谈上海地铁深基坑施工中影响工程安全的常见问题
【摘要】近年来随着城市建设的大发展，交通车辆猛增。且上海地铁基坑建设也随之向“宽、深、大”的方向发展，故地铁车站深基坑施工的安全技术问题越显突出，风险控制要求也越来越具体，难度俱增。本文就上述问题结合上海新一轮大规模地铁建设中所发现的影响工程安全的常见问题提出探讨。
【关键词】深基坑施工快速施工 及时有效 支撑 降排水效果 风险意识
0 绪言
地下建筑是一种结构空间取代岩土空间的工程活动，上海软弱土层的地铁车站深基坑工程也不例外。上海建造地铁不仅要穿过密集的建筑群和纵横交叉的管线网，而被地铁工程空间取代的又是饱和软弱淤泥质土层，在这样苛刻的条件下修筑地铁车站，给我们保护环境安全和防止基坑的失稳，增加了困难，也就是说深基坑施工隐藏着很大风险性。上海地铁车站埋深一般在16～23m，该基坑工程是由地下连续墙做围护、坑内土层注浆加固和井点降水后挖土、支撑及结构混凝土等工程的组合，是一项复杂而带风险的综合性工程，其中挖土与支撑是决定基坑施工成败的关键工序，是深基坑工程的主要风险阶段。挖土是个卸载过程，是对地层破坏和扰动，破坏了土体结构的原平衡状态，引起土体内应力场的变化，它的后果是使基坑内的土体向开挖方向滑动，产生坑底土体的回弹和围护挡土结构的内移，这变化的实质也是种平衡，但是种自然的破坏性平衡，为了有效控制这种破坏性的平衡，设计采用了φ609钢管支撑措施。支撑是承受围护所传递的水土压力，来平衡主动压力，但这钢管支撑只是临时过度性措施，还必须尽快的按设计浇注混凝土结构才是永久性的平衡措施。所以说基坑工程施工破坏在前，平衡在后，变形在先，支撑在后，回筑更后。支撑总是滞后于围护的内移，因此及时而有效的支撑，是深基坑工程施工减小围护墙无支撑暴露面积和无支撑暴露时间，减小围护墙的变形，减小基坑工程风险十分重要的安全技术保证措施。
注浆加固和降水工程是上海地铁基坑工程不可缺少的技术措施，日的是通过加固和降水改变上海软弱土层的土体结构和含水量来提高土体强度，增强基坑整体抗失稳(滑坡和隆起)的能力，被动土的抗力增加，减少了围护结构的变形，有利于环境的保护。但加固和降水也存在负面效应，尽管不大，却客观存在，它们都是先破坏后加固的，地基加固有挤压扰动作用，对围护墙有外推趋势，降水产生土体干缩引发围护墙内移。这种负效应是有限的，而且加固和降水在基坑工程中相对于挖土和支撑是静止的，地层空间变化不大，挖土和支撑却在动态中进行，占了基坑工程很大的时空，因此说挖土和支撑是决定基坑工程施工成败的关键所在，是深基坑工程施工的风险主要阶段。
综上所述，笔者认为：
1采取对策
上海深基坑工程施工的安全问题要控制风险的出现，就是要可靠的防止基坑整体失稳(滑坡和隆起)，要防止支撑体系的强度破坏(支撑的偏心挠曲和撑点滑动)，采取的对策：
1．1 坚持按时空效应原理确定施工参数
时空原理就是针对上海软土地层具有流变的特性，利用土在基坑开挖过程中位移的变化规律，提出的一种控制措施，具体地说对车站施工全过程按工序进行分解控制，在空间上规定尺寸大小，在时间上定下完成时限，按量化的空间和时间结合有序的操作。上海地铁一、二号线车站建设的实践证明，按时空效应原理施工是非常有效的积极的主动的安全施工措施。有了工程的安全，也就有了环境的安全，因此利用好时空效应的原理，才是根本的直接的环境保护措施。
1．2 在监测数据指导下，按时空效应原理组织均衡的快速施工
