机场轨道快线工程基坑施工监测与应急预案分析.pdf

第 23 卷 第 4 期 中 国 水 运 Vol.23 No.4 2023 年 4 月 China Water Transport March 2023 收稿日期：2022-12-09 作者简介：娄晓仁（1987-），男，杭州市建设工程质量安全监督总站，工程师。机场轨道快线工程基坑施工监测与应急预案分析 娄晓仁1，王 庭2（1.杭州市建设工程质量安全监督总站，浙江 杭州 310000；2.中铁四局集团建筑工程有限公司，安徽 合肥 230031）摘 要：基坑工程施工监测与应急预案在城市轨道交通建设过程中十分重要。以杭州市机场轨道快线某基坑工程为例，从整体大开挖、大基坑小开挖等方面详细阐述了工序安排，并对基坑工程进行监测，提出了相应处置预案。研究结果表明，基坑竖向位移呈现出“增大-减小-平缓”的发展趋势，且随时间的推移而最终趋于稳定；针对基坑开挖可能出现的危险源，制定了各类预案，提出了基坑侧壁流水、支护结构位移过大等应急处理方案。关键词：轨道交通；基坑位移；施工监测；应急预案；危险源 中图分类号：U231 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2023）04-0102-03 随着经济快速发展，中国各地基建事业蓬勃发展，建筑规模不断扩大，而人类对地下空间的开发，导致城市中出现大量的深基坑。由于基坑环境复杂，施工中如果不及时进行监测，也没有指定有效的应急处置预案，常引发地面坍塌等现象，造成大量的财产损失。如何确保深基坑工程施工的安全，是城市轨道交通工程建设亟待解决的难题。国内外学者对基坑开挖进行了大量研究，张若林1以杭州软土地层地铁风井基坑为依托，考虑地表、管线沉降随时间的变化情况，得出基坑位移监测关键技术的主要参数；宋来东2等对南京禄口国际机场二期建设工程深基坑进行监测研究，为深基坑开挖和支护过程中的过程控制和预警安排提供了重要参考；江慢3结合现阶段在建高层建筑基坑施工工程的特点、基坑监测的重要性和目的、建筑物基坑开挖进行监测的应急措施等方面，对建筑物基坑开挖监测及应急措施进行分析；朱亚睿4等分析了基坑局部变形过大的原因，并采用无损的地质雷达法探测，圈定了路面下方不密实或脱空等潜在不良地质的空间分布，提出了针对基坑局部变形问题的应急处理措施。综合以上分析，现有研究主要是基坑的监测和应急理论分析，缺乏典型实践工程案例的分析。因此，文中以杭州机场轨道某基坑为研究对象，开展基坑监测和应急预案研究，为类似的工程施工与监测提供重要参考。一、工程概况 1工程简况 仓前车辆基地选址位于高铁动车所及鲁凌线以东，东西大道以西，杭长线（铁路）及龙西线以北，杭长高速西连线以南的地块内，范围涉及连具塘村与苕溪村。基坑施工区域东西宽约 0.8km，南北长约 2.5km，地势平坦，地面高程在 1.84.1m 之间。新征用地 73.74ha（含同步实施仓前车辆段），建成后车辆段场坪标高 5.18m，设计轨顶高程5.80m。基坑工程包括南、北两区综合楼修建。北区综合楼工程包括：人防工程，食堂，公寓洗车房等场所，地上总建筑面积达 78,000 多 m2，地下总建筑面积达 46,000 多 m2。且基坑深度大，平均开挖深度约为8.5m，开挖面积约为23,000多 m2，采用1,000 钻孔灌注桩+850600、+700500三轴搅拌止水帷幕结合二道钢筋砼内支撑。南区综合楼工程包括：维修综合楼、地下室、门卫室、垃圾站等场所，总建筑面积达 6,000 多 m2，综合楼基坑占地面积约 2,600m2，采用700 水泥搅拌桩重力坝挡墙作为支撑结构，搅拌桩顶设置钢筋混凝土作为压应力，混凝土强度为 C30，基坑开挖深度 4.25m。