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地鐵基坑設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)控制

文檔作者：樊紅衛(wèi) 文檔來源：中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年05月10日
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施工技術(shù) 2011年9月下6 CONsTRuCTl0N TEcHNOLOGY 第40卷 第349期地鐵基坑設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)控制樊紅衛(wèi)(中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西西安710075)【摘要]地鐵基坑比一般的建筑基坑深度大，且一般位于城市主干道下方，周邊管線眾多，坑邊道路有動(dòng)荷載影響，基坑安全性不易保障，存在很大風(fēng)險(xiǎn)，有效地認(rèn)知和防范地鐵基坑存在的風(fēng)險(xiǎn)，對基坑和周邊建筑的安全具有重大意義。從規(guī)劃到設(shè)計(jì)的各個(gè)階段對影響地鐵基坑安全的因素進(jìn)行分析，以期達(dá)到減少地鐵基坑風(fēng)險(xiǎn)的目的。[關(guān)鍵詞】地鐵；基坑；風(fēng)險(xiǎn)；支護(hù)[中圖分類號(hào)】u452 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A [文章編號(hào)】l002-8498(2011)18羽06_03The Risk Control of Subway Foundation ExcaVation During DesignFan HOngwei(CCCC First日培_Il伽Iy Su陽咿&amp;amp;D鄂溏n脅sI如H招co．，厶d．，瓜’8n，S_Il口口聰i 710075，C_Ilf船)Abstract：The subway fbundation excaVation i8 always deeper than gener8l building excavation， and italways located beneath the city trunk road． Large number of pipelines surrounding the subway foundationexcavation are efbcted by dynamic load，so the security of foundation excavation i8 di￡ficult to secure withgreat risk． It have great significance to subway fbundation excaVation and surI．ounding buildings securityby recognizing and efkctively preVenting the ri8ks． The author analyze the innuence factors of subwayfoundation excavation s如ty f而m the planning to design in order to reduce the ri8k of subw8y foundationexcavation．Key words：subway；fbundation excaVation；risks；support地鐵工程主要由車站、區(qū)間結(jié)構(gòu)和配套的車輛段或停車場組成，其中車站基坑均位于交通主干道下方，周邊建筑密集，管線眾多，交通繁忙，深度大，工期長，工程風(fēng)險(xiǎn)高。地鐵基坑多為長條狀深基坑，普通地鐵車站基坑長度一般在180m左右，寬度約20m，深15m左右。換乘站的基坑依據(jù)換乘方式可分為十字形、T形等，平面形狀不規(guī)則。深度接近30m，且坑邊道路有動(dòng)荷載影響，基坑安全不易保障。我國到2016年將新建軌道交通線路89條，總建設(shè)里程為2 500km，投資達(dá)9 937億元。