快速施工是地下建筑安全施工的二大要素之一，快挖土、快支撑、快回筑，向“快”要安全。这种“‘陕，’是有序的“快”，是有准备的“快”，无序无准备的快是乱，乱要出乱子，该“快”不快也要出乱子。序就是按工序编制施工程序和操作细则，严洛按细则操作，做到有条不紊，分工明确、落实岗位、责任到人。工序施工准备就是要有超前的意识“做一、备二、想三”(根据能力、环境、天气)。要做到有序有准备，事前要向全体施工人员进行施工方案的技术交底，这是关键也是先决条件，只有施工人员都明白了，做什么，怎么做，为何要这样做，什么时间开始做，什么时间完，好的标准是什么，如何配合?分工明确、责任到人，就可以“快”起来。简言之，要使全体施工管理人员、工人建立起对深基坑工程施工要有尽快建立起新的永久平衡概念，有保护环境的风险意识，才会自觉的去“快干”，这是一项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祸根，因此处理好水可称谓是地下建筑安全施工二大要素之二。降排水不仅关系到改善工人下坑挖土、修整的劳动条件，更是提高土体强度(撑力)减少回弹，减小基坑变形的措施，而且也是纵坡稳定预防滑坡的重要措施。因挖土后边坡前后出现了水位差，便产生水在土坡中的渗流，对土坡的稳定是十分不利的。要十分重视降排水的效果，降排水效果也是组织快速施工不可缺少的重要保证。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术措施。
2 目前在深基坑开挖中常见的不安全的隐患
2．1 支撑的及时性是关键工序
目前在工地巡查中不易反映出，多数无记录、问围护墙无支撑暴露时间多长?说不清，少数经仔细询问有的是“在5～7h，多的要花19h撑上支撑”。从《监测报表》反映有的测点变形值很大，已提出了报警(有累计值，也有一天的变化值)但没见到对策措施记录。
2．2 支撑的可靠性、有效性存在的问题较多
(1)较多工地的斜撑焊接无仰焊，仅有的俯焊焊缝的质量达不到要求，漏焊、间断点焊为数不少。这会引起斜撑因较大的剪力而产生脱焊的危险。
(2)几乎每个工地都有契形针(传力垫块)契人深度不过中的，42cm长的契形针，有的竟只契入5cm，形成偏心传力。造成偏心的还有单块契入和二块契形传力垫块同向契人，甚至有用三块针同向契入的。有的站采用了箱型伸缩段的活络头，这种箱型伸缩段本身有一斜面，所以只需单块契形传力垫块，但也有用了二块、三块契入，造成偏心传力。当然，也有较好的工地42cm长的传专力垫块，契人后顶端的高度都能保持不过φ609管外缘高度。
(3)支撑承压端板与地下墙不密贴，有的用铁块来垫，也出现了用木块来垫的，造成偏心：较好的工地，端板电焊了200mmx200mmx20mm的中心传力垫块，其周边又用双陕砂浆垫塞。
(4)有的工地在支撑上堆上了土或支撑被混凝土块压而往往不当一回事的，个别工地竟在钢支撑上堆土并铺上走道板，停置挖机进行挖土的严重违章作业。
(5)有的工地竟用φ16和φ25钢筋代替传力垫块的，也有用2cm厚代替4cm厚塑块的。
(6)有支撑不直的(水平方向)，有螺栓松动的(较多的工地存在)，个别支撑还缺少螺栓。
(7)契形传力垫块加工不规范，用气割加工后不再刨平。致使使用的契形传力垫块不平整，有卷边毛刺，无法契人，产生偏心传力。应该说，凡未经刨床加工的和契形传力垫块斜率不—致的契形垫块都不准使用。应备制些宽度不同蚴巨形垫块，用来调节活络头伸缩段长短，而契形传力垫块只是用来契紧传力。
(8)普遍存在支撑与中间立柱桩的纵向联系梁抱箍抱得过死，不能在需要时进行调整。
2．3 明沟排水系统不完善
