轨道交通深基坑施工对环境的安全控制研究.doc

轨道交通深基坑施工对环境的安全控制研究 1 引言深基坑工程的环境影响及其保护问题一直倍受岩土工程界的关注，尤其是在建筑物和管线密集的城区进行基坑开挖时，对周围环境的保护问题往往成为决定基坑工程成败的关键因素之一。随着城市建设和地下空间开发利用的快速推进，深基坑工程的数量不断增加，由深基坑施工引起的邻近建（构）筑物倾斜、开裂，地下管线破裂，道路沉陷等环境安全问题时有发生，由此造成了经济损失，产生了矛盾纠纷和社会影响。因此，必须严格控制深基坑设计与施工对周围环境影响，如何确保周边环境安全，将深基坑开挖对周边环境的影响控制在允许的范围内，已成为控制深基坑工程设计与施工的首要条件。2 轨道交通深基坑施工时对环境的影响城市地铁深基坑工程具有以下特点:(1)深基坑工程施工环境条件比较差。由于高层、超高层建筑都集中在城市中心区及主要街道的两旁，建筑密度大，人口密集，交通拥挤，施工场地狭小；(2)基坑开挖越来越深。为节约土地，充分利用原有基地面积和地下空间，设置车站、人防、机房及消防设施，故地铁结构的深度和层数相应增加；(3)必须设置技术可靠可行的支护结构来确保安全，还要考虑到对周围地下的煤气、上水、下水、电讯、电缆等管线的影响，尽可能减少对这一系列建筑及设施的损坏性影响。城市地铁轨道交通深基坑工程施工时对环境的影响主要表现为：(1) 基坑邻近难以拆除或避让的旧建筑、重要建筑或保护性建筑，由于既有建筑基础埋深浅，结构老化，承受影响的能力差，基坑施工导致房屋倾斜和结构开裂，这类问题一般要发生经济赔偿，并造成一定的社会影响。(2) 基坑靠近马路，由于施工过程中的降水不当或围护结构渗漏水，产生马路沉陷，地下管线开裂等问题。此类问题虽不会造成较大的安全事故，但发生概率高，影响市民出行和正常生活。(3)基坑周边为重要地下设施和管线，如地铁、原水管渠、合流污水管或精密仪器基础等，保护要求十分严格（变形控制甚至以毫米计），环境风险大，保护费用高。(4)在地下空间开发强度和密度高的区域，多个基坑先后施工，导致对周边环境的累积影响增加，对受多次影响的建（构）筑物和地下管线极为不利。(5)相邻基坑工程，因先期施工工程会对后续基坑工程提出环境保护要求，因先后建设顺序和相互保护问题而发生矛盾，此类问题呈现日渐增多的趋势。3 轨道交通深基坑施工时对环境的影响主要原因分析根据近年来全国各地区大量深基坑工程的工程实践，引起环境安全问题的主要原因大致有以下几个方面：(1) 在施工前对邻近的建筑物荷载以及施工机械、土方运输和重载车辆行驶的荷载考虑不周，导致地面超载取值不当，围护结构刚度偏小，实际变形大。(2) 围护墙体和支撑刚度不匹配，造成围护结构整体刚度和整体稳定性差，引起支护桩墙体产生过大的变形，坑底隆起和地面沉降。(3) 基坑范围内微承压水和承压水处理不当，产生管涌和流砂，引起土体流失，造成周围地面过大沉陷而影响环境安全。(4) 由于降水施工失误，造成降水影响范围增大，引起地面不均匀沉降，使得附近建筑物及地下管线遭受损坏。4 轨道交通深基坑施工对环境影响的安全控制措施深基坑施工过程中对环境的保护是一项既重要又相当复杂的工作，涉及到工程地质条件、周边环境条件、施工方法、施工能力等多方原因。针对深基坑工程施工造成对周边环境的安全影响，可以从一下几个大方面进行控制。4.1 准确调查周边环境（1）明确调查范围。深基坑工程设计、施工前，认真地对周边环境条件进行调查，及时掌握环境信息的动态，也是深基坑工程设计和施工时确保环境安全的重要环节。对深基坑周边环境条件进行调查时，首先需要明确调查范围。调查范围一般根据基坑开挖深度和降水影响范围确定，按照常规经验，基坑开挖和降水的影响范围一般为开挖深度的2倍左右，从确保安全的角度出发，周边环境条件的调查范围应不小于基坑开挖和降水的影响范围。（2）调查内容尽量详细。对调查范围内的地上、地下建（构）筑物、市政管线、轨道交通以及同期建设工程等的情况进行调查，尤其是地下工程，需要摸清详细的工程资料，如地下建（构）筑物的位置、层数、结构类型、竣工时间、基础类型、持力层及其与本基坑边的相互关系；管线的类型、位置、埋深、走向，及其规格、接头形式、埋设时间、埋设时支护结构等；相邻地铁、人防工程或隧道等地下构筑物的平面位置、尺寸、埋深、施工时间及其基坑边坡支护结构或放坡范围。此外，同期建设工程或市政设施的性质、规模、特点、施工情况以及相邻工程的沟通协调情况等。