方兴湖隧道基坑失稳风险分析与控制研究

方兴湖隧道基坑失稳风险分析与控制研究

黄士宾

中铁二十四局集团安徽工程有限公司，230011

摘要：方兴湖隧道是国内跨度最大的明挖湖底隧道，属于深基坑施工，基坑失稳风险高。本文从基坑失稳的形式及影响因素出发，通过对方兴湖隧道基坑失稳风险进行分析和辨识得出基坑失稳风险源，并针对基坑失稳风险源从项目管理、施工过程、施工监测等综合角度出发提出了对应的控制措施。通过该工程的施工，验证了这些控制措施切实有效。

关键词：明挖大跨度湖底隧道基坑失稳控制措施

1引言

明挖湖底隧道深基坑在开挖、支护、降水过程中很容易出现基坑失稳事故，为避免或减少损失、必须重视施工阶段的基坑失稳风险管理。本文以方兴湖隧道为依托，分析基坑失稳的风险因素，提出相应的控制措施，最后通过现场的施工验证了风险控制措施的有效性，以供类似明挖湖底隧道基坑工程施工参考。

2工程概况

方兴湖隧道位于合肥市滨湖新区方兴大道上，设计时速为60km/h，隧道设计起讫里程为K1+170~K1+990，长820m，为38.5m大跨双向八车道隧道，三跨单层结构，采用明挖法施工。隧道结构顶最大水深约为5m，结构顶板上覆盖层厚度大约为1m左右，基坑开挖深度为6.5～12.5m。

3方兴湖隧道基坑失稳风险分析

方兴湖隧道采用明挖法施工，经过区域地形起伏较大，地面高程在6.00~14.30m。线路K1+140~K2+000段为人工湖，人工湖所处的原始场地地貌为农田，其蓄水深0.5~4m。人工湖水源来自城市的排污河流，隧道穿越地段地表水丰富，施工前期需施作引道或沟渠分流河水，其次在隧道施工区域内施作围堰隔离河水，并对人工湖湖水进行抽排；这一环节工程量大，所需时间较长，其质量要求高，任何一个方面处理的不好，都可能导致施工区域遭受地表水的影响，使得基坑淹没、边坡塌陷，严重耽误工期，危害工程及机械设备安全，造成严重的资金损失。

方兴湖隧道穿越地层为第四系全新统(Q4)以及上更新统(Q3)和第三层(E)地层。自上而下描述如下：表层为人工形成的填筑土，厚度不均，为松散、潮湿状态；其次为淤泥质粉质粘土，呈软塑~流塑状态，厚度不均，主要由人工填土未经压实且长期侵泡在饱和水中形成；再往下为粉质粘土，呈流塑—软塑—可塑偏硬状态，饱和土，为湿润状态；隧道下层基岩为硬塑状态的粘土，具有微膨胀性，该层土厚度在30米左右；最下层为红砂岩层，厚度巨大。隧道施工区段必须考虑到由地质因素引起的基坑大变形风险，一旦发生事故将对施工人员、机械设备的安全带来严重威胁。

根据勘察资料显示，隧道所在区域地下水埋深0.00～7.60m，地下水类型主要为上层滞水，孔隙水，主要为大气降水补给和湖水补给。水文地质及其气候条件也是施工建设时需要考虑的重要因素，地下水处理不当、地下水具有腐蚀性或者季节性暴风雨等因素都有可能造成基坑内水满为患，甚至导致边坡垮塌，危害结构安全，延误工期，造成重大经济损失。

方兴湖隧道采用明挖法施工，占用场地大，隧道结构维度大、工作面敞开，施工现场条件复杂，受气候环境影响大；隧道施工影响周围区域内的交通运输，对周围环境产生破坏，造成社会负面效应等，因此基坑施工时要考虑对周围环境影响的风险。

4方兴湖隧道基坑失稳风险控制措施

4.1项目管理控制

（1）现场调查。施工方案编制前，对施工现场条件进行了详细的调查，除工程地质、水文地质关键因素外，还对周围管线、周边建筑及场地原有建筑等进行了详细排摸，充分了解了现场，有针对性的制定了措施，确保了能全面考虑周边环境带来的各种风险因素。

（2）重视方案评审，维护方案评审的严肃性。方案评审是方案讨论的更高层次，是利用社会高端资源的一次咨询，咨询意见应具备严肃性。方兴大道深基坑施工方案经专家论证后，针对专家提出的意见进行了修改完善并重新报公司进行了审批。

（3）确定合理施工方案，维护施工方案的严密性。一般来说分块开挖是降低基坑风险的有效手段，在方兴大道基坑施工方案的编制中充分考虑了降低风险的措施与手段，方案审批完成后，现场严格按方案进行了分块开挖。针对现场实际情况发生变化而引起施工方案的变更，严格履行了变更方案的审批手续，维护了施工方案的严肃性。

（4）重视安全技术交底。尤其对于风险点作业人员，从最基层进行技术安全交底，加强施工人员的风险意识与识别风险的能力，避免施工人员盲目施工，使危险源在最早时间被发现并及时补救。

（5）严格安全质量检查，提前消除事故隐患。安全质量检查是最直接的管理手段，能够及时发现隐患，及时整改隐患，基坑失稳是属于项目高风险工程，在整个施工过程中是作为项目部管控的重点，建立了完善的安全生产风险管控体系和制度办法，建立了专门的隐患排查台账，针对具体隐患明确整改时限和责任人，逐项落实整改措施，确保隐患消失在萌芽状态。