基坑开挖过程中，明沟排水系统不完善，常常是缺少纵向排水明沟，集水井如果有也是小和浅，排水不畅，一下雨基坑就积满水。基坑水沟和集水井要及时设置，不能下了雨再去挖。必须随挖土随修坡同时修筑。下了雨再挖势必泡软基坑土层。对留置较长时间的土坡，纵坡顶可不设横截沟，只设20～30cm高的挡水堤。层平台也不设横截沟，只须纵向带斜面(10‰·30‰小缓坡)即可，或挖成树枝状的水沟。集水坑应设在总坡底(或层坡底)，若要设纵向排水明沟，不能沿地下墙边，要设在坑中或三分线上。要十分小心土坡地层内的暗浜及废除的管线和人防残留设施，会有产生软淤泥或暗流的危险，如不可靠地排除，将会导致灾害性的事故，此应务必引起高度重视。
2．4基坑开挖局部有超挖现象
其表现在有的工地在两道支撑间的层坡过缓，达1：3，所以近坡脚区域出现超挖，造成无支撑暴露面积过大，时间过长，地墙的变形就大，开挖中各层土宜挖至支撑底下20cm左右。问题严重的还是大多工地的层坡过陡，有的已是直立，当降水不好或下了雨就会出现小滑坡的险情，有的工地竟同时有二个，甚至于三个陡立的层坡。正确的做法必须是土挖完，即进行修坡、修平台和挖水沟，达到了安全层坡的要求，再挖另一层段的土方，使基坑纵坡常保持在安全坡度状态下。土坡要按土性经过边坡稳定性分析，定出安全坡度，纵向放坡要小于这安全坡度。通常降水好的基坑层坡保持1：1．5左右，总坡做到1：2．5-1：3为宜。修坡必须自坡顶起铲下，切忌从坡脚开始。
2．5 支撑活络头伸缩段伸出过长
支撑活络头伸缩段伸出过长，有的长达40cm。一肥不宜超过20cm。
2.6墓坑边堆载的危险性来引起重视
基坑边堆载的危险性还未引起高度十分重视，放管片、停大型机械、堆土方等还存见。
3 需改进的工作
基坑开挖必须建立下“任务单，’和填写“挖土支撑记录表”的制度使挖土、支撑的施工单位和监理人员对当天的工作做到心中有数，挖土的配上足够的挖运能力不能哪里好挖挖那里；支撑的要事前预拼并备足配件，做到土完即到场设撑；监理人员在土完设撑时要旁站，加预应力，下契块，各方负责人填表签字。目的达到有序快速，做到支撑及时、有效。当然关键还在于要结合《监测报表》经常分析“记录表”中，挖土完到支撑加力完的时间，提出紧凑工序衔接，或调整场布、调整机具或调整工序安排等有效措施，尽可能地缩短时限，优化时空参数，减少无支撑暴露时间，达到控制基坑变形在允许范围内的目的。
3．2 减少基坑暴露时间
尽快的按设计回筑好结构，建立永久的平衡。结构回筑要快，尤其是底板和底板前的垫层。端头井面积较大垫层可分为几缺，结构施工段的垫层也可分成几小段；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，垫层可挖一块(段)浇注—块(段)，但必须对应着支撑的位置筑垫层混凝土；底板混凝土应在垫层混凝土完后的5～7d内浇注，，总之浇注垫层和底板要抢，越快越好。
3．3 加强监测工作
《监测报表》要及时、准确和完整。监测数据要上午测，下午就送施工、监理和建设单位，加密测试的《快报》测后二小时内必送交。每周要做周分析，在例会上讲评，并将分析报告在周一送项管部一份。当监测出现报警值，监理要组织分析，提出对策意见。
4 将复加支撑预应力的控制措施定为制度
(1)在撑了第三道(或第二道)支撑后，对第—道、第二道轴力作检查，如预应力损失大应及时复加到设计规定的值；当撑上第五道(或第四道)支撑后，对第三道和第四道作险查并施加到设计规定值。
(2)如围护结构或周边环境变形值较大(出现报警值)即对变形大的测点左右约—倍坑深影响范围内的支撑，复加比设计规定的轴力再大10％的撑力(当然这要事前征得设计的同意并办妥签证手续).
