探討地鐵深基坑設計與施工中的常見問題及應對措施

竺有為

摘 要：在地鐵工程中，深基坑施工是一項重要的分項工程，存在一定的危險性。本文以地鐵深基坑設計與施工為探討主題，針對當前各大城市地鐵工程的建設情況，分析其基坑設計中理想的支護方式，與選擇支護形式的具體方法。指出基坑支護過程中組合鋼圍檁失穩(wěn)、整體滑動以及基坑底突涌等常見問題，從基坑降水、土方開挖、管涌以及支持結(jié)構(gòu)的安裝等幾方面闡述有效的安全控制措施。

關(guān)鍵詞：地鐵深基坑;設計與施工;常見問題

中圖分類號：U231.3 文獻標識碼：A

1 地鐵基坑設計

1.1 理想的地鐵基坑支護模式

通過分析與觀察當前大部分地鐵車站基坑可以發(fā)現(xiàn)，其大多呈現(xiàn)出長條形形狀，20 m左右的深度，在完成一系列支護措施的設置后，再開展深挖作業(yè)。對于普通的地鐵工程來說，板撐結(jié)合的支護形式具有更好的應用效果，是較為理想的，這種支護方式主要是在主體結(jié)構(gòu)板的上方設置支撐結(jié)構(gòu)，這樣在澆筑主體結(jié)構(gòu)板后，只要其強度性能達到一定標準，便可以將支護結(jié)構(gòu)立即拆除，省略了額外換撐的作業(yè)步驟，縮減了繁復的操作工序[1]。

1.2 支護形式的比較與選擇

現(xiàn)階段，地鐵基坑的施工技術(shù)已經(jīng)較為成熟，采用的支護結(jié)構(gòu)的組成部分分為兩方面，一是豎向支護結(jié)構(gòu)，二是水平支撐結(jié)構(gòu)。其中，豎向支護結(jié)構(gòu)又包括多種類型，如間隔排樁與密布排樁等排樁支護、連續(xù)墻與水泥土墻等支護結(jié)構(gòu)等，不同結(jié)構(gòu)形式對應的使用條件、優(yōu)點與缺點等亦存在較大差異。無論是排樁支護，還是連續(xù)墻支護，都具有較好的地層適應性，因而被廣泛應用于工程實踐中。

內(nèi)支撐是水平支撐采用的主要結(jié)構(gòu)形式，其主要是由于地鐵工程施工場地周邊存在復雜的環(huán)境條件，且一般處于城市的繁華地段內(nèi)，附近地區(qū)涵蓋較多的地下管線以及建筑物、構(gòu)筑物等，利用內(nèi)支撐的支護方式可以有效增大整個支護體系的剛度性能，并在一定程度上縮減基坑出現(xiàn)變形現(xiàn)象的幾率，避免影響到周邊環(huán)境。與此同時，內(nèi)支撐不會占用過多空間，有效減少了對基坑周邊地下空間的占用，為后續(xù)綜合開發(fā)與利用地下空間的施工工作提供便利條件。在地鐵基坑支護工程施工中，錨拉結(jié)構(gòu)的適用性較低，存在兩方面的顯著缺陷，一方面是技術(shù)限制問題，錨拉結(jié)構(gòu)涉及到對錨桿或錨索的使用，在實際施工過程中，很可能對鄰近的建筑物地基帶來侵擾，影響到周邊環(huán)境的地下空間。另一方面是規(guī)劃的限制問題，對規(guī)劃以外的區(qū)域予以過度占用，必然會對城市地下空間未來的規(guī)劃與利用產(chǎn)生不同程度的負面影響。

2 基坑支護事故常見問題

2.1 組合鋼圍檁失穩(wěn)

在鋼支撐支頂部位上設置組合鋼圍檁后，由于沒有及時做好加勁肋板的加焊作業(yè)，導致槽鋼、工字鋼等型鋼的腹板上承受較大壓力，進而出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，由此引發(fā)組合鋼圍檁失穩(wěn)問題（圖1）[2]。

2.2 鋼圍檁整體滑動

導致圍檁出現(xiàn)整體滑動現(xiàn)象的主要原因是基坑端頭圍檁的抗剪能力不足，且圍護結(jié)構(gòu)間的抗剪性較差。在鋼圍檁節(jié)點貼角與斜向鋼支撐間，會存在焊縫，若其強度較弱，則鋼支撐在實際使用過程中也會出現(xiàn)滑動現(xiàn)象（如圖2）。

