基坑工程與地下工程安全及環(huán)境影響控制

陳慧旺

摘 要： 隨著城市中基坑工程與地下工程的建設規(guī)模和建設難度的增大及環(huán)境條件的日益復雜化，對基坑工程與地下工程的安全以及其施工過程對環(huán)境的影響控制提出了更高的要求。本文對基坑工程及地下工程技術的發(fā)展進程進行研究，分析了現(xiàn)存問題，并在此基礎上對我國基坑工程與地下工程安全及環(huán)境影響控制策略進行了系統(tǒng)總結。

關鍵詞： 基坑工程；地下工程；安全；環(huán)境影響控制

【中圖分類號】 TU753 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 2236-1879（2018）11-0154-01

在城市用地現(xiàn)狀愈發(fā)緊張的現(xiàn)實背景下，地下空間的開發(fā)也就顯得至關重要，并被社會各界廣泛關注起來。地下空間可以說也是城市發(fā)展中不可或缺的資源類型，關于地下空間的開放也更加深入，推進難度也隨之不斷增加。在經(jīng)濟發(fā)展的過程中，城市交通運行壓力也不斷增加，這就使得地鐵的重要性愈發(fā)明顯。通過對可靠資源進行研究不難發(fā)現(xiàn)，地鐵這一交通運輸形式已經(jīng)被拓展應用到各個大城市中，但是無論是在建工程，還是竣工工程，其安全性都是需要重點考量的基準性指標。

一、基坑與盾構隧道工程的發(fā)展及現(xiàn)存問題

（一）基坑工程向著深大長方向發(fā)展。

在城市發(fā)展過程中，城市基坑開挖深度也逐漸增加，部分城市在發(fā)展的初級階段，都不會將基坑深度設置在難度過大的環(huán)境中，而隨著城市建設規(guī)模的不斷增加，高層及地鐵需求量不斷攀升，這就需要對基坑開挖深度進行進一步延伸，，在這一過程中，基坑規(guī)模也呈現(xiàn)出了大幅度增長的趨勢。

（二）深基坑工程變形控制成為制約性要求。

軟土地區(qū)的深基坑設計、施工難度大、風險高，對變形控制要求嚴格。深基坑施工可引起基坑內(nèi)變形、鄰近處變形和區(qū)域性沉降。對于地鐵、機場、高鐵等對環(huán)境條件，環(huán)境變形的控制要求mm級，傳統(tǒng)變形被動控制理論與方法已不能滿足mm級控制要求，深大長基坑變形對環(huán)境安全影響的mm級微變形主動控制成為新的城市發(fā)展及環(huán)境下的重大需求。

（三）深基坑工程中的地下水控制成為突出問題。

由于基坑深度的大幅度增加，使承壓水控制成為超深基坑分析與設計的一個重要組成部分，有時甚至是制約性的關鍵問題。國內(nèi)外已經(jīng)有不少因承壓水引發(fā)的坑底突涌或流土引發(fā)的工程事故，坑底突涌、流土一旦發(fā)生，很難加以控制，其后果很嚴重。此外，當承壓含水層分布厚度加大，及時采用很深的地下連續(xù)墻或超深止水帷幕也難以截斷時，承壓含水層抽水降壓對環(huán)境的影響及控制就成為一個重要課題。尤其是大城市新區(qū)的建設，在一個局部的區(qū)域內(nèi)可同時或先后有很多基坑施工，承壓水的大量抽降則可引起區(qū)域性的地下水位大幅度下降并引起地層大范圍沉降。

（四）基坑的局部破壞、連續(xù)破壞及整體穩(wěn)定問題。

早期基坑開挖深度不大時，基坑失穩(wěn)機理較為明確。當深度增加至20～30m甚至更深后，軟土地區(qū)基坑支護體系往往由地下連續(xù)墻加多道水平支撐體系組成復雜的結構體系，甚至還有基坑內(nèi)、外的土體加固。目前基坑基于平面問題的穩(wěn)定破壞模式顯然已經(jīng)無法反映深基坑連續(xù)破壞的特點與機理。有必要對深基坑連續(xù)破壞這種重大地下工程災害的產(chǎn)生與演變機理進行深入研究。

