復雜地層超深基坑開挖施工的質(zhì)量安全風險監(jiān)督管理

汪結(jié)春

上海市水務建設(shè)工程安全質(zhì)量監(jiān)督中心站 上海 200232

上海作為典型的軟土地區(qū)，當基坑深度很深時往往還涉及承壓含水層問題，這給基坑的開挖施工帶來更大的風險。本文通過分析實際工程開挖施工過程中的風險源，逐一分析復雜地層超深基坑開挖施工的風險管理措施，并提出針對性的監(jiān)督管理要點，給管理人員作為監(jiān)督依據(jù)。

1 工程概況

1.1 工程簡介

本工程試驗段基坑深度約為57.84 m，采用了超深地下連續(xù)墻作為圍護體。超深地下連續(xù)墻深105 m，容易因開叉、夾泥等而引起滲漏問題，這會在開挖過程中對周邊建（構(gòu)）筑物的安全穩(wěn)定性以及超深地下連續(xù)墻本身帶來重大威脅。

1.2 工程地質(zhì)條件

本工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件復雜，工程位于上海市中心城區(qū)，主線沿吳淞江走向分布，西起長寧區(qū)臨虹路（苗圃西雨水泵站西側(cè)），東至靜安區(qū)福建北路。該區(qū)域位于濱海平原地貌單元，沿線揭露的155 m深度范圍內(nèi)，均為第四系松散沉積物，由第四系全新統(tǒng)（Q4）、晚更新統(tǒng)（Q3）、中更新統(tǒng)（Q2）沉積組成，屬第四系河口、濱海、淺海相沉積層，主要由飽和黏性土、粉性土以及砂土組成，分為12個大層，一般具有成層分布特點。

圖1 沿線土層分布示意

2 超深基坑開挖施工的質(zhì)量安全風險

超深基坑的挖深和形狀，對深基坑的穩(wěn)定性和變形有較大影響。前期基坑圍護設(shè)計中，就要考慮空間效應來設(shè)計相應的土方開挖工況圖，并考慮時間效應，按照分層、分塊、對稱開挖的原則設(shè)計。上海地區(qū)的軟黏土具有較強的蠕變性，圍護結(jié)構(gòu)上作用的土壓力隨著時間的變化，土體強度逐漸變小，不利于基坑的穩(wěn)定性。因此，超深基坑土方開挖時應考慮時空效應的影響，這是開挖施工質(zhì)量影響的重要因素。超深基坑開挖的范圍內(nèi)是建造地下基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)及附屬設(shè)施的區(qū)域，它們將成為地下永久結(jié)構(gòu)。然而地下結(jié)構(gòu)的安全質(zhì)量又與工程整體質(zhì)量相互影響，所以必須保證深基坑工程的質(zhì)量。此外，由于超深基坑工程的開挖土方體量巨大，土體中原有的天然應力的釋放量也大，這將使得基坑周邊道路產(chǎn)生差異性沉降，基坑鄰近范圍的建筑物也將由于拉應力的影響而開裂，地下眾多相鄰管線的個別部位出現(xiàn)應力集中等[1]，這對深基坑開挖施工提出了很高的質(zhì)量要求。

超深基坑工程開挖施工，會改變場地范圍內(nèi)地下土的地下水位及應力場，從而造成地基土沉降變形，這會對鄰近建（構(gòu)）筑物及市政地下管網(wǎng)產(chǎn)生影響。影響輕則造成附近地面開裂，重則危及相鄰建（構(gòu)）筑物及市政地下管網(wǎng)的安全和正常使用。本工程超深基坑工程施工工期長，會面臨多次雨季汛期、挖土堆載、重型設(shè)備振動等許多不利條件，安全風險極大，這也給基坑的安全開挖帶來了巨大挑戰(zhàn)。

關(guān)于本超深基坑開挖施工的風險評估，主要包含施工和環(huán)境保護兩方面。本工程埋深大多都在50 m以上，最深的達到60 m以上，開挖過程中施工深度穿越⑤3-2層、⑦層承壓水層并且涉及⑨層和層承壓含水層的降壓工作，如此大規(guī)模的超深基坑開挖施工，其難度放眼上海地區(qū)或軟土地基區(qū)域均史無前例。

通過系統(tǒng)地管控本工程的土方開挖施工，分析施工每道環(huán)節(jié)的風險點，逐一梳理出監(jiān)督管理要點及對策，可以有效地保證工程安全質(zhì)量。