2工序安排（1）南区综合楼施工工序 根据地质情况，按“整体大开挖”的方式，从基坑放坡段依次开挖相结合的原则进行开挖。（2）北区综合楼施工工序 根据地质情况，按“大基坑小开挖跳挖”的方式，从基坑两边向中间、依次开挖相结合的原则进行采取分层、分段开挖。竖向开挖阶段划分：基坑第一阶段开挖，规划为五个区域。每个流水施工区域分层分段开挖至-3.92m（相对标高）进行压顶梁施工，压顶梁施工完成且达到设计强度的 80%后，开挖出土道口及栈桥处土方，尽快完成道口处压顶梁及栈桥。然后按第一区域第五区域第二区域第四区域第三区域分批次开挖。每个流水段分层开挖至-3.92m（相对标高）后进行第一道支撑梁施工，直到第一道支撑梁施工完成且达到设计强度的80%后进行第二阶段土方开挖。本阶段 1、2、3 施工区域土方从东西面出土口出土，4、5 施工区块土方从西北面出土口出土。基坑第二阶段开挖，也分为五个区域。首先开挖出土口和栈桥处土方，尽快完成出土口处压顶梁及栈桥。然后按第一区域第五区域第二区域第四区域第三区域分批次开挖。本阶段 1、2、3 施工区块土方从东西面出土口出土，第 4 期 娄晓仁等：机场轨道快线工程基坑施工监测与应急预案分析 103 4、5 施工区块土方从西北面出土口出土。第三阶段土方开挖，在第二道砼支撑、围檩、出土栈道等混凝土强度达到 80%设计强度后，继续往下挖土，第三阶段土方开挖分为第一、第二、第三、第四、第五大区块 15个施工段逐块、逐层进行开挖。在基坑底部土方开挖结束后，用挖机开挖坑中土方。电梯井坑中坑挖土高差 1.13.1m 左右，采用 PC-120 挖机和大挖机结合的方式，处理坑中土方，最后统一由大挖机带走多余土方。本基坑区域分为 4 层，而在基坑开挖深度范围内，影响基坑开挖进度的主要土层为：浮泥层、杂填土、素填土、粘土。二、基坑施工监测分析 本工程基坑监测是为了预防在施工过程中出现的过大的土体侧向位移、地下水位、周边建筑沉降监测等内容，及时反应基坑施工过程中情况，以确保施工安全。基坑施工监测的目的：在基坑开挖过程中，受制于当地地质条件、天气状况、施工方法、建设资金等因素的影响，很难做到从理论上预测基坑施工中可能遇到的所有问题，并且还存在周围建筑物对基坑位移的影响等。在进行基坑施工时，通过基坑施工监测的手段避免基坑施工过程中出现的一系列问题，在整体项目工作中非常有必要，这也体现出基坑监测的必要性。监测是基坑施工过程中的重要手段，通过监测可以弥补在设计时考虑欠缺的因素，将监测数据进行汇总得到的结构可以用于现场指导，并对项目方案进行优化，最终得到一个更加完善的施工方案。其次监测数据可以作为基坑施工改善的依据，根据改善的结果判断原有方案是否恰当或安全，在条件允许的情况下可以对原有开挖方案进行局部的调整，以求获得更加经济、合理、安全的施工方案。1地表竖向位移沉降分析 图 1 南区综合楼基坑竖向位移 南区综合楼竖向位移总体呈现出“增大-减小-平缓”的趋势，如图 1 所示。如图 1 可知，9 月 26 日建筑物竖向位移最大值为 1.42mm，平均累计竖向位移值为 0.57mm，10 月 4 日建筑物竖向位移最大值为 2.04mm，平均累计竖向位移值为 0.95mm，10 月 12 日建筑物竖向位移最大值为2.15mm，平均累计竖向位移值为 1.23mm，10 月 20 日建筑物竖向位移最大值为 2.41mm，平均累计竖向位移值为1.51mm，10 月 28 日建筑物竖向位移最大值为 2.70mm，平均累计竖向位移值为 1.23mm，11 月 5 日建筑物竖向位移最大值为 2.83mm，平均累计竖向位移值为 1.48mm，11 月 13 日建筑物竖向位移最大值为 2.83mm，平均累计竖向位移值为 1.24mm，表明建筑物竖向位移随着时间的推移逐渐趋于稳定。