二、基坑工程與地下工程施工安全及環(huán)境影響控制策略

（一）基坑沿長度方向上的連續(xù)破壞。

大長度基坑發(fā)生了一些沿長度方向上由局部破壞引發(fā)數(shù)十米至一百米以上的連續(xù)破壞事故，然而基坑由局部破壞發(fā)展為大規(guī)模連續(xù)破壞的機理卻少有研究。國內(nèi)學者設計了懸臂排樁支護基坑局部支護樁破壞倒塌的模型試驗，對局部破壞引發(fā)的土壓力和支護結構內(nèi)力變化等規(guī)律等進行了研究。結果表明，基坑局部垮塌會引起鄰近樁的樁身內(nèi)力瞬間增大，隨后坑外土體滑塌進基坑內(nèi)，造成鄰近支護結構主動區(qū)卸載，但此卸荷過程相對滯后。據(jù)此，研究人員等提出了荷載傳遞系數(shù)的概念，即局部破壞引起相鄰不同位置的其他樁內(nèi)力的提高倍數(shù)，其與鄰近樁承載力安全系數(shù)的相對大小決定著連續(xù)破壞是否能夠發(fā)生與發(fā)展。

（二）漏水漏砂災害的控制方法。

根據(jù)已有事故的工程經(jīng)驗，許多學者提出了災害治理的應對措施，然而針對具體工程尚應制定具體的災害預案與治理措施。從漏水漏砂災害發(fā)展機理的角度出發(fā)，主要有以下幾點措施：第一，控制孔洞或縫隙的發(fā)展。對于地鐵隧道來說，應控制管片接縫的張開量；對地下連續(xù)墻來說，應控制孔洞的持續(xù)發(fā)展。第二，對土體流失的松動區(qū)進行注漿加固，并選用快凝漿液。采取慢凝漿液不僅起不到堵漏的作用，甚至會惡化災害的發(fā)展。第三，坑外快速降水是控制災害發(fā)展的一個方向，此措施的關鍵在于降水速度。第四，在上述措施失效后，向地下結構中灌水是控制災害發(fā)展的最后的選擇。

從工程管理角度出發(fā)，主要措施如下：第一，富水砂層中施工具有較高風險，在這類地層中施工要重視其風險控制。第二，保證地連墻或止水帷幕的施工質(zhì)量。攪拌樁傾斜會降低止水帷幕的止水效果，易引發(fā)災害。膨潤土夾層、空氣夾層將發(fā)展為地連墻的孔洞，施工時應避免。第三，隧道施工過程中盾構機的密封性要反復確認檢查，尤其盾尾密封處。第四，施工過程中進行及時的監(jiān)測與信息反饋。第五，一旦發(fā)現(xiàn)漏水點，即使流量很小，應立即采取合理措施進行治理。第六，盾構機的始發(fā)和到達具有較高風險，應保證坑外土體加固的質(zhì)量。

（三）基坑水平支撐體系的連續(xù)破壞及冗余度。

傳統(tǒng)的基坑水平支撐設計理論是基于構件進行強度設計，難以保證整個支撐體系具有足夠的冗余度，從而無法避免水平支撐結構在局部破壞情況下發(fā)生連續(xù)破壞。本文在對資料進行研究的過程中就發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)學者以環(huán)梁形式的水平支撐體系為例，設計出不同的環(huán)梁支撐平面布置方案，利用離散元軟件PFC，通過FISH語言二次開發(fā)定義了鋼筋混凝土桿件的破壞準則，實現(xiàn)了局部構件破壞時水平支撐結構體系的連續(xù)破壞模擬，確定了水平支撐體系的整體破壞荷載。在此基礎上，提出了一種考慮水平支撐設計荷載的冗余度評價指標，即綜合冗余度因子。

結語：

國內(nèi)基坑工程和地下工程的穩(wěn)定設計理論目前仍停留在基于平面問題的假定。大量的基坑工程和隧道工程的事故表明，基坑工程和隧道工程可因局部破壞發(fā)展為漸近破壞甚至連續(xù)破壞，導致產(chǎn)生大范圍的破壞。因此，需發(fā)展基坑工程與隧道工程的防止連續(xù)破壞的設計理論與方法。目前基坑工程、地下工程施工引發(fā)的環(huán)境變形及引起的社會矛盾、工程事故仍然較多，復雜環(huán)境條件下的隧道工程的設計、施工還需開展進一步的研究。

參考文獻

[1] 謝立鵬.淺談基坑工程與地下工程安全及環(huán)境影響控制[J].民營科技，2017（07）：149.

[2] 鄭剛，朱合華，劉新榮，楊光華.基坑工程與地下工程安全及環(huán)境影響控制[J].土木工程學報，2016，49（06）：1-24.