3 超深基坑開挖施工的風險控制及監(jiān)督管理

3.1 場地環(huán)境準備

土方開挖前工程地質(zhì)勘察與地下障礙物處理很關(guān)鍵，地下潛伏的不明管線與工程本身相互影響。不明管線不僅可能會對施工人員的人身安全造成重大威脅，同時也可能由于開挖過程中的破壞而使得施工單位和政府部門遭受重大經(jīng)濟損失。工程地質(zhì)勘察的失真也是危險因素之一，錯誤的水文地質(zhì)參數(shù)會造成地基承載力計算出錯，進而影響材料堆放布置、施工設(shè)備及行車路線的設(shè)計，同時也會造成對地下水位的錯判而造成基坑涌水風險。在正式施工之前，若沒有專項的基坑開挖施工方案就會造成開挖不合理、開挖沒有秩序，在遇到險情時不能及時采取風險控制對策。施工前材料進場的無序堆放也是后期基坑開挖的一個重要的潛在威脅，基坑周邊地面超載會造成圍護變形過大、基坑邊坡滑坡甚至整個基坑坍塌等重大事故。

3.1.1 風險控制要點

1）土方開挖要探明地下管網(wǎng)及地下障礙物，并針對性地采取保護或清障措施，防止發(fā)生事故；基坑開挖中發(fā)現(xiàn)管道、電纜及其他埋設(shè)物應及時報告，不得擅自處理。

2）土方開挖前應進行專項基坑開挖施工方案的編制，繪制土方開挖圖，確定開挖路線、順序、范圍、基底標高、邊坡坡度、排水溝、集水井位置以及挖出的土方堆放地點等。

3）基坑開挖前應確定本工程地下水位降到安全水頭，始終保持基坑無突涌風險。

4）基坑開挖前應設(shè)置2道護身欄桿，鄰近基坑邊緣范圍內(nèi)不允許堆土、堆料和停放機具。

5）施工機械進入現(xiàn)場所經(jīng)過的道路、卸車設(shè)施等，應事先經(jīng)過檢查，必要時進行加固或加寬等準備工作。

6）施工計劃中擬投入的建筑材料、安全防護用品、施工機具應提前落實，施工管理人員及勞動力應及時調(diào)配入場，同時做好入場教育等工作。

3.1.2 監(jiān)督管理要點

1）監(jiān)督管理人員應檢查施工單位是否由有工程勘察專業(yè)資質(zhì)的勘察單位負責勘察，并著重查看工程地下埋藏管線情況及周邊建筑情況，判斷工程是否需采取針對性的保護措施。

2）監(jiān)督管理人員應檢查工程是否進行預降水試驗，并查看所降水位與設(shè)計是否一致。

3）監(jiān)督管理人員應檢查施工方是否做好行車路線規(guī)劃和材料堆場規(guī)劃。

3.2 超深基坑開挖施工

復雜地層超深基坑開挖往往施工條件很差，且本工程周邊環(huán)境復雜，環(huán)境保護要求高。超深基坑開挖施工不當，容易造成圍護滲漏、圍護結(jié)構(gòu)變形、基坑隆起甚至承壓水突涌等重大事故。這種事故不僅對工程造成直接損失，還會延誤工期，同時對周邊環(huán)境造成危害?；娱_挖過程中，圍護結(jié)構(gòu)滲漏會導致坑外水土流失，使得工程周邊建筑管線沉降甚至破裂?？舆叾演d過大會產(chǎn)生過大的附加荷載，造成圍護變形或者基坑邊坡失穩(wěn)，從而造成土方坍塌。另外，由于本工程坑底以下靠近承壓含水層，若基坑開挖過快與降水工作不同步則會造成基坑突涌的事故。

3.2.1 風險控制要點

1）需注意地下連續(xù)墻的接縫及可能存在缺陷的薄弱處滲漏水的風險，開挖前進行探挖觀察，掏槽檢縫，出現(xiàn)滲漏及時封堵，處理完成后方可進行下步開挖。

2）在地下連續(xù)墻接縫外側(cè)提前布設(shè)注漿孔，如發(fā)生滲漏應及時進行注漿，從根源上規(guī)避滲漏風險。

3）確保基坑開挖工況圖是嚴格按照分層、分段、對稱、限時開挖的原則繪制。

4）嚴格控制土坡坡度，注意土壁的穩(wěn)定性，若發(fā)現(xiàn)有裂縫及坍塌現(xiàn)象時，所有人員應離開作業(yè)區(qū)，并啟動應急措施。