二、基坑开挖监测过程应急预案 基坑开挖的监测和应急预案是一门综合性的施工措施，基坑开挖后所留下的坑道需要进行监测，坑体结构和地表运动产生较大的位移，做好基坑开挖过程中的环境监测和应急处理是基坑施工的必要准备。施工项目实施前应该建立基坑开挖小组，现场负责人应就现场基坑开挖组织应急小组，确保在项目基坑开挖过程中出现突发事故或人员险情，各项预案应及时实施。部分危险的施工段，如突水、管涌等现象，应提高警惕，确保生命重于一切，如有危险应立即遏制于萌芽状态，随时做好撤离的准备。此外要求全体小组在基坑开挖期间保持通讯畅通，做到有危险第一时间进行处置。其他单位包括监理单位、监测单位、基坑设计单位等在充分考虑甲方和建设单位意见的同时，做到人性化管理，且需根据施工经验，充分考虑所有可能的情况，科学制定各种应急预防方案，在基坑施工过程中配备充足的水源和安全准备。如果遇到紧急情况，现场项目负责人必须在最短时间内赶往事故突发地，并向项目总负责人汇报，应急小组应立即做出可行的应急处置措施，尽量阻止危险的进一步发生。三、周边地表沉降过大应急处理预案 考虑局部地区的土质疏松、易流失等特点，如果出现基坑坑壁滑塌等现象，应合理改善基坑坑壁止水预案对周围建筑物安全的影响。必要时可进行基坑加固处理或采用紧急应急预案处理，处理方式可以结合现场具体情况而定，如采用注浆、碰桩或锚杆等方式。四、基坑侧壁流水应急处理预案 基坑底部局部出现渗透、砂涌等现象，应迅速采用防水材料封堵出水口，埋管引流，注浆封堵，必要时快速采用回填土的措施。检查事故发生源，采取相应措施疏水，设置引水管将出水集中排出，在基坑用抽水机抽排。当基坑局部出现流水现象时，应该立刻向应急小组报告，及时制定出相应的解决措施，加设大小不一的粗砂碎石或用防水袋修筑护堰。必要时应及时通过回填的方式封堵出水口，或其他的注浆方式封堵出水口。五、支护结构位移过大应急处理预案 基坑施工底部支护结构位移过大，一般是因为桩身刚度不足或局部载荷过大造成，可以采用局部支撑架和斜撑进行加固，或采用锚杆进行加固。同时清除坡顶超荷载，并做好坡顶排水措施。（下转第 106 页）106 中 国 水 运 第 23 卷 909192939495202530354045505560CBR/%压实度/%7d 14d 28d 7%C+46.5%P 图 2 不同龄期下混合料 CBR 强度与压实度关系曲线 由图 2 可看出：（1）相同水泥、磷石膏掺量下，混合料的 CBR 值随压实度增加而增大，水泥掺量为 5%时这一规律最为显著，5%水泥+15%磷石膏配比下混合料的 CBR 增幅可达 70.12%。（2）相同磷石膏掺量、压实度下，混合料 CBR与水泥掺量成正相关，以 7%水泥+21%磷石膏为例，压实度为 90%时混合料 CBR 较水泥掺量 3%时提升约 159.26%。（3）相同水泥掺量、压实度下，混合料 CBR 随磷石膏掺量的增加而增大，以水泥掺量 5%为例，磷石膏掺量为 47.5%时混合料 CBR 较磷石膏掺量 15%时提升约 7 倍。由上述结论可看出，磷石膏掺量对混合料CBR强度的影响更显著。（4）混合料的 CBR 强度随龄期发展呈前期快速增加、后期趋于稳定的趋势。以 5%水泥+15%磷石膏为例，压实度为 90%时，14d 的 CBR 强度达到了 28dCBR 强度的 96.25%。