談上海地鐵深基坑施工中影響工程安全的常見問題

【摘要】近年來隨著城市建設的大發展，交通車輛猛增。且上海地鐵基坑建設也隨之向“寬、深、大”的方向發展，故地鐵車站深基坑施工的安全技術問題越顯突出，風險控制要求也越來越具體，難度俱增。本文就上述問題結合上海新一輪大規模地鐵建設中所發現的影響工程安全的常見問題提出探討。
【關鍵詞】深基坑施工快速施工 及時有效 支撐 降排水效果 風險意識
0 緒言
地下建筑是一種結構空間取代巖土空間的工程活動，上海軟弱土層的地鐵車站深基坑工程也不例外。上海建造地鐵不僅要穿過密集的建筑群和縱橫交叉的管線網，而被地鐵工程空間取代的又是飽和軟弱淤泥質土層，在這樣苛刻的條件下修筑地鐵車站，給我們保護環境安全和防止基坑的失穩，增加了困難，也就是說深基坑施工隱藏著很大風險性。上海地鐵車站埋深一般在16～23m，該基坑工程是由地下連續墻做圍護、坑內土層注漿加固和井點降水后挖土、支撐及結構混凝土等工程的組合，是一項復雜而帶風險的綜合性工程，其中挖土與支撐是決定基坑施工成敗的關鍵工序，是深基坑工程的主要風險階段。挖土是個卸載過程，是對地層破壞和擾動，破壞了土體結構的原平衡狀態，引起土體內應力場的變化，它的后果是使基坑內的土體向開挖方向滑動，產生坑底土體的回彈和圍護擋土結構的內移，這變化的實質也是種平衡，但是種自然的破壞性平衡，為了有效控制這種破壞性的平衡，設計采用了φ609鋼管支撐措施。支撐是承受圍護所傳遞的水土壓力，來平衡主動壓力，但這鋼管支撐只是臨時過度性措施，還必須盡快的按設計澆注混凝土結構才是永久性的平衡措施。所以說基坑工程施工破壞在前，平衡在后，變形在先，支撐在后，回筑更后。支撐總是滯后于圍護的內移，因此及時而有效的支撐，是深基坑工程施工減小圍護墻無支撐暴露面積和無支撐暴露時間，減小圍護墻的變形，減小基坑工程風險十分重要的安全技術保證措施。
注漿加固和降水工程是上海地鐵基坑工程不可缺少的技術措施，日的是通過加固和降水改變上海軟弱土層的土體結構和含水量來提高土體強度，增強基坑整體抗失穩(滑坡和隆起)的能力，被動土的抗力增加，減少了圍護結構的變形，有利于環境的保護。但加固和降水也存在負面效應，盡管不大，卻客觀存在，它們都是先破壞后加固的，地基加固有擠壓擾動作用，對圍護墻有外推趨勢，降水產生土體干縮引發圍護墻內移。這種負效應是有限的，而且加固和降水在基坑工程中相對于挖土和支撐是靜止的，地層空間變化不大，挖土和支撐卻在動態中進行，占了基坑工程很大的時空，因此說挖土和支撐是決定基坑工程施工成敗的關鍵所在，是深基坑工程施工的風險主要階段。
綜上所述，筆者認為：
1采取對策
上海深基坑工程施工的安全問題要控制風險的出現，就是要可靠的防止基坑整體失穩(滑坡和隆起)，要防止支撐體系的強度破壞(支撐的偏心撓曲和撐點滑動)，采取的對策：
1．1 堅持按時空效應原理確定施工參數
時空原理就是針對上海軟土地層具有流變的特性，利用土在基坑開挖過程中位移的變化規律，提出的一種控制措施，具體地說對車站施工全過程按工序進行分解控制，在空間上規定尺寸大小，在時間上定下完成時限，按量化的空間和時間結合有序的操作。上海地鐵一、二號線車站建設的實踐證明，按時空效應原理施工是非常有效的積極的主動的安全施工措施。有了工程的安全，也就有了環境的安全，因此利用好時空效應的原理，才是根本的直接的環境保護措施。
1．2 在監測數據指導下，按時空效應原理組織均衡的快速施工
