在建工程临时停工风险分析.doc

轨道交通在建工程临时停工风险分析
李媛媛
(中国建筑第八工程局有限公司西北分公司，西安 710075）
【摘要】近年来，由于城市规模的增大城市交通状况不断恶化，轨道交通工程具有安全、迅捷、容量大等特点，得到了普遍认可，但是由于城市轨道交通工程具有一定的复杂性，因此在建设过程中出现了很多事故，常常被要求临时停工整顿，本文重点阐述了临时停工对基坑工程、隧道工程、桥梁工程的影响，得出了临时停工对城市轨迹交通在建工程的具有一定的风险，如果稍有不慎将产生更大的安全事故。
【关键词】临时停工；基坑工程；隧道工程；桥梁工程
[中图分类号] [文献标识码] [文章编号]
1. 引言
今年来我国城市的规模不段增大，机动车辆呈现上涨的趋势，城市交通状况不断恶化。为了改善城市交通环境各地采取了各种措施。城市轨道交通具有安全、迅捷、容量大等特点，得到了普遍认可。城市轨道交通工程在建设过程中其施工受到周边及地下复杂环境的影响，使得城市轨道交通工程具有高风险性。因此城市轨道交通在建设过程中出现了很多大大小小的安全事故，当在建城市轨道交通工程出现这些安全事故时，我们一般采取停工整顿措施，例如2014年12月某地铁四号线隧道段施工由于钢筋架垮塌，导致四死三伤，该市所有地铁工地被叫停工整顿，殊不知临时停工整顿也将给建设工程带来一定的风险，甚至会出现更大的事故。
2. 临时停工对基坑工程的影响
2.1基坑工程的时空效应
在基坑施工过程中，主要的问题就是如何确保基坑的稳定以及周边建（构）筑物、管线、桥梁的正常使用，需要要研究的问题很多。其中主要的研究问题是解决土体的流变性对基坑围护结构内力和位移的影响。在国内外基坑的理论与实践的研究中发现：在深基坑开挖及支撑过程中，每个分步开挖的空间尺寸和支护开挖部分墙体的无支撑暴露时间与周围墙体和土体位移有着一定的相关性[1]。
基坑开挖范围内含有软弱的土层，土体粘聚力小、强度低、含水量高，当土体具有一定的流变特性时，基坑暴露时间越长支护结构墙体在同一工况下的位移越大；基坑开挖后挡墙的暴露范围与时间随着基坑开挖的深度逐渐增加，则流变现象越严重。通过工程实践可知，基坑变形具有时空效应规律[2]，即基坑支护结构与周围土体具有时间、空间的特点，其主要体现在：①基坑围护结构墙体内力和位移随时间的增加而改变；②基坑周围的土体沉降及侧向位移随时间增加而改变。软土基坑工程的时空效应原理是利用基坑变形的时间、空间特点，充分发挥土体在一定时间、空间条件下自身抗变形的能力从而限制土体流变变形来达到控制基坑变形的目的。
2.2临时停工对基坑开挖的影响
基坑开挖过程中临时停工导致基坑开挖暴露时间太长，严重影响基坑工程的安全。在水平方向上，由于没有及时架设水平支撑，使得基坑围护结构墙体在土压和水压作用下产生水平位移，在竖直方向上，由于土体开挖导致坑底土体卸荷回弹，基坑底部隆起，同时在基坑开挖范围内的软弱土层由于强度低、含水量高，随着时间的增加，流变现象越严重，这些都将导致支护结构产生变形、裂缝、渗漏水、失稳，基底的管涌，基坑相邻建筑物的沉降倾斜，地下管线开裂等。
2.3临时停工对围护结构水平位移的影响
在基坑开挖的过程中，基坑周边的土体受到扰动，由于临时停工导致基坑暴露时间增加，基坑表现出时空效应，坑周边被动土压力减小，主动土压力增加，土体抗剪强度随着基坑暴露时间的增加而逐渐减小，支护结构在较短时间内产生一定的水平位移，随着时间的增加支护结构的水平位移逐渐增加，同时围护结构的内力与变形也随之改变，基坑的安全性会渐渐降低，稍有不慎将酿成重大事故。
2.4 临时停工对地表沉降的影响