即混合料 CBR 强度在养护 14d 后基本趋于稳定。（5）将试验结果与公路路基设计规范5（JTG D30-2015）进行对照，得到各组混合料的 CBR 强度满足二级公路及以下的下路堤填料最小承载比要求，验证了将其应用于工程实际的可行性。三、结论（1）水泥磷石膏稳定红黏土的膨胀率与压实度成正比，与水泥、磷石膏掺量呈负相关。随龄期发展，试样的膨胀率先减小后趋于稳定，养护 14d 后基本达到稳定状态。（2）水泥磷石膏稳定红黏土的 CBR 强度与压实度、水泥掺量、磷石膏掺量呈正相关，各参量中，磷石膏掺量的影响最为显著，水泥掺量、压实度次之。（3）各组混合料的 CBR 强度满足二级公路及以下的下路堤填料最小承载比要求，验证了将其应用于工程实际的可行性。参考文献 1 赵颖文，孔令伟，郭爱国等.广西原状红粘土力学性状与水敏性特征J.岩土力学，2003（4）：568-572.2 张婧，孟醒，唐永波等.磷石膏杂质处理及综合利用研究进展J.磷肥与复肥，2021，36（9）：25-28.3 丁建文，张帅，洪振舜等.水泥-磷石膏双掺固化处理高含水率疏浚淤泥试验研究J.岩土力学，2010，31（9）：2817-2822.4 彭波，尚文勇，赵宏伟等.磷石膏综合稳定土力学性能及合理掺量研究J.新型建筑材料，2020，47（8）：86-90+127.5 中华人民共和国交通部.JTG D30-2015 公路路基设计规范S.北京：人民交通出版社，2015.（上接第 103 页）通常监测工作和应急预案应提前布置好，有规律的进行常规监测，但是施工常常存在未知性，当施工出现突发事故时，要求监测部门有一定的前瞻性，对出现事故制定应急预案有一定的必要性。六、开挖过度应急处理预案 基坑开挖过程中，如果出现开挖超过规定范围时，应立即停止开挖，必要时进行回填土，增加基坑内土体结构稳定或减少坑顶土压力，减小基坑局部变形。出现局部出水较大时可在基坑外通过高压排水的方式止水。施工现场应提前准备应急的排水设备和材料。当建筑物位移观测发现建筑物沉降趋势有超过施工技术规范要求时，必须停止现有的项目开挖进度，采取坑内回填土或坑内加固等措施，对基坑基础进行加固，待位移稳定后再施工。七、结论 文中介绍了某机场仓前车辆基地工程概况与对应深基坑的监测和应急预案的制定，根据地表竖向位移沉降监测结果，分析了基坑局部变形的原因，并提出了相应的变形处理预案。（1）南区综合楼竖向位移随着时间的推移逐渐趋于稳定，11 月 5 日竖向位移最大值为 2.83mm，平均竖向位移值为 1.48mm。（2）综合楼基坑竖向位移总体呈现出“增大-减小-平缓”的趋势，通过实时监测了解建筑物的沉降情况，及时做好预防措施，必要时做好应急预案，保障施工的安全。（3）基坑施工过程中，当基坑周围发生突变时，应及时把监测信息提交给相关部门，监测部门应立即进行调查，防止事故突变。当基坑监测数据反映出基坑结构异常时，应立即停止开挖，同时启动基坑应急预案，组织应急小组制定科学的对策并开展下一步工作，确保基坑整体稳定性。参考文献 1 张若林.杭州软土地层地铁风井基坑变形监测技术研究J.中国水运（下半月），2022，22（6）：118-120.2 宋来东，侯芳，闫亚鹏等.超大面积深基坑土方开挖支护监测分析J.中国水运（下半月），2016，16（3）：315-317.3 江慢.探究建筑物基坑开挖监测及应急措施分析J.四川水泥，2016，（7）：344.4 朱亚睿，李俊杰.软土地区深大基坑开挖监测及变形应急处理研究J.水利技术监督，2022，（10）：53-56+64.