖过深对邻近地铁结构造成威胁。

3.3.3 要求设计单位核算基坑支护结构布置体系，围护结构须有足够的嵌固深度，确保连续墙、支撑有足够的强度、刚度和稳定性。

3.3.4 施工过程严格控制地下水位，严禁采取深层降水措施，确保地下水位下降幅度控制在1.0m以内。施工前在地铁侧布置水位回灌井，但须采用无压回灌，严格控制回灌速度，避免砂层中出现沙土流失现象及软塑、可塑性粉质黏土层遇水软化、崩塌。

3.3.5 要求设计单位制定岩溶处理专项方案，现场施工须有针对性地采取相关措施，确保该项目及地铁结构安全。

3.3.6 鉴于该基坑体量庞大、实施时长为管控重点，须严控开挖及封底时间。基坑开挖应遵循分区、分块、分层、及时封闭的原则；严禁超挖，及时架设支撑；当挖至基坑底设计高程时，应立即施做地下室结构，避免因基坑长时间暴露增加地铁安全风险。

3.3.7 连续墙、基础桩及支撑立柱禁止采用赶作业成孔、禁止抽排地下水；须采用泥浆护壁施工，并采取有针对性措施防止塌孔；工程桩应从地面施工，减少基坑暴露时间。

3.3.8 要求施工单位制定完善的施工方案、地铁保护专项方案及应急预案，施工前须对现场管理人员及操作人员进行交底。

3.3.9 地下工程实施须遵循先监测后施工的原则，加强对基坑及地铁结构变形及周边地下水位监测，重点监测地铁车站主体与附属结构、车站主体与隧道结构及相关变形缝的差异沉降。

3.3.10 值得注意的是，数值分析过程中不考虑变形的时空效应，然而地层变化具有时空效应，外部项目对地铁隧道的影响传递过程一般为：基坑－基坑周围地层－地铁隧道周围土层（围岩）－隧道管片－道床。而目前对地铁隧道变形监测对象是隧道管片内部结构和道床，以至于监测数据对危险预测存在滞后性。因此，后续监控管理工作不仅限于监测数据关注，要把地保工作重点放在现场监管[5]。

4 结束语

鉴于广州已进行过多项岩溶地区地铁车站及区间隧道的侧方深基坑工程设计和施工，其中绿地金融中心、中国南方航空大厦、广州无限极广场等项目均位于该工程周边，拥有类似的地质条件，均对地铁结构造成不可挽回损伤。前事不忘、后事之师，地铁保护工作人员应整理过往案例、总结经验，严格监督该工程施工过程，做好充分的沟通，尽量避免施工过程中出现上诉风险源，执行好风险控制及规避措施。