2.3 排樁樁間、連續(xù)墻墻幅接縫漏水、漏泥、漏沙

一般情況下，漏泥、漏水等問題容易發(fā)生于連接墻體接縫、支護樁樁間的止水帷幕連接處，如果沒有及時采取有效的處措施，會使得支護結(jié)構(gòu)后方出現(xiàn)水土流失現(xiàn)象，對地下結(jié)構(gòu)造成嚴重破壞，誘發(fā)塌方與下陷等異常情況。

2.4 基坑底突涌

發(fā)生基坑底突涌的主要原因是及地下不透水層的自重壓力過小，低于下部承壓水的水頭壓力，進而使得基底土體出現(xiàn)隆起現(xiàn)象，并隨之有水噴出，砂料涌出。在基底被動土壓力區(qū)大幅流失土體后，便會對基坑整體的穩(wěn)定性造成嚴重影響，甚至引發(fā)基坑失穩(wěn)問題。

2.5 圍護結(jié)構(gòu)在基坑底的嵌固深度不足

圍護結(jié)構(gòu)嵌固深度不足的問題在地鐵深基坑工程中發(fā)生較少，在基坑深度較高的情況下，會優(yōu)先選擇多道支撐的作業(yè)方式，在多點作用下，圍護結(jié)構(gòu)的實際嵌固深度會有所加深，多數(shù)情況下均能滿足工程的施工要求。但若是土質(zhì)硬度較低，屬于松軟土質(zhì)，且基坑帶有較高水位，則可以將圍護結(jié)構(gòu)在基坑底的嵌固深度適當加大，為基坑側(cè)壁的穩(wěn)定與安全提供必要保障。

3 地鐵深基坑安全控制措施

3.1 基坑降水

在基坑開挖作業(yè)前，應確保降水成功，這是保證后續(xù)施工工作順利開展的前提條件，為了提高地鐵深基坑的設計與施工質(zhì)量，需重點把關(guān)止水帷幕這一施工環(huán)節(jié)，確保其完成質(zhì)量符合工程建設要求。與此同時，還需對降水井、觀測井以及回灌井的位置等予以合理設計，為基坑降水的順利完成提供必要保障。

3.2 土方開挖

在開挖土方的施工過程中，應采取分區(qū)、分部的開挖方式，遵循對稱的基本原則，對于實際開挖作業(yè)的各個操作環(huán)節(jié)，均需嚴格依照設計圖紙，與實際的環(huán)境條件與施工工況等緊密結(jié)合，提高監(jiān)測管理力度，將坑頂監(jiān)測落實到土方開挖的各個階段，如若發(fā)現(xiàn)存在異常情況，應對問題的產(chǎn)生原因予以詳細分析，制定針對性的應急方案，采取有效的解決措施。

3.3 管涌

在地鐵深基坑支護施工中，砂地層是容易出現(xiàn)管涌現(xiàn)象的主要部分，因而在開挖作業(yè)階段，需指派專人對其整個開挖流程予以監(jiān)視，若發(fā)生少量滲漏問題，應結(jié)合具體情況對形成原因予以分析，若屬于黏土層上存有殘留水，則可以將小導管插入其中，加以引排。如若是滲水問題，則應將開挖作業(yè)立即停止，及時回填，制定相應的應對方案。

3.4 支持結(jié)構(gòu)的安裝

在深基坑結(jié)構(gòu)支撐體系中，鋼支撐是一項重要組成部分，需嚴格控制安裝、加軸力、拆撐鋼支撐的各個施工環(huán)節(jié)，以隨挖隨撐為基本原則，不得超挖。與此同時，還應將鋼圍檁緊密貼合在圍護樁上，確保其受力均勻，避免在支撐結(jié)構(gòu)的安裝過程中，出現(xiàn)吊裝事故等。亦或是鋼支撐失去穩(wěn)定性，誘發(fā)基坑倒塌等意外事件。

4 結(jié)束語

在當前城市現(xiàn)代化發(fā)展的建設過程中，地鐵工程得到廣泛關(guān)注，也受到市政建設的大力支持。要進一步提高地鐵深基坑設計與施工質(zhì)量，優(yōu)化地鐵使用性能，還需結(jié)合常規(guī)基坑的特點，了解其在施工過程中容易出現(xiàn)的常見問題，選擇適宜的支護結(jié)構(gòu)類型，采取有效的針對性控制措施。

參考文獻：

[1]王雙全.軟土及砂層地質(zhì)下地鐵車站深基坑設計研究[J].現(xiàn)代城市軌道交通，2019（11）：69-73.

[2]歐競澤，管衛(wèi)克，任小龍，等.緊鄰既有地鐵、隧道、周邊建筑超深基坑設計與施工技術(shù)[C].2019：184-185.