大規(guī)模、高強(qiáng)度的地鐵建設(shè)，需要提前在設(shè)計(jì)階段做好深基坑的風(fēng)險(xiǎn)防范，杜絕事故發(fā)生。本文主要對深基坑風(fēng)險(xiǎn)的認(rèn)知、設(shè)計(jì)過程的風(fēng)險(xiǎn)防范進(jìn)行論述。l 地鐵深基坑風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)知1．1風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)知深度深基坑面臨的風(fēng)險(xiǎn)包括沒有認(rèn)識(shí)到存在的風(fēng)險(xiǎn)[收稿日期]20Il舭-25[作者簡介】樊紅衛(wèi)，中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司隧道軌道分院高級(jí)T程師，西安市高新技術(shù)開發(fā)區(qū)西區(qū)科技四路205號(hào)710075，電話：(029)884414¨．8803．E．mail：ffanhongWei@163．com和已經(jīng)意識(shí)到風(fēng)險(xiǎn)，但是采取的措施沒有能夠預(yù)防風(fēng)險(xiǎn)。最大的風(fēng)險(xiǎn)是沒有認(rèn)識(shí)到的風(fēng)險(xiǎn)。基坑周邊和基坑范圍內(nèi)的一切都可能構(gòu)成基坑風(fēng)險(xiǎn)，如基坑范圍的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、地下管線、地下構(gòu)筑物、周邊建筑物、周邊道路車流等。另外，天氣因素，如突降暴雨、連續(xù)降雨等也可能構(gòu)成基坑風(fēng)險(xiǎn)。1．2風(fēng)險(xiǎn)防范周期深基坑工程的風(fēng)險(xiǎn)防范應(yīng)從線網(wǎng)規(guī)劃階段。到工程施工的全過程。前期規(guī)劃階段造成的風(fēng)險(xiǎn)是系統(tǒng)性的，會(huì)對一條或幾條線路造成影響，帶來的風(fēng)險(xiǎn)更高、危害更大。例如，西安地鐵線網(wǎng)規(guī)劃中，線路應(yīng)該注意繞避文物和避免斜交穿過地裂縫或與地裂縫帶近距離平行。如果線網(wǎng)規(guī)劃中不注意文物和地裂縫問題，將給下階段設(shè)計(jì)帶來系統(tǒng)性的風(fēng)險(xiǎn)，所以，在線網(wǎng)規(guī)劃階段，注意繞避大江大河、重要構(gòu)筑物、鐵路、公路等，將風(fēng)險(xiǎn)防范關(guān)口前移，是線網(wǎng)規(guī)劃中應(yīng)注意的問題。1．3風(fēng)險(xiǎn)防范的層次性地鐵基坑的風(fēng)險(xiǎn)表現(xiàn)為一定的層次性，在規(guī)劃階段應(yīng)注意防范系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)，初步設(shè)計(jì)階段注意防萬方數(shù)據(jù)20ll No．349 樊紅衛(wèi)：地鐵基坑設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)控制 7范站位風(fēng)險(xiǎn)，施工圖階段注意防范個(gè)性風(fēng)險(xiǎn)。針對風(fēng)險(xiǎn)防范，每個(gè)階段均要有重點(diǎn)、有主次。線網(wǎng)規(guī)劃階段應(yīng)注意使線位和站點(diǎn)避開不良地質(zhì)帶，高程上避免穿過不良地層。初步設(shè)計(jì)時(shí)針對工點(diǎn)分析地質(zhì)、管線、構(gòu)筑物、周邊房屋、交通狀況，合理布置站位，規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。施工圖設(shè)計(jì)中，合理設(shè)置支撐體系，分層分段控制土方開挖，制定嚴(yán)密的監(jiān)控量測方案，確?；影踩?。2設(shè)計(jì)過程風(fēng)險(xiǎn)控制2．1影響基坑安全的因素1)工程地質(zhì)和水文地質(zhì) 工程地質(zhì)和水文地質(zhì)是基坑支護(hù)方式選擇的重要因素?