基坑周边地表沉降主要受围护结构变形的影响，考虑临时停工土体产生流变，地表沉降分为两部分：第一部分在开挖后与围护结构的瞬时变形同时产生，另外一部分是因为临时停工土体流变逐渐发展，地表沉降随着时间的推移而逐渐增加。除了由自身流变性而产生之外，围护结构随时间而产生的变形也会引起地表沉降的增大。在基坑降水的过程中，临时停工将使得周边的沉降进步一加大。
坑外土体也由于开挖的作用而产生负孔隙水压力，随着临时停工基坑暴露时间的推移，负孔隙水压力会逐渐消散，负孔隙水压力的消散使得土体吸水膨胀，有回弹的趋势，而使得地表沉降逐渐减小。离基坑越远，开挖对土体的影响越小，土体中产生的负孔隙水压力越小，负孔隙水压力因消散而产生的地表沉降的回弹也越小。
2.5临时停工对坑底隆起的影响
开挖卸荷后，坑底土体应力释放，开挖的瞬间坑底会产生瞬时回弹，由于临时停工导致土体的流变逐步发展，坑底隆起随着基坑暴露时间的增加而增加，基坑开挖到指定位置时，基坑开挖面周围土体的应力水平处于开挖阶段的最高值，这时由于临时停工使得基坑暴露时间过长是非常危险的，很容易产生基坑事故。
基坑内侧土体伴随着应力释放，具有了膨胀的趋势而产生负孔隙水压力，随
着临时停工导致时间的推移，负孔隙水压力会逐渐消散，负孔隙水压力的消散使得土体吸水膨胀，有回弹的趋势，而使得坑底隆起逐渐增大。
3. 临时停工对隧道工程的影响
3.1隧道施工的时空效应
在岩土体中开挖隧道，洞身周围岩土体与支护结构之间的变形与相互作用应力随着时间的改变而改变并逐步趋于稳定，因此隧道围护结构与围岩的变形并不是在瞬时间就完成。在隧道开挖过程中，周围岩土体不断释放原始地应力，岩土体与支护结构的内力与变形的发展，都要经历一个空间与时间历程，这就是时空效应(见图3.1)。而且时间效应与空间效应是同时进行。
隧道施工的时间效应则指的是岩土体变形随时间的增加而逐渐变化的过程，时间效应也是随着空间效应的产生而产生。隧道施工的空间效应指的是在隧道开挖的过程中，由于空间的变换导致岩土体产生形变的特性，时空效应的发展是伴随着岩土体应力逐渐释放的时间效应产生。

图3.1隧道施工时岩土体变形发展规律
3.2临时停工对盾构法施工的影响
盾构法是一种暗挖隧道的施工方法，盾构法施工是在控制围岩稳定的情况下进行隧道掘进，并在盾构机内拼装管片、注浆。盾构法施工的主要工序有：盾构的始发与到达，盾构掘进，管片拼装与防水等。
在盾构施工的过程中如果遇到临时停工，将对盾构掘进的安全性及周边环境产生很大的影响，临时停工使得洞门端头加固不及时，导致洞门涌水、涌砂、造成塌方；盾尾密封不及时，特别是在具有承压水的砂性土层中时，流砂土和压浆材料很容易从盾尾窜入隧道内；防水措施不及时，隧道周围的地下水就会沿着相对薄弱的地方渗入隧道之中，对隧道内部结构及其附属管线造成影响，甚至会影响到隧道的使用年限以及地铁的运营；注浆不及时，进行引发地表产生过大沉降，并引发隧道渗水、漏水现象；冻结法施工时，冻结后临时停工导致时间太长将严重影响冻结质量等。同时临时停工使得周边土体的流变随着时间的增加逐步发展，这些都将引起地面的隆起和沉降、管线的破裂、周边建（构）筑物的不均匀沉降、衬砌管片的开裂，严重影响城市轨道交通的安全施工。
3.3临时停工对矿山法施工的影响
矿山法是一种暗挖隧道的施工方法，矿山法施工的过程中由于对周边岩土体的扰动，因此使用一些构件作为临时支撑，待隧道开挖成型后，用整体衬砌取而代之。
