引言:
当前,地铁已经成为了城市建设中一种必不可少的交通工具,与人们的生活息息相关,因此,地铁工程建设的安全不容忽视。地铁的基坑工程在地铁的施工建设中非常重要,决定着地铁工程的质量所以,工程建设单位在进行基坑施工的时候,一定要重视基坑存在的潜在风险,根据工程的施工特点,进行施工进度以及质量的控制。
1、深基坑工程风险来源
1.1地质水文条件
当基坑开挖面积较大时,基坑支护结构受地层分布情况影响较大,基坑的降水措施及降水效果与地下水的水位及其补给来源息息相关。若对基坑地下水的处置不当,基坑可能会出现流砂、管涌以及坑底大面积隆起等事故。同时,岩土体的材料力学性能离散性大,具有较高的空间变异性,工程勘察只能给出岩土体的力学性能的统计值。
1.2基坑的周边环境
基坑周边需要保护的对象包括优秀历史建筑,有精密仪器与设备的厂房,采用天然地基或短桩基础的重要建筑物,市政道路,轨道交通设施、隧道,防汛墙,原水管、自来水管、污水管、煤气管、共同沟市政管线。由于各种保护对象对变形的敏感性以及破坏后的影响不同,这就要求根据基坑周边的保护对象来制定基坑变形的控制指标。
1.3基坑的勘察、设计水平
勘察、设计人员的理论水平和工程经验在深基坑工程勘察、设计中影响较大。由于地质的不均匀性以及目前的土压力理论仍然是半经验理论,所以深基坑工程的设计仍然是理论和经验相结合。1999年颁布的《建筑工程基坑支护技术规程(JGJ120-199)》统一了深基坑工程的设计原则以及计算方法,2012年新颁布的《建筑工程基坑支护技术规程》继承了这些东西,并对常用的基坑支护方式进行了详细的规定。
2、地铁基坑工程的施工特点
在地铁基坑工程施工过程中,为了保证基坑变形不超过工程设计范围,必须要控制好无支撑的暴露时间,在进行支撑制作的时候,要严格按照施工设计的要求。为了确保工程的整个支撑体系的受力合理,能够有效、可靠地施加预应力,其立柱和钢支撑的连接节点构建必须要符合以下几点要求:第一,在节点处的支撑要受到三维的限制,以免其侧向弯曲以后轴向承载力降低,可以采用U型的抱箍来对支撑体系进行约束,从而减短支撑体系的计算长度,从而增强支撑体系的受压承载力。第二,在支撑和立柱支托之间、支撑与抱箍之间要塞锲,从而促使桩身在遇到隆起或者沉降的时候,能够释放出较大的预压力,其接头方法可以采用井子接头或者十字接头等。
3、地铁基坑工程施工存在的风险
地铁基坑工程在施工过程中存在的风险主要包括以下几点内容:第一,施工环境,地表水体的渗漏、管线的渗漏、坑边推载、车辆设备的振动、暴雨以及附近周围建筑物的超载等。第二,施工地质,地下水没有疏干,局部上层的滞水,承压水等一些地下水问题;粉土层和砂层饱水的松散,在卵石地层中含有较大颗粒的砾石,第三系的砾岩和泥岩等施工较为敏感的地层;地下障碍物如古井和孤石等;软土、新近沉积土以及厚层填土等一些不良土层。第三,施工原因,开挖分层较大或者超挖、开挖的速度较快且开挖到设计标高的时候,没有及时进行封底,桩体的强度没有达到开挖的要求,土方的施工开挖参数的控制管理不恰当等;安装缩颈、支撑以及断桩等质量比较差,锚杆的长度没有达到设计要求、锚杆的锁定拉力不够等一些支护结构的施工质量没有达到要求,造成支护的承载力满足不了设计的需求等。
4、地铁基坑工程施工风险控制措施
4.1切实提高地下连续墙质量
4.1.1泥浆管理
在深厚的细砂、粉细砂、粉土和黏质粉土地层中成槽时,建议按100%体积置换、漏斗黏度大于25和比重小于1.10这3项指标控制清孔换浆效果.其中100%体积置换尤为重要,是连续墙质量优良的必要条件。