；釉O(shè)計(jì)時(shí)首先要對站位所處的各地層特點(diǎn)了解透徹，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合站位附近的環(huán)境條件對基坑支護(hù)方式作出選擇。特別要注意其中的不良地質(zhì)狀況，如黏性土地層中的夾砂層、巖層中的溶洞、風(fēng)化層中的淤泥層等，選擇的支護(hù)方式必須能夠有效地針對不良地質(zhì)現(xiàn)象，才能避免由此帶來的工程風(fēng)險(xiǎn)。地下水是基坑安全的重大隱患，設(shè)計(jì)中要采取有針對性的止水或排水方案，提前排除地下水帶來的工程風(fēng)險(xiǎn)。2)影響基坑的管線處理 管線的種類和管徑大小對基坑有不同的影響?；娱_挖前，要求對所有影響基坑的管線進(jìn)行合理的遷改，不能遷改的要采取懸吊等工程措施，管線遷改應(yīng)結(jié)合施工步驟合理安排，同一管線應(yīng)盡量避免重復(fù)遷改。對影響車站的重力流管線，有條件時(shí)應(yīng)優(yōu)先采取永久遷改的方案，因?yàn)槿绻阎亓α鞴芫€再進(jìn)行回遷，一方面會(huì)再次影響管線的使用，增加造價(jià)；另一方面是重力流管線回遷到車站結(jié)構(gòu)上方，始終對車站的防水是一個(gè)威脅。遷改的重力流管線如果距車站基坑較近，應(yīng)考慮基坑施工變形對管線的影響，必要時(shí)應(yīng)置換為鋼管。有壓管線中除天然氣管線外，其他管線可以回遷，如自來水管，因?yàn)榭梢匀藶榭刂?，即使出現(xiàn)滲漏，也便于維修，不至于對地鐵造成大的影響。天然氣管應(yīng)盡量避免回遷到車站主體上方，不得已情況下，可以從附屬結(jié)構(gòu)上方通過。電力、電信管線依據(jù)電壓的高低及管溝大小，采取臨時(shí)懸掛或臨遷的方式。對管徑較大、沒有場地進(jìn)行遷改的管線，基坑設(shè)計(jì)時(shí)要進(jìn)行合理的避讓，基坑的安全等級(jí)要依據(jù)遷改后的管線及周邊建筑與基坑的平面位置關(guān)系合理確定，保證基坑和周邊管線建筑的安全。3)影響基坑的建(構(gòu))筑物地鐵車站的基坑一般均位于人流大、建筑密集的城市十字路口附近。站位選擇要綜合考慮旅客乘降方便、車站功能實(shí)現(xiàn)、管線遷改、交通疏散、房屋拆遷等方面因素。在技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理、維持城市既有功能等方面達(dá)到平衡。對影響基坑的建筑物依據(jù)其體量、用途、造價(jià)在避讓與拆除之間做出合理取舍。對不能拆除而又對基坑有影響的建筑物，要評估其對基坑的影響及基坑施工對它的影響，采取坑外隔離、圍護(hù)加強(qiáng)分段施工等工程措施，保證基坑和建筑物的安全。4)交通疏散 基坑施工影響了既有道路的交通，如果不能有效疏散，將對城市功能造成損害，并因此對基坑的安全帶來隱患。因此，合理的基坑設(shè)計(jì)方案，應(yīng)有完善的交通疏散方案作保障?；釉O(shè)計(jì)應(yīng)考慮由于交通疏解帶來的額外荷載，并在行車道一側(cè)設(shè)置防止車輛掉落基坑的擋護(hù)措施。2．2基坑支護(hù)設(shè)計(jì)2．2．1基坑支護(hù)方式選擇基坑支護(hù)有多種方式，不同的支護(hù)方式對工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、基坑深度有不同的適應(yīng)性。如果選擇不當(dāng)，則會(huì)帶來人為的工程風(fēng)險(xiǎn)。合理選擇支護(hù)方式是基坑設(shè)計(jì)的第1步。基坑設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)站位環(huán)境、地質(zhì)狀況、基坑深度等條件合理選擇，常用基坑支護(hù)方式如下。1)地下連續(xù)墻 墻體剛度大，防滲性能好，施工時(shí)振動(dòng)小、噪聲低。施工需要大型專用機(jī)械，對環(huán)境有一定污染，適用于軟弱的沖積地層、中硬地層、密實(shí)砂礫層、各種軟巖和硬巖等所有的地基。適用于很深的基坑，造價(jià)高。2)柱列式灌注樁 剛度大，施工時(shí)振動(dòng)小，噪聲低。不需要大型專用機(jī)械，施工對環(huán)境基本無污染，一般需要專門的止水帷幕。適用于除粉細(xì)砂地層外的所有地層。適用于很深的基坑，造價(jià)較高。