4.2 施工期间对基坑降水及地下水影响控制在施工期间，为减少基坑降水及地下水对工程的影响和危害，通常采取下列措施：(1)采用全封闭形的挡土墙或其它的密封措施,如地下连续墙、锁口钢板桩、灌注桩、旋喷桩、水泥土搅拌桩等，将井点设置在坑内,井管深度不超过挡土墙的深度，仅将坑内水位降低，而坑外的水位将维持在原来的水位；(2)根据工程实际情况，适当地调整井点管的埋置深度;如果在降水影响区范围内有建(构)筑物、管线等需要保护时,可在确保基坑不发生流砂和地下水不从坑壁渗入的条件下,适当地提高井点管设计标高；(3)采用井点降水与回灌相结合的技术,在井点降水管井与需要保护的建筑、管线间设置回灌井点、回灌砂井或回灌砂沟,持续不断地用清洁水冲洗,(以免土体发生孔隙堵塞,降低土地渗透性能而影响回灌效果)回灌,形成一道水幕,以减少沉降；(4)为减少坑内井点降水,减少降水曲面向外扩张,防止邻近建筑物基础下地基土因水位下降、水土流失而产生的沉降,在井点降水前,在需要控制沉降的建筑物基础周边,布置注浆孔,控制注浆压力。4.3 施工期间对基坑变形控制的措施基坑施工时,在抗变形环节上，首先应做到以下控制措施:(1)根据基坑围护体系规律，其变形可以分为两个阶段，一是开挖到设计标高时的变形,二是到底板结束时的位移。而第二阶段的变形与基坑暴露时间有关,暴露时间越长,风险性越大，必须掌握好两阶段开挖的时间；(2)基坑工程的受力特点是大面积卸载,坑周围和坑底应力场从原始条件逐渐降低。基坑暴露后,应及时铺设混凝土垫层对保护坑底土体不受施工扰动、土体应力松弛具有重要作用;(3)防止基坑周边出现超载,否则会增加墙后土体压力及滑动力矩,降低围护体系的安全度;(4)施工时还需考虑到在大量卸荷后,坑周围应力场变化,地面或多或少会产生许多裂纹,降雨或施工用水进入土体会降低土体的强度,并增加土压力。另外，施工中应设法减少土体中有效应力的变化,提高土的抗剪强度和刚度,为此必须保证: (1)在基坑周开挖过程中和开挖后,应保证井点降水的正常进行;(2)尽量减少基坑坑底的暴露时间,尽快浇筑垫层和底板混凝土;(3)必要时,在开挖前对坑底土体进行局部加固处理。5 工程实例某地铁站工程,两端起止里程线路长度约1.5km,基坑深度812m。地势基本平坦,场地地貌属长江漫滩,设计基底加固为深搅桩加固,采用明挖法施工,围护桩桩长15.619.6m,其中钻孔桩桩径800mm,深搅桩桩径650mm,桩间距1050mm,相互咬合200mm,钻孔灌注桩采用C25钢筋砼桩,搅拌桩采用四搅两喷法,水泥为425#,水泥掺量为16%,水灰比为0.450.5。区间范围内自上向下土层构成分别为人工填土、淤泥质填土、粉质粘土、淤泥质粉质粘土、粉土、粉砂。基底所处的多为淤泥质粉质粘土层,隧道结构大部分也坐落在该土层中,该土层地质性质表现为“三高一低”,即高灵敏度、高压缩性、高含水量、低强度等,有高压缩性的特点,局部有轻微震动液化土层。地下水丰富,影响工程的主要为浅层潜水,主要由大气降水和地表水补给,水位埋深约0.61.5m,且土层渗透性差。该工程的深基坑施工采用以下的施工方案:(1)采用“时空效应法”指导基坑施工。“时空效应法”的主要施工特点是:根据基坑规模、几何尺寸、围护墙体及支撑结构体系的布置、基坑地基加固和施工条件,按照“分层、分段、对称、平衡、限时”的原则来确定施工方案。(2)施工机具简单、施工灵活、污染小、噪音低、不扰民。(3)支护与土方开挖同步进行,边挖边撑,保证基坑安全。基坑开挖前进行必要基坑土体加固,对基坑外7.5m,基坑内地下水位降至基底以下3m,用真空管井降水法提前20d左右降水加固土体。在基坑开挖中,沿纵向的分段坑底长度L24m,而在每开挖段每开挖层中,又分成8m长一小段,挖好一小段,即直接在围护结构的规定位置撑2根支撑。开挖某一层(约2.53.5m厚)的小段(约8m长)的土方,要在16h内完成,即要求在8h内安设2根支撑并施加预应力。开挖到基底,经检查处理后,应及时进行封底垫层及其后续工序施工。施工中要做好基坑上下的排水,一是防止地表侵入支护结构周围的土体,二是确保基坑底部排水通畅,防止底部积水浸泡桩根土体。6 结束语地铁深基坑开挖引起的环境效应是一个复杂的动态系统，在全过程施工中，应注意如下几个方面：(1) 依据工程地质条件分析、环境条件现状和安全标准，加强安全性报告和施工方案各环节的质量，采取必要的工程技术措施，可有效降低环境安全事故。(2) 在观察基坑开挖对周围环境影响时，应把位移（沉降）大小和速率结合起来，考察其发展趋势，不能孤立分析。并且，应考察影响对象的重要性和承受能力，采取不同的处理措施。(3) 为确保深基坑工程的环境安全，应从设计、施工、管理和监督各环节加强保护措施的落实，以确保环境的安全。