在矿山法施工的过程中，地下建筑物承受最大荷载不是在施工的最后阶段，尽管隧道完工后承载了预定的外加荷载，最大载荷产生在施工的中间阶段，主要是由于开挖引起的扰动效果还没有完全被衬砌所约束，再加上成拱效应，致使洞壁周边区域应力增大。因此中间施工阶段是一个非常脆弱的时期，临时停工将严重影响对矿山法安全施工。同时施工引起的地表沉降按照沉降机理的不同以及性质的差异可以分为两大类：一类是地层损失沉降，另一类是固结沉降。其中固结沉降有可以分为主固结沉降和次固结沉降，地层的损失与土体固结沉降具有一定的时间效应。因此临时停工将使得矿山法前后的施工工艺不连续，开挖的隧道没有及时支护，施工周期延长，地层损失率、固结沉降量变大，支护结构的内力与变形随着时间的增加而改变，掌子面周边岩土体易失稳，这些都严重影响周边建筑物、管线的正常使用以及矿山法隧道施工的安全性。因此临时停工对矿山法施工的安全性影响很大。
4临时停工对桥梁工程的影响
4.1混凝土的徐变
混凝土是由骨科、水泥砂浆、细砂粒组成。它的物理性质相当复杂，主要由复合体的结构决定。由于混凝土有微细孔隙和薄弱界面的存在，在荷载作用下由于混凝土中的凝胶体发生粘性流动，这些薄弱界面随着时间的增加在一定程度上被压实，使混凝土发生塑性变形，这种塑性变形在短期内很微小，在荷载长期作用下才比较明显。这种变形称为徐变[7]。
4.2临时停工对桥梁施工的影响
桥梁是一种跨越地面障碍物的人造建筑物，一般由上部结构、下部结构和附属构造物组成，上部结构主要指桥跨结构和支座系统；下部结构包括桥台、桥墩和基础；附属构造物则指桥头搭板、锥形护坡、护岸、导流工程等，按照受力特点可以分为梁式桥、拱式桥、刚架桥、悬索桥等。城市轨道交通建设过程中当周边环境复杂，建筑物较多不易拆迁，往往采用高架的形式。
由于在桥梁施工过程每段混凝土的龄期、荷载、几何特征都随时间的增长而不断变化，并要发生多次结构体系的转换，临时停工将导致桥梁施工前后工序不连续，混凝土的养护不到位，模板、支架、拱架架设不及时，使得混凝土的强度降低达不到设计要求，加上临时停工使得混凝土在荷载作用下产生变形随着时间的变化而改变，徐变特性显著，这会造成桥梁结构的承载能力达不到设计要求，几何线型和内力状态随时间而发生变化，甚至会出现桥梁结构不能按预期的设计线型合拢[8]，这样成桥后的不良线型必然会影响交通和桥梁的安全。因此临时停工对桥梁工程的安全性影响很大。
5.总结
城市轨道交通工程主要由基坑工程、隧道工程、桥梁工程组成，在早期的工程实践中我们为了停工整顿更多的忽略了临时停工对轨道交通工程的影响，本文主要分析了由于基坑时空效应临时停工将影响基坑开挖、基坑围护结构水平位移、基坑周边地表沉降、坑底隆起，由于隧道施工的时空效应，临时停工将影响盾构法施工、矿山法施工的安全施工，由于混凝土的徐变特性，临时停工将影响桥梁的安全施工，因此对于城市轨道在建工程出现一些事故时是否需要停工整顿需要我们进一步思考，如果需要停工整顿时是否考虑到临时停工对在建工程的影响。

参考文献
[1] 龚晓南.深基坑工程设计施工手册.中国建筑工业出版社,2001
[2] 何世秀,胡其志,庄心慈. 渗流对基坑周边沉降的影响.岩土力学与工程报,2003,22(9): 1551-1554.
[3] 璩继立,许英姿.盾构施工引起地表横向沉降槽分析.岩土力学,2006, 2 (27):35～37
[4] 卢瑾.软土地层中盾构法开挖引起的地表沉降研究. 南京: 河海大学, 2007
[5] 沈捷.地铁隧道矿山法施工与地面沉降控制方法.山西建筑, 2009,35 (14)：308～309
[6] 李海峰. 浅埋暗挖隧道施工地表沉降的规律及其对既有构筑物的影响分析. 北京: 北京交通大学, 2008
[7] 惠荣炎、黄国兴、易冰若,《混凝土的徐变》,中国铁道出版社,1988。
[8] 范立础,《桥梁工程》,人民交通出版社,1986。
作者简介：徐成华(1978-), 男, 江苏盐城人, 高级工程师, 从事地质工程方面的工作