3)土釘墻施工速度快、材料省、造價(jià)低，適用于無水或降水后自穩(wěn)能力較好的地層。適用于地下水位低于土坡開挖段或經(jīng)過降水使地下水位低于開挖層的有一定黏結(jié)性的雜填土、黏性土、粉土、黃土等。適用于12m深度以內(nèi)基坑，造價(jià)低。4)sMw工法施工時(shí)基本無噪聲，對周圍環(huán)境影響小，結(jié)構(gòu)剛度較小，不需要專門的止水帷幕。環(huán)境污染小。特別適合于以黏土和粉細(xì)砂為主的松軟地層，12m深以內(nèi)基坑，造價(jià)低。2．2．2基坑支護(hù)設(shè)計(jì)支護(hù)設(shè)計(jì)面臨的風(fēng)險(xiǎn)主要有圍護(hù)樁(墻)強(qiáng)度不足、支撐(拉錨)強(qiáng)度或剛度不足、圍護(hù)結(jié)構(gòu)人土深度不足等。以上問題均會(huì)造成基坑失穩(wěn)坍塌，帶來極大的危害。單純的設(shè)計(jì)計(jì)算國內(nèi)已經(jīng)有成熟的商業(yè)軟件，在此不再論述，但是須注意基坑支護(hù)是個(gè)系統(tǒng)，不能簡單地把基坑支護(hù)的各部分割裂開來?；又ёo(hù)系統(tǒng)設(shè)置目的是安全順利地完成基坑開萬方數(shù)據(jù)8 施工技術(shù) 第40卷挖，不論是采用內(nèi)支撐還是采用錨索，圍護(hù)樁(墻)及支撐均要滿足強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性的要求。支護(hù)體系還要滿足基坑抗傾覆、抗隆起及整體穩(wěn)定的要求。1)首先要根據(jù)基坑深度和周邊環(huán)境確定基坑安全等級(jí)，在此基礎(chǔ)上確定基坑應(yīng)采取的支護(hù)方式。2)合理的支護(hù)設(shè)計(jì)要能適應(yīng)地層特點(diǎn)，圍護(hù)樁(墻)正負(fù)彎矩要均衡協(xié)調(diào)，支撐位置合理，減少換撐工序。整體支護(hù)體系應(yīng)為超靜定的穩(wěn)定體系，在喪失部分約束后能夠維持基坑支護(hù)的整體穩(wěn)定。3)基坑設(shè)計(jì)尤其要對地下水有合理對策。地下水對基坑帶來的危害居各類因素之首，具體表現(xiàn)在樁(墻)間漏水漏砂，或淤泥突人基坑，造成樁(墻)背后掏空，基坑失穩(wěn)，設(shè)計(jì)中應(yīng)結(jié)合降水或堵水采取相應(yīng)的措施，措施不當(dāng)，可造成基坑坍塌，周邊管線及建筑損壞，此類事故不勝枚舉。4)針對地下水影響，采取的措施有堵與排。要依據(jù)基坑的地質(zhì)條件，當(dāng)排水會(huì)引起地層很大的沉降，對周邊建筑帶來很大影響或水位太高不利于降水時(shí)，要采取堵水的措施，將基坑與周邊范圍進(jìn)行隔離，只需要抽排基坑內(nèi)的水。如果抽排地下水，引起的地層沉降不大，不會(huì)影響周邊建筑的安全，則采取坑內(nèi)外降水的方案。無論采用哪種方法，均要使基坑內(nèi)的地下水位降低到設(shè)計(jì)坑底1m以下，保證施工時(shí)基坑處于無水狀態(tài)。5)支護(hù)體系設(shè)計(jì)是一個(gè)由粗到細(xì)的過程，最初的設(shè)計(jì)是要滿足整體受力、變形、穩(wěn)定滿足要求，在此基礎(chǔ)上，要求圍護(hù)樁、墻、內(nèi)支撐或錨索滿足強(qiáng)度剛度要求。3支護(hù)體系設(shè)計(jì)中容易忽視的問題1)支撐與中板布置不當(dāng)造成最危險(xiǎn)工序問題在圍護(hù)體系設(shè)計(jì)中，因?yàn)橹尾贾门c中板間距不當(dāng)，造成在整體施工步驟中出現(xiàn)最危險(xiǎn)工序，引起圍護(hù)結(jié)構(gòu)單向內(nèi)力超大，變形失調(diào)，給基坑的整體安全帶來威脅。在多層地下結(jié)構(gòu)中容易出現(xiàn)這樣的問題，解決的辦法是設(shè)置支撐時(shí)要考慮中板上下兩道撐與中板的距離，使在下道撐拆除后，中板未施作前，上道撐與底板間的距離合理，避免由此帶來的隱患。2)支撐與結(jié)構(gòu)柱或上反梁沖突問題 在基坑的平面設(shè)計(jì)中布置支撐時(shí)沒有考慮內(nèi)部結(jié)構(gòu)的布置，容易造成支撐平面位置與結(jié)構(gòu)柱沖突問題。