为达到100%体积置换,现场泥浆储备量不少于日成槽方量的3倍,新鲜泥浆和处理后的泥浆均可采用筒仓式泥浆罐存放,以节省施工场地。砂性地层成槽必须配备振动筛+旋流器的组合式泥浆处理系统,处理设备能力应与地质条件和工程规模相适应。
4.1.2接头
CWS接头是法国地基公司的专利技术,与锁口管接头相比,CWS接头不仅在幅间设置了橡胶止水带,防渗性能有质的提高,而且接头板采用后续槽段成槽后侧向去除工艺,既避免了接头长时间浸泡的问题,也有利于接头板起拔。与十字钢板和工字钢接头相比,CWS成本较低,工效较高,但不适合超深连续墙施工。这一思路可供我国业内借鉴,形成自己特色的低成本止水接头形式。
4.2支撑实际刚度的评判方法
支撑的实际刚度是检验支撑体系安装、施工质量的关键参数。建议引入、支撑压缩量、参数——支撑安装(钢支撑)/终凝(混凝土支撑)后,支撑两端对应位置、对应深度的围护结构位移增量总和。此参数直接反映了支撑(包括围檩)系统的实际刚度,可作为支钢支撑施工质量的主要评价标准,同时对于混凝土支撑和钢支撑以及围檩/支撑体系均可作为风险感知的重要参数。
4.3钢支撑刚度影响因素控制
影响钢支撑的实际刚度因素很多,其中包括预应力残留值大小。目前设计与施工过程中仅强调预应力施加值,其实真正作用的是预应力残留值。实测显示,实际工程中达到设计要求预应力的钢支撑,其残留值往往仅有300-500kN,离散性很大。由于轴力传感器较为昂贵,不可能每根钢支撑都设置,因此目前无法全面掌握预应力残留值,留下了控制盲点。为此,正在研究采用低成本、可重复使用的加速度传感器测量支撑实际预应力的方法,以提高风险感知能力。
4.4承压水危害综合治理
在类似上海富水软土地区进行地下工程施工,承压水问题始终是重大的技术难题和风险因素。以往对承压水问题的认识比较简单,一般单纯采取降水措施控制水头,防止其产生坑底突涌即可。然而,随着深基坑工程建址分布日益广泛,规模日益扩大,环境日益复杂,发生了许多以往不曾遇到的新问题,如降水造成周围地层沉降大大超过允许值,未判明的微承压导致坑底隆起等。以往“水位控制”为主的思路已经无法适应新形势的要求,迫切需要将风险控制理念和沉降控制思想融入承压水危害治理技术。
经过上海2号线宜山路站、13号线汉中路站等超深基坑工程实践,深基坑工程承压水综合治理的理念已经逐步成熟,其第1重含义为全面辨识承压水对基坑工程危害并针对各种类型危害全方位治理;第2重含义为从勘查、设计和施工全过程加以控制,以水位控制为前提,以沉降控制为中心,“隔、降、灌”并举,综合治理承压水危害。
“隔、降、灌”并举中的“隔”是指利用基坑围护结构,必要时适当加深,使之形成封闭式或悬挂式隔水帷幕,可大幅度减少抽水量,也兼顾了经济合理性;“降”是指按“降水最小化”原则优化降水方案,尽量少抽水;“灌”是指将抽出的地下水回灌入原来的地层,进一步减少大地沉降。
5、结语
总而言之,地铁深基坑工程的风险性相对较高,因此,对深基坑工程的风险管理应贯穿于深基坑建设的各个阶段,使深基坑项目的各方人员都参与其中。同时,有效的控制风险源,降低深基坑工程的风险,保证深基坑工程项目的顺利进行。
参考文献:
[1]杨明杰.深基坑工程施工风险管理研究[D].华南理工大学,2010.
[2]杨玲,黄天寅.地铁车站深基坑工程施工风险控制[J].城市道桥与防洪,2008,10:99-101+19.
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