快速施工是地下建筑安全施工的二大要素之一，快挖土、快支撐、快回筑，向“快”要安全。這種“‘陜，’是有序的“快”，是有準備的“快”，無序無準備的快是亂，亂要出亂子，該“快”不快也要出亂子。序就是按工序編制施工程序和操作細則，嚴洛按細則操作，做到有條不紊，分工明確、落實崗位、責任到人。工序施工準備就是要有超前的意識“做一、備二、想三”(根據能力、環境、天氣)。要做到有序有準備，事前要向全體施工人員進行施工方案的技術交底，這是關鍵也是先決條件，只有施工人員都明白了，做什么，怎么做，為何要這樣做，什么時間開始做，什么時間完，好的標準是什么，如何配合?分工明確、責任到人，就可以“快”起來。簡言之，要使全體施工管理人員、工人建立起對深基坑工程施工要有盡快建立起新的永久平衡概念，有保護環境的風險意識，才會自覺的去“快干”，這是一項深基坑施十分重要的管理措施。
1.3水
施工中少不了水，但水往往是地下工程工程事故的禍根，因此處理好水可稱謂是地下建筑安全施工二大要素之二。降排水不僅關系到改善工人下坑挖土、修整的勞動條件，更是提高土體強度(撐力)減少回彈，減小基坑變形的措施，而且也是縱坡穩定預防滑坡的重要措施。因挖土后邊坡前后出現了水位差，便產生水在土坡中的滲流，對土坡的穩定是十分不利的。要十分重視降排水的效果，降排水效果也是組織快速施工不可缺少的重要保證。因此做好基坑工程的明水疏排和暗水降排是深基坑施工十分重要的不可缺少的技術措施。
2 目前在深基坑開挖中常見的不安全的隱患
2．1 支撐的及時性是關鍵工序
目前在工地巡查中不易反映出，多數無記錄、問圍護墻無支撐暴露時間多長?說不清，少數經仔細詢問有的是“在5～7h，多的要花19h撐上支撐”。從《監測報表》反映有的測點變形值很大，已提出了報警(有累計值，也有一天的變化值)但沒見到對策措施記錄。
2．2 支撐的可靠性、有效性存在的問題較多
(1)較多工地的斜撐焊接無仰焊，僅有的俯焊焊縫的質量達不到要求，漏焊、間斷點焊為數不少。這會引起斜撐因較大的剪力而產生脫焊的危險。
(2)幾乎每個工地都有契形針(傳力墊塊)契人深度不過中的，42cm長的契形針，有的竟只契入5cm，形成偏心傳力。造成偏心的還有單塊契入和二塊契形傳力墊塊同向契人，甚至有用三塊針同向契入的。有的站采用了箱型伸縮段的活絡頭，這種箱型伸縮段本身有一斜面，所以只需單塊契形傳力墊塊，但也有用了二塊、三塊契入，造成偏心傳力。當然，也有較好的工地42cm長的傳專力墊塊，契人后頂端的高度都能保持不過φ609管外緣高度。
(3)支撐承壓端板與地下墻不密貼，有的用鐵塊來墊，也出現了用木塊來墊的，造成偏心：較好的工地，端板電焊了200mmx200mmx20mm的中心傳力墊塊，其周邊又用雙陜砂漿墊塞。
(4)有的工地在支撐上堆上了土或支撐被混凝土塊壓而往往不當一回事的，個別工地竟在鋼支撐上堆土并鋪上走道板，停置挖機進行挖土的嚴重違章作業。
(5)有的工地竟用φ16和φ25鋼筋代替傳力墊塊的，也有用2cm厚代替4cm厚塑塊的。
(6)有支撐不直的(水平方向)，有螺栓松動的(較多的工地存在)，個別支撐還缺少螺栓。
(7)契形傳力墊塊加工不規范，用氣割加工后不再刨平。致使使用的契形傳力墊塊不平整，有卷邊毛刺，無法契人，產生偏心傳力。應該說，凡未經刨床加工的和契形傳力墊塊斜率不—致的契形墊塊都不準使用。應備制些寬度不同蚴巨形墊塊，用來調節活絡頭伸縮段長短，而契形傳力墊塊只是用來契緊傳力。
(8)普遍存在支撐與中間立柱樁的縱向聯系梁抱箍抱得過死，不能在需要時進行調整。
2．3 明溝排水系統不完善