4.2施工过程控制

（1）围堰、引道施工。综合现场实际情况，本工程考虑把上游塘西河及西南侧现有流水沟进行统一改沟，总体设置两期围堰，一期围堰施工完毕后，进行方兴湖抽排水；待方兴湖水抽排结束，施作二期围堰，二期围堰采用级配碎石分层压实，兼做主体施工两侧便道。本工程把上游塘西河及西南侧现有流水沟进行统一改沟，过主便道采用暗埋3根Φ1500预制混凝土管涵，其余改沟均为明沟，如图1所示。

图1改沟、围堰施工平面布置图

（2）降水工程。本基坑以明沟排水为主、管井降水为辅；降水井设两排，井间距为25m；在基坑开挖的四周、放坡平台及基坑底部两侧设排水明沟，每隔25m设置一集水井，使基坑内渗水汇入其中，再用水泵抽入地表沉淀池经沉淀等方式处理后才排至市政管网，开挖过程中边挖边加深排水沟和集水井保持沟底低于基坑底不小于0.5m，集水井低于沟底不小于0.5m。

（3）基坑放坡。基坑分为两级放坡开挖，上级坡率采用1:1.5，下级坡率采用1：1.25～1:1.5，坡面采用挂钢筋网喷混凝土护面，两级坡间设2.0米宽的平台。采用瑞典条分法进行边坡稳定性分析，边坡整体稳定安全系数K>1.3，即满足《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012要求。

（4）基坑开挖。湖底隧道主体基坑开挖采用明挖法施工，按照深基坑施工规程，本段基坑属长开挖，为确保基坑稳定，除严格遵循“先降后挖、及时封底”的基本原则外，还严格遵循了“时空效应”的理论，按照“分段、分层、对称、平衡、限时”的原则进行开挖。分段：基坑开挖分段应与主体结构施工分段相对应，基坑开挖完成最后一层土方后要及时进行底板混凝土结构施工。分层：基坑开挖深度为6.5～12.5m，基坑开挖分层高度按基坑深度并结合土钉墙设置高度位置划分，开挖深度按3m一层，基坑最深处分为5层。对称、平衡：隧道结构标准断面基坑的土方对称开挖，土方采取由两端向中间开挖，两侧的开挖高度基本一致，开挖时严格控制标高。限时：由于本基坑开挖分层间距为3m，每次铺设钢筋网片喷护及土钉施工坡深也为3m，以保证做到“随挖随喷”，及时施作土钉钻孔、注浆等工序，减少基坑暴漏时间，确保深基坑安全。

(5)边坡支护

基坑两侧放坡坡面支护采用网喷混凝土，钢筋网为Φ8@150×150，喷射C20混凝土厚100mm。在喷射砼施工前，清除坡面表面浮土、泥块，土钉施工，挂设钢筋网片，并与土钉焊接。喷射砼时要注意及时性，以达到迅速封闭侧壁暴露面的目的，开挖后8小时之内喷射砼封闭。边坡支护工艺流程如图2所示。

图2土钉+网喷混凝土施工工艺流程

(6)垫层与结构施工

基坑开挖到底进行垫层底板施工前，一般为风险最高阶段，此阶段必须调集全部力量，昼夜施工，进度控制着结构安全。垫层以3～6m一块进行控制施工，不可为图方便，扩大单次浇筑范围。

4.3基坑监测控制

明挖基坑位于在建的人工湖，基坑开挖范围大，围堰最高约8米，道路中心线以南80米有一根DN400高压燃气管，故施工过程中的监控量测尤显重要，通过现场测量掌握基坑与围堰的稳定，以确保施工及周围管线安全。测量的重点是围堰填筑与基坑开挖对南侧高压燃气管线的影响，围堰的稳定，基坑的稳定，测量的主要项目有：地面沉降，土体倾斜，坑底回弹，水位观测等。监测严格按规范进行，确保监测数据真实有效，遇有特殊情况，如连降暴雨，地下水管破裂等，加密了监控量测频率，必要时增加了测量内容。基坑开挖及使用期间每天进行了巡视，监视裂缝的形成与发展情况，使基坑处于受控状态。基坑监测包含时程变位曲线，工程评价等。监控量测是信息化施工的必要手段，在施工组织管理上，采取了必要的措施，使信息化施工真正落到实处，确保了施工安全。

5残余风险控制

由于对基坑失稳安全风险源采用了相应的控制措施，加强了施工中风险源的动态管理，方兴湖隧道深基坑施工的安全风险会相应降低，但不可能完全消除，因此在施工的过程中还对基坑失稳安全风险源实行了动态跟踪管理，定期反馈，对发现的问题及时采取了调整控制措施，确保了明挖湖底隧道深基坑施工的施工安全。

6应急保障措施

现场为了保证基坑安全，与各相关方进行了通力合作，采取有效的维护及应急措施，编制了基坑开挖应急预案，基坑开挖期间配备了必要的应急设备及材料，配备了一定数量的抢险人员，并组织了基坑失稳应急演练。

7结束语

通过合理的围堰施作、基坑开挖、边坡支护以及地表、地下降排水施工等管控措施，规避了强降雨期间湖水倒灌、基坑边坡失稳垮塌风险。

在整个施工过程中，通过对方兴湖隧道采取了一系列预防措施，基坑内未出现积水深的情况，且残余积水也被及时抽排，很好的保持了边坡坡脚土体的持有力，满足了安全生产的要求。

从现场施工情况来看，围堰施工为隧道基坑开挖及主体结构正常施工提供了前提条件，很好的处理了上覆湖水，同时规避了隧道后期施工由于雨季或暴雨天气引起的湖水倒灌等风险；引道工程结合了周边实际环境，在考虑安全生产的条件下，缩短了施工工期，节省了投资，合理利用了现场资源，满足可持续发展的要求。

参考文献

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[2]李俊松,仇文革.近接房屋的隧道基坑失稳风险分析与管理[J].中国铁道科学,2011,32(06):76-81.

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