地鐵站基坑設計論文
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論文摘要:本文以某地鐵基坑施工中出現的問題及事故處理為例，充分說明基坑是工程的基礎，直接影響臨建場地內的建筑物與道路管線等構筑物的安全使用.現場應嚴格按圖施工，按設計要求進行監控量測，做到信息化施工、動態設計，以合理的工程措施保證工程安全。
1工程概況
某地鐵站位于城市主干道上，車站周圍均為多層及高層建筑物。該站為地下雙層車站，車站全長204m，設南北兩個端頭井，均為盾構到達井。車站標準段寬19.3m，端頭井處斷面寬23.8m。車站主體基坑全長207.2m，圍護結構采用800mm厚的地下連續墻，標準段連續墻深27.5m,墻底進入粉砂層3.5m,基坑深度為16.2m左右，入土深度11.3m;盾構井處連續墻深31m,墻底進入粉砂層4.0m，基坑深度為18,5m左右，入土深度12.5m。標準段和端頭井基坑內分別架設為4道和5道鋼管支撐。為保證基坑內無水作業，采用坑內降水，降水井設置深度:基坑底以下4.5m。
2工程地質及水文地質條件
(1)地層巖性。場地土類型為軟弱一中硬場地土。站區地層主要為第四系全新統人工填土層(人工堆積Qml),第I陸相層(第四系全新統上組河床一河漫灘相沉積Qo’al)、第I海相層(第四系全新統中組淺海相沉積Qam).第II陸相層(第四系全新統下組河床一河漫灘相沉積Qe}al)、第川陸相層(第四系上更新統五組河床一河漫灘相沉積Q,`al)、第II海相層(第四系上更新統四組濱海一潮汐帶相沉積Q;mc)、第W陸相層(第四系上更新統三組河床-河漫灘相沉積Q,`al)a
(2)水文地質特征。本場地地下水類型表層為第四系孔隙潛水，賦存于粘性土、粉土及砂類土中。勘察期間地下水埋深1.5，2.1m。第II陸相層及以下的粉土、砂土層中的地下水具微承壓性。地下水主要補給來源為大氣降水。3基坑施工過程中發生的問題及處理方案。
該站自當年8月6日開始基坑開挖施工，至9月7日基坑施工一直處于正常狀態。但自9月8日一11月1日，基坑施工中發生了多次較為嚴重的問題，主要有三次:①車站主體基坑右側小區居民樓沉降:②接地極施工時基底管涌:③北端頭井基坑施工時基底管涌。
(1)車站主體基坑西側小區居民樓沉降月9日車站主體基坑西側18m左右處小區居民樓6號樓沉降發生突變，沉降速率達到10.70mm/d，累計沉降為20.59mm，當天下午14點，沉降速率為12.2mm/d,累計沉降32.79mm。隨后幾天內，沉降不斷發展，且沉降速率極不穩定，速率無常，累計差異沉降量也不斷增加，接近規范允許值。業主多次組織監理、設計、施1_各方召開專題會，同時邀請部分老專家參加，進行原因分析，研究處理方案。施工單位、設計單位、監理單位以及各方專家在居民樓沉降原因分析及處理方案上存在較大分歧，甚至產生了完全不同的觀點。部分專家認為基坑西側居民樓發生沉降的主要原因是:①基坑圍護設計先天不足，連續墻底座落在砂層，而砂層水有壓力，連續墻設計應穿透砂層;②基坑內降水井的實際深度已達砂層，基坑降水量過大，基坑內降水可能造成坑內水體與坑外水體溝通，引起水土流失，造成小區居民樓沉降。根據其分析結果，這部分專家認為處理居民樓沉降應該采取以下措施:①將基坑內降水井進行封堵，采取明排水施工;②在連續墻周邊采取高壓旋噴穿透砂層進行土體加固，以封堵連續墻底砂層中的地下水。但我們根據監測報告，認真地進行設計復查，認為小區居民樓沉降主要有以下原因:①開挖、架撐工序銜接不當，造成圍護結構變形加大，使工程力學性質極不穩定的第I海相層(9月8日、9日挖土速度過快，鋼支撐架設滯后48小時以上)產生蠕變，造成建筑物沉降加劇;②主體基坑西側與居民樓間曾有大量堆載，大大超過堆載小于20KPa的要求;③盾構井處降水井施工質量有待提高，降水過程中水土流失現象嚴重:④基坑施工前曾有管線切改，回填土可能不密實。同時我們認為采用高壓旋噴樁封堵由于無法確切把握其防滲效果，所以不但可能堵漏作用不明顯，并且其巨大的作業壓力倒可能對連續墻穩定形成威脅，有相當大的安全隱患。我們要求盡快恢復按原設計施工，整治有問題的降水井，確保出水不出砂，防止降水引起的水土流失，導致地面建筑物的沉降危險。同時在下一步施工中加強降水、開挖、支撐、監控量測等各道工序的管理力度，保證基坑的安全實施。現場雖然只是初步整治降水井，但加強了各道工序的管理力度，居民樓沉降速率得到控制，差異沉降值也有所減少，收到了一定的效果。