基坑開挖過程中，明溝排水系統不完善，常常是缺少縱向排水明溝，集水井如果有也是小和淺，排水不暢，一下雨基坑就積滿水。基坑水溝和集水井要及時設置，不能下了雨再去挖。必須隨挖土隨修坡同時修筑。下了雨再挖勢必泡軟基坑土層。對留置較長時間的土坡，縱坡頂可不設橫截溝，只設20～30cm高的擋水堤。層平臺也不設橫截溝，只須縱向帶斜面(10‰·30‰小緩坡)即可，或挖成樹枝狀的水溝。集水坑應設在總坡底(或層坡底)，若要設縱向排水明溝，不能沿地下墻邊，要設在坑中或三分線上。要十分小心土坡地層內的暗浜及廢除的管線和人防殘留設施，會有產生軟淤泥或暗流的危險，如不可靠地排除，將會導致災害性的事故，此應務必引起高度重視。
2．4基坑開挖局部有超挖現象
其表現在有的工地在兩道支撐間的層坡過緩，達1：3，所以近坡腳區域出現超挖，造成無支撐暴露面積過大，時間過長，地墻的變形就大，開挖中各層土宜挖至支撐底下20cm左右。問題嚴重的還是大多工地的層坡過陡，有的已是直立，當降水不好或下了雨就會出現小滑坡的險情，有的工地竟同時有二個，甚至于三個陡立的層坡。正確的做法必須是土挖完，即進行修坡、修平臺和挖水溝，達到了安全層坡的要求，再挖另一層段的土方，使基坑縱坡常保持在安全坡度狀態下。土坡要按土性經過邊坡穩定性分析，定出安全坡度，縱向放坡要小于這安全坡度。通常降水好的基坑層坡保持1：1．5左右，總坡做到1：2．5-1：3為宜。修坡必須自坡頂起鏟下，切忌從坡腳開始。
2．5 支撐活絡頭伸縮段伸出過長
支撐活絡頭伸縮段伸出過長，有的長達40cm。一肥不宜超過20cm。
2.6墓坑邊堆載的危險性來引起重視
基坑邊堆載的危險性還未引起高度十分重視，放管片、停大型機械、堆土方等還存見。
3 需改進的工作
基坑開挖必須建立下“任務單，’和填寫“挖土支撐記錄表”的制度使挖土、支撐的施工單位和監理人員對當天的工作做到心中有數，挖土的配上足夠的挖運能力不能哪里好挖挖那里；支撐的要事前預拼并備足配件，做到土完即到場設撐；監理人員在土完設撐時要旁站，加預應力，下契塊，各方負責人填表簽字。目的達到有序快速，做到支撐及時、有效。當然關鍵還在于要結合《監測報表》經常分析“記錄表”中，挖土完到支撐加力完的時間，提出緊湊工序銜接，或調整場布、調整機具或調整工序安排等有效措施，盡可能地縮短時限，優化時空參數，減少無支撐暴露時間，達到控制基坑變形在允許范圍內的目的。
3．2 減少基坑暴露時間
盡快的按設計回筑好結構，建立永久的平衡。結構回筑要快，尤其是底板和底板前的墊層。端頭井面積較大墊層可分為幾缺，結構施工段的墊層也可分成幾小段；大于200平方米以上胡基底不能置留一天以上。尤其是遇大雨，墊層可挖一塊(段)澆注—塊(段)，但必須對應著支撐的位置筑墊層混凝土；底板混凝土應在墊層混凝土完后的5～7d內澆注，，總之澆注墊層和底板要搶，越快越好。
3．3 加強監測工作
《監測報表》要及時、準確和完整。監測數據要上午測，下午就送施工、監理和建設單位，加密測試的《快報》測后二小時內必送交。每周要做周分析，在例會上講評，并將分析報告在周一送項管部一份。當監測出現報警值，監理要組織分析，提出對策意見。
4 將復加支撐預應力的控制措施定為制度
(1)在撐了第三道(或第二道)支撐后，對第—道、第二道軸力作檢查，如預應力損失大應及時復加到設計規定的值；當撐上第五道(或第四道)支撐后，對第三道和第四道作險查并施加到設計規定值。
(2)如圍護結構或周邊環境變形值較大(出現報警值)即對變形大的測點左右約—倍坑深影響范圍內的支撐，復加比設計規定的軸力再大10％的撐力(當然這要事前征得設計的同意并辦妥簽證手續).