淺談基坑工程與地下工程安全及環境影響控制

■林偉明

（廣東省地質局第一地質大隊 廣東 珠海519002）

淺談基坑工程與地下工程安全及環境影響控制

■林偉明

（廣東省地質局第一地質大隊 廣東 珠海519002）

近年來城市中基坑工程與地下工程建設規模和建設難度的增大和環境情況變得越來越復雜,對基坑工程與地下工程的安全以及其作業過程對環境的影響控制的要求也越來越高了。本文對基坑工程和地下工程作業造成的環境破壞及造成的災害進行了分類;并提出了一定的控制建議。

基坑工程安全環境

1 引言

90年代以來，我們國家對地下空間的利用情況的關注度有了更多的提高。地下空間己被視為地區發展的關鍵資源，區域內地下空間利用正逐漸向更深的地下空間推進，特別是地鐵和超高層建筑的建設。特別是以地鐵為主的城市軌道交通是城市可持續發展的重要需求。

2 基坑工程與地下工程安全問題分類

根據對國內外基坑工程、地下工程施工引發的變形對環境產生的影響、基坑工程與地下工程自身的穩定與安全問題的系統分析，提出了可將其分為施工引發變形極其環境影響、水土流失引發的災害、局部破壞與連續破壞三類。三個安全問題對應的現有的分析理論與方法分析如下:

2.1 第一類

指城市地下工程作業建造、運營過程產生的變形及引發的環境破壞與災害。對于變形問題，常規的基坑工程與地下工程分析理論與方法、本構模型、滲流與固結理論、數值分析均適用。

2.2 第二類

指基坑工程與地下工程建造及運營過程引發的水土流失、土層空洞、局部土層塌陷、環境影響與災害。對于第二類問題，由于涉及到水、土、土的相互作用及水、土的強禍合問題，常規的基坑工程與地下工程分析理論與方法、現有的本構模型、滲流與固結理論、數值分析均不適用。

2.3 第三類

指土體局部剪切破壞、支護結構局部破壞引發基坑、隧道局部破壞以及局部破壞引發的城市地下工程的坍塌與連續破壞。

3 基坑工程的控制

3.1 基坑降水引起的變形及控制

控制降水引起變形的回灌主動控制技術，近年來，回灌被作為控制降水引起變形的主要方法之一。有學者在隧道和基坑間建造了回灌井進行地下水回灌，通過回灌，基坑建設和降水導致的坑外土體變形被很好的限制，沉降速率顯著減小。這一實驗證明了回灌對于降水引起基坑變形有很大作用。

3.2 基坑施工引起地下隧道的變形控制

3.2.1 隔離樁控制

隔離樁是控制基坑或隧道作業對鄰近建(構)筑物破壞的被動控制技術，用于隔離軟土地基大面積荷載下的應力傳播從而降低對周邊的損壞。在基坑圍護裝置和隧道間合理設置隔離樁，能有效地減小基坑施工造成的坑外土體變形傳遞，進而達到控制基坑施工對鄰近既有隧道的變形影響。

通過相關文獻指出，隔離樁在阻止外部土壤、隧道平行移動時還有著隔離效果與牽引的意義，當牽引效果明顯時，隔離樁就能夠引起相關深度區域內土壤和隧道的平行移動?；邮┕さ男逗尚梢猿霈F坑外位移波動區，當隔離樁樁身大部分處與該位移影響的區域里的時候，隔離樁的牽引效果最為明顯。而埋入式隔離樁，如果改善樁頂埋深、樁長，能夠降低他的牽引效果更多的表現出它的隔離效果，并降低隧道平行移動。同樣背景下，隔離樁離隧道越短時隔離作用越明顯。

3.2.2 隧道內注漿主動控制

在隧道內進行微擾動袖閥管注漿，作為對隧道不利變形進行糾偏的有效手段，在上海地區的隧道病害治理中得到了一定程度的應用。

注漿初期主要影響管片轉動，顯著減小隧道接頭張開量;隨注漿量的增加，隧道橫向收斂顯著減小，但注漿引起的接頭錯臺量和隧道側向位移則不斷增加。

3.2.3 基坑外注漿控制技術

針對基坑開挖引起的基坑外隧道向基坑方向的位移，當被動控制措施不能有效控制既有隧道變形時，可在基坑與隧道之間設置豎向袖閥管注漿，通過注漿產生的水平向和豎向力，可使強迫隧道發生設定的水平向及豎向的位移，從而起到控制基坑施工引起的基坑外隧道變形。

3.3 基坑工程連續破壞的控制設計方法

基于連續破壞模擬分析及典型基坑坍塌事故分析，初步提出了如下增強基坑支護結構體系冗余度的防連續破壞設計方法。

（1）增加傳力路徑:通過支護結構的合理布置及設計，增加支護體系的傳力路徑;（2）間隔加強法:針對性設計對圍護樁(強)、支撐體系每隔一定距離設置加強單元;（3）保證節點強度:通過加強支護結構連接節點的強度，提高支護體系的整體性和魯棒性;（4）保證延性:保證支護結構的節點和構件均具有足夠的延性;（5）增強橫向連續性:可以安裝具備一定強度的梁體來提高支護結構水平角度上的冗余度，該特征在支護組織平面外形是外凸形或者是陽角時更為明顯;（6）加強關鍵構件:加強對關鍵構件的設計，使其具有更高的強度與延性。

3.4 盾構法隧道施工引起變形控制

有研究表明在其他施工工藝基本一致的前提下，提高盾構掘進速度和降低停機時間有利于對地面沉降的控制。

3.5 盾構隧道連續破壞的控制

（1）防止局部破壞發生:在隧道易發生局部破壞的區域，對盾構隧道管片連接螺栓進行加強;對易破壞區域的隧道外土體進行加固;對易破壞區域在隧道內設置臨時加固措施等。（2）控制局部破壞發展范圍:在鄰近易發生連續破壞區域設置若干環加強環，防止局部破壞一旦發生可將其控制在局部破壞范圍。（3）防止連續破壞:在易發生局部破壞區域外，每隔一定距離設置隧道加強段，控制連續破壞發展范圍。

3.6 地下工程漏水漏砂災害的控制

（1）控制孔洞或縫隙的發展。對于地鐵隧道來說，應控制管片接縫的張開量;對地下連續墻來說，應控制孔洞的持續發展。（2）對土體流失的松動區進行注漿加固，并選用快凝漿液(例如水泥水玻璃雙液漿)。采取慢凝漿不僅起不到堵漏的作用，甚至會惡化災害的發展。（3）坑外快速降水是控制災害發展的一個方向，此措施的關鍵在于降水速度。（4）在上述措施失效后，向地下結構中灌水是控制災害發展的最后的選擇。

4 結語

近年來我國基坑工程與地下工程在研究個施工技術方面取得了顯著進展。本文對軟弱土、高水位、富水粉、砂土層中的基坑工程和地下工程近年來的部分進展進行了回顧與分析，謹供同行參考。

[1]尹光明.城市隧道臨近建筑物超深基坑支護理論與安全控制技術研究 [D].中南大學, 2012.

[2]丁敏.深基坑支護細部結構優化及應用研究 [D].重慶大學,2012.

[3]李俊松.基于影響分區的大型基坑近接建筑物施工安全風險管理研究 [D].西南交通大學,2012.

TU[文獻碼]B

1000-405X（2016）-12-389-1