(2)接地極施工時基底管涌10月10日開始，當地連續降雨近50小時，為50年一遇的大暴雨，10月12日，在施工6m長的接地極時，由于鉆孔穿透粘性隔水層，進入砂層，導致基底發生了涌水、涌砂現象，24小時內約冒出20m左右泥砂，導致離該段基坑較近的小區5,6號樓沉降較大，沉降速率每小時接近1mm，累計最大沉降值達到10cm，情況十分危急。我們通過組織地質、基坑方面專家進行討論，對地質勘察及基坑設計進行復查，并對發生管涌部位提出如下處理方案:①發生管涌部位，首先應堆土約2m反壓，然后進行基底注漿加固，在加固體達到強度后，才能開挖基底剩余土體;②在本區段內發生管涌處墊層采用鋼筋混凝土，鋼筋采用鋼筋網片，在地面分塊成型后，吊入基底，其余仍維持原設計不變;③在管涌發生處基坑、墊層及底板施工時，與其相鄰北側的基坑嚴禁開挖，以保證該段基坑的穩定。同時繼續要求從基坑開挖、支撐預加軸力、基底墊層施工、基坑降水及監測等各個環節入手，加強管理，保正安全。按照我們的施工建議及處理方案，現場經過24小時奮戰，成功地將這次管涌封堵。
(3)北端頭井基坑施工時基底管涌。10月18日，北端頭井基坑挖至基底，在進行墊層施工時，連續墻接縫處出現小量涌水，施工單位認為坑內涌水是由于連續墻接縫漏水或者地下水通過地下連續墻繞流發生涌水，采取注漿進行封堵，在連續墻外側鉆孔過程中，由于鉆孔深度達到30.5m，將粘性隔水層穿透，使坑外與坑內地下水連通，導致基坑內突然涌水，水頭高達1.0m左右，北端頭井基坑積水立刻滿槽，均為黃色泥水。現場回填大量片石和石子，不見效果。10月20日，管涌處涌水量沒有減小，墻體背后鉆孔11個進行注漿，均未見效果。為保證基坑及周邊環境安全，對基坑進行了回填。我們通過對監測數據、現場清況及補充勘察資料的分析，我們認為該站基坑原設計方案是合理的、安全的，勘察資料是準確的。出現問題的主要原因是將原設計的降水井進行了封堵，導致基底水壓過大，引起基坑內出水冒砂，所以下一步應嚴格按以下幾個方面恢復施工:①盡快恢復降水井，如基坑內恢復有困難，則在基坑外施工減壓井，以便降低基底水壓，保證基底穩定。但基坑內應采取嚴格措施進行排水，避免基底浸泡;②應嚴格保證減壓井施工質量，確保減壓不降水，出水不出砂;③同時降水過程中應進一步加強監控量測，確保工程安全。按以上三點要求實施后，基坑施工相當順利，周圍建筑物及地表沉降也得到了很好的控制。目前該站主體結構早己順利完工。超級秘書網
3處理后的思考
(1)該站基坑圍護結構設計是安全可靠的。該基坑圍護結構設計采用國內通用的《深基坑支擋結構分析計算軟件》模擬施工全過程進行受力分析:開挖期間連續墻作為支擋結構，承受全部的水土壓力和施工荷載。采用有限元法，根據施工過程將結構受力、變形過程劃分為若干相對獨立的階段，并考慮各階段結構受力及變位的繼承性。坑底以上按主動土壓力三角形分布，坑底以下土壓力按矩形分布，用水平彈簧模擬坑底地層對圍護結構的約束作用，對連續墻長度及嵌固深度、連續墻內力及位移、支撐的內力及穩定、基坑穩定性等進行檢算。計算過程中選擇最不利土層結構及最不利地下水位，驗算了基坑整體穩定性、坑底抗隆起、抗傾覆、抗管涌等，安全系數全部滿足要求，并且也是經濟合理的。政府主管部門對該站基坑圍護結構設計作了審查，對圍護結構設計進行了充分的肯定。
(2)實踐證明，我們針對該基坑出現的一系列問題進行的原因分析及提出的處理方案是正確的、合理的、有效的、可行的。
(3)對深基坑圍護結構設計的思考。通過該基坑的問題可以看到，水是誘發事故的源頭。因此在今后的設計與施工中一定要注意以下幾點:①在深基坊拍勺施工中，坑內井點降水是必要的。坑內井點降水一方面可以保證在無水條件下，基坑開挖順利進行;另一方面也是保證基坑安全的重要措施，坑內土體通過降水后固結，能夠更好地提供抗力，保證基坑開挖的安全;②坑內降水井應嚴格按照設計要求施工，防止泥砂流失，如發現水色有問題應及時尋找問題的根源;③施工期間應分層設置水位觀察孔，對基坑內外的地下水位變化進行監控。當建筑物、地下管線的變形速率或變形量超過警戒值時，及時與監理、設計、業主溝通，采取措施，保證基坑及周圍建筑物的安全;健)提高連續墻的質量，尤其應確保連續墻接縫防水效果;⑤設計與施工中要充分注意基坑開挖與地下水變化引起的基坑內外土體的變形及其對圍護結構、鄰近建筑物和周邊環境的影響;⑥基坑開挖至設計高程后應立即對基坑進行封閉，防止水浸和暴露，并及時進行地下結構的施工，以防止基底的管涌和隆起等。
總之，通過對該基坑事件的總結分析，我們應該總結經驗教訓，為深基坑設計和施工積累經驗，既可促進基坑施工技術水平的提高，又可以減少工程損失，保證工程進度。