5）施工中應嚴格控制建筑材料、模板、施工機械、機具或其他物料在坑邊堆放，對于挖出的泥土，要及時運走或按規(guī)定放置，不得隨意堆放。

6）土方開挖時應按照降水需求隨挖隨降，承壓水水位未降到安全水頭不能繼續(xù)開挖下一層土。

3.2.2 監(jiān)督管理要點

1）監(jiān)督管理人員應檢查接縫兩側(cè)槽段都應具備垂直度檢測資料、刷壁施工記錄、槽底清基施工記錄及槽底沉渣厚度驗收資料。

2）監(jiān)督管理人員應檢查施工單位是否有完善施工現(xiàn)場的物料堆放情況，保證符合施工要求。

3）監(jiān)督管理人員應檢查降水施工專項方案中是否有每層工況開挖所對應的安全水位情況，并檢查現(xiàn)場每日水位記錄是否與方案要求一致。

4）監(jiān)督管理人員應檢查挖土記錄表，確認是否存在超挖現(xiàn)象。

5）監(jiān)督管理人員應查看施工現(xiàn)場是否有專人指揮挖土，防止機械碰撞破壞圍護結(jié)構(gòu)。

3.3 超深基坑信息化控制

本工程地下連續(xù)墻初步設(shè)計深度約110 m，地下連續(xù)墻的施工質(zhì)量是保證整個基坑安全的關(guān)鍵，超深地下連續(xù)墻快速無損檢測手段的不完善極大影響了基坑開挖過程中的風險管控。本工程面臨反復從承壓水層進出黏土層的情況，若缺少實時的信息化監(jiān)測，會導致在開挖過程中對坑內(nèi)外地下水位壓差不了解，進而引發(fā)基坑突涌等事故。本工程沿線會跨越運營及在建地鐵線路以及橋梁、地下通道等，對于圍護結(jié)構(gòu)的變形及周邊道路沉降的監(jiān)測也關(guān)系到周邊建（構(gòu)）筑物的安全以及附近交通是否能夠正常運行。信息化控制有助于人們了解基坑變形的規(guī)律，對出現(xiàn)的征兆可以提前預控，有利于保證基坑施工安全[2]。

3.3.1 風險控制要點

1）基坑開挖過程中，根據(jù)具體周邊環(huán)境確定監(jiān)測范圍，設(shè)置監(jiān)測控制點。

2）基坑開挖過程中，應對地下連續(xù)墻超聲波反射法測試數(shù)據(jù)進行分析評估，剔除不準確數(shù)據(jù)。

3）基坑周邊設(shè)置變形觀測點、沉降觀測點和地下水位觀測點，對重點保護對象應采取保護性監(jiān)測。

4）按規(guī)定每日監(jiān)測、做好記錄并與自動化監(jiān)測系統(tǒng)作比較，既用于調(diào)試自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)，同時也確保自動化監(jiān)測系統(tǒng)的連續(xù)性。

5）當發(fā)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)超標準應及時報告相關(guān)部門并采取有效措施，防止基坑邊坡土方坍塌。

3.3.2 監(jiān)督管理要點

1）檢查檢測元件是否有合格證明、第三方檢驗報告，另外，核查定期檢查記錄以及保護措施。

2）檢查監(jiān)測單位是否有監(jiān)理監(jiān)測數(shù)據(jù)日報制度。

3）檢查監(jiān)測單位是否針對超深地下連續(xù)墻的相關(guān)監(jiān)測項目做好總結(jié)工作。

4）檢查周邊地面沉降變形是否過大，周邊建（構(gòu)）筑物是否有變形開裂并與實測數(shù)據(jù)比對。

3.4 超深基坑風險應急管理

缺少有效的風險應急管理，就不能保證各種應急救援資源處于良好的備戰(zhàn)狀態(tài)，應急救援行動也會因組織不力或現(xiàn)場救援工作混亂而延誤事故應急，從而造成人員傷亡和財產(chǎn)損失。如果施工單位不定期進行科學、合理、可行的事故應急救援預案演練，那么一旦發(fā)生事故，在崗人員會不知所措，或錯誤操作，進而造成事故的擴大和慘劇的發(fā)生。

3.4.1 風險控制要點

1）基坑開挖過程前，應制訂好嚴謹、科學、可行的事故應急救援預案。

2）基坑土方開挖前，應根據(jù)應急預案的要求，落實應急搶險隊伍，現(xiàn)場配備人員、設(shè)備、物資以及專家團隊等應急處置資源。

3）應急搶險隊伍應有類似基坑工程應急搶險經(jīng)驗，配備快速成孔、聚氨酯注漿、雙液旋噴、雙液注漿等配套 設(shè)備。

3.4.2 監(jiān)督管理要點

1）檢查施工單位是否建立風險應急管理制度，落實應急管理小組和責任人。

2）檢查施工單位是否落實應急搶險的物資、設(shè)備以及人員。

3）檢查土方開挖前是否有應急搶險記錄，搶險人員有無培訓交底記錄。

4）檢查應急處置時是否與信息化系統(tǒng)相結(jié)合，信息化系統(tǒng)監(jiān)測到報警值時，相關(guān)設(shè)備、人員是否能迅速響應。

4 結(jié)語

本文從超深基坑土方開挖施工風險著手，從前期場地環(huán)境準備、正式開挖施工、信息化監(jiān)測控制以及風險應急管理幾個方面，分別進行風險辨識，提煉出控制土方開挖施工前后的風險控制措施及監(jiān)督管理重點，為后續(xù)類似工程實施提供管理經(jīng)驗。