支撐的縱斷面設(shè)計(jì)中沒有考慮中板或頂板的上反梁，容易造成支撐與上反梁的沖突，給施工帶來不便，更有可能引起安全問題。3)圍護(hù)樁(墻)局部加深問題 地鐵基坑中，因?yàn)椴贾眉拥纫蛩?，基坑需要局部加深，相?yīng)的圍護(hù)樁(墻)也應(yīng)局部加深，但這點(diǎn)在設(shè)計(jì)中往往被忽略，給基坑的安全帶來隱患。4)止水措施不封閉問題 在采取坑外止水，坑內(nèi)降水的方式時(shí)，由于疏忽造成用來止水的旋噴樁沒有封閉成環(huán)，使坑內(nèi)降水始終無法滿足施工要求。5)多種不同支護(hù)方式銜接不當(dāng) 當(dāng)基坑采取多種支護(hù)方式時(shí)，在不同的支護(hù)銜接處處理不當(dāng)會(huì)帶來基坑的安全問題。例如在放坡開挖與圍護(hù)樁支護(hù)銜接處，造成圍護(hù)樁后懸空問題6)車站與暗挖區(qū)間連接處支撐與大管棚施工的沖突問題明挖車站與存車線相接處因?yàn)榘低跀嗝孑^大，一般均要有大管棚輔助措施，大管棚的施工與車站結(jié)構(gòu)的壁柱中板和支護(hù)體系的支撐均會(huì)發(fā)生沖突，如果處理不當(dāng)，帶來的后果要么是某些大管棚無法施作，要么基坑存在安全隱患，大管棚和車站結(jié)構(gòu)施工要相互配合交錯(cuò)進(jìn)行，將影響車站壁柱和中板的局部大管棚先行施工，然后施工車站的壁柱和中板，最后在車站結(jié)構(gòu)的保護(hù)下完成其余大管棚的施工，雖然施工方面有相互干擾，但是安全問題可以得到保證。7)支護(hù)體系設(shè)計(jì)沒有考慮施工要求 設(shè)計(jì)者在支護(hù)體系的設(shè)計(jì)中不考慮施工因素，帶來的后果是造成施工的不便，或者無法按設(shè)計(jì)進(jìn)行施工，更有甚者會(huì)給基坑的安全帶來影響。如基坑平面布置中，不考慮預(yù)留相應(yīng)的管理和操作空間，造成物資堆在基坑邊上，帶來額外的荷載，使基坑安全受到威脅；設(shè)計(jì)中要求的施工順序不當(dāng)，造成基坑出土困難，給工期和支撐架設(shè)帶來影響，無法實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖。4結(jié)語影響地鐵基坑安全的風(fēng)險(xiǎn)因素很多，但大部分風(fēng)險(xiǎn)都是可防可控的。要防范地鐵深基坑的風(fēng)險(xiǎn)，時(shí)刻要有風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)，認(rèn)識(shí)到地鐵深基坑時(shí)時(shí)處處都存在風(fēng)險(xiǎn)。分階段、分層次對風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行識(shí)別分析，并采取針對性的措施。參考文獻(xiàn)：[1]劉國斌，王衛(wèi)東．基坑工程手冊(2版)[M]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009．[2] 趙志縉，應(yīng)惠清．簡明深基坑設(shè)計(jì)施工手冊[M]．北京：中國建筑工業(yè)出版杜。2000．[3]夏明耀，曾進(jìn)倫．地下工程設(shè)計(jì)施工手冊[M]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999．[4]北京城建設(shè)計(jì)研究院．cB50157—2003地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[s]．北京：中國計(jì)劃出版社，2003．[5] 中國建筑科學(xué)研究院．JGJl20一99建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[s]．北京：中國計(jì)劃出版社，2003．[6] 中國建筑科學(xué)研究院．GB50007—2002建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[s]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002．

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