王永志
北京中铁诚业工程建设监理有限公司 北京 100070
摘要：地铁工程采用明挖施工法时，基坑开挖深度通常较深，随着深基坑开挖，深基坑周围土体的应力发生变化，甚至整个土层移动。明挖深基坑施工将引起地表位移、地面沉降、挡土结构沉降、有时水平位移的变化。如果地面沉降的范围超过一定限度，将危及深基坑周围的地面结构或深基坑周围管道安全，对深基坑的结构稳定性带来不利影响，严重危及施工安全。因此，在深基坑开挖、深基坑支护结构、深基坑周围的临时建筑物等施工过程中，必须控制深基坑的不良变形，对受影响地区的地下管线和深基坑周围土体进行科学监测，然后以监测数据为标准，对深基坑进行动态管理控制，以保证施工安全。
关键词：地铁深基坑；明挖法；施工安全风险；优化控制；
1明挖法概述
明挖法是从上到下、逐层、逐段依次开挖基坑，在地下工程施工过程中，为了使结构达到设计要求，每挖一定距离，需要做护坡处理搭设支护。当达到基坑所需的深度时，主体结构的施工和防水处理将开始，并最终恢复地面。由于明挖法施工非常方便，因此一些浅埋地下工程的施工往往采用明挖法。地下工程近地表（浅层）的明挖施工以轻便施工为主，大部分明挖施工方法如建筑地基、地下商场、地铁站、人防工程等。明挖法一般分为两种：未支护边坡开挖和基坑支护。边坡开挖的优点是无需设置支护结构，主体结构建成时，施工范围大，施工布置方便，明挖法适用于露天地下工程。在有限的场地条件下，如城市地下工程施工，往往采用基坑支护方法进行基坑支护。通常情况下，为了保证坑壁的稳定和相邻建筑物的安全，应采取边墙支护加固措施，即基坑的支护结构，包括支护桩墙、支护体系、檩条、防渗帷幕、土钉、锚杆等。基坑支护结构的安全不仅直接关系到工程的成败，而且关系到邻近工程的安全。在工程建设中，应根据规模、地质条件、地基环境等因素确定无支架边坡或基坑开挖。
2深大基坑明挖施工安全风险研究
2.1深基坑和大基坑明挖施工安全风险研究背景。
深基坑开挖施工中的安全风险控制问题一直是地下工程研究、设计和施工中的一个难题。例如，当极限平衡理论应用于地铁工程明挖法基坑支护设计计算时，基于平面应变模型的支护结构设计计算结果与实际作用力不一致，实际上，第一混凝土支撑的轴力大于第二混凝土支撑的轴力。另外，施工中未充分考虑空间效应，未考虑各开挖进度或支护质量对后续步骤的影响程度。综上所述，地铁深基坑工程是一个典型的三维动态工程。受土体区域成因、各向异性等因素影响，二维软件的预测结果与现场监测点的变形数据往往存在较大差异，深基坑和大基坑的强度和变形模拟是很难找到理想的物理和数学模型的。通过对工程勘察中室内土工试验参数的常规分析难以客观反映基坑的强度和变形，借鉴深基坑和大基坑开洞法的施工经验，介绍了风险控制模型和理论预测方法的反分析，利用现场监测点的变形数据对土体的综合参数进行反分析，作为研究中基坑变形的正演分析和预测依据。深基坑开挖设计与施工，是“现场测量、时空理论分析、优化方法控制、模具和理论预测”的深基坑施工明挖法的安全风险控制和优化设计和施工方法的研究方向。
2.2深大基坑开洞施工的变形特征及机理
地铁工程深基坑和大基坑的变形特性主要包括基坑底端的隆起、桩或墙的竖向和水平变形以及桩或墙后的地面变形。1）基坑底部的隆起特性通常反映在基坑中混凝土柱承压桩的监测数据中。坑底土体累积隆起主要为塑性隆起，其余为弹性隆起，一般中高两侧低。其抬升机理是基坑开挖卸荷引起的坑底土原应力变化和开挖面以下被动土应力区土体水平压缩向上抬升的结果。2） 通过对桩身或墙身监测点的监测数据分析，发现桩身或墙身的竖向变形一般较大，但桩身和墙身的水平变形相差较大；桩身水平变形一般较小，桩顶水平变形较大；墙体水平变形一般较大，但墙顶水平变形较小。
变形机理是桩身或桩体外侧土体的主动土压力将桩体或墙体推至基坑内的水平位移，桩身自重较小，但刚度较大；因此，桩身往往存在整体水平位移，桩顶水平变形最大，第一次混凝土支护的轴力大于第二次混凝土支护的轴力；其原因是桩身自重小、刚度大、粘土层膨胀力弱；墙体自重较大，但刚度较小，第三、四支座处墙体水平变形最大，墙顶水平变形较小。3） 由于第一次支护采用混凝土支护，桩后或墙后地面变形一般较小，变形特征不明显。如果软土或邻近建筑物分布在深基坑和大基坑围护结构周围，桩或墙后的地表变形将不断增加。
2.3开洞法在深基坑施工中的时空效应
1） 适合沙质土壤的空间效应规律。地铁工程大开洞基坑底部砂土的累积隆起一般随开挖宽度的增大而增大，但当开挖宽度足够大时，累积隆起将达到一定的最大值。由于桩或墙限制了基坑周围土壤的主动和被动土压力以及垂直隆起，基坑底部砂土的累积隆起一般高于中间。2） 适用于粘性土的时间效应规律。在剪应力作用下，粘性土的长期剪切蠕变和位移容易发生，从而导致主动土压力的增大和被动土压力的降低。
3明挖法施工安全风险控制措施
3.1加强地铁基坑施工监控。
在实际的地铁基坑施工中，现场事故往往与施工监测不到位有关，一些地铁施工单位不熟练的明挖施工技术也是事故的常见原因，将严重损害地铁基坑开挖的质量和安全。在对地铁施工事故资料进行分析的基础上，常见的地铁安全事故有基坑坍塌、基坑严重渗漏等。以杭州湘湖段2008号地铁基坑塌方为例，事故发生的根本原因是缺乏对地铁基坑开挖现场的有效监测。研究发现，在基坑施工中缺乏监督和控制的原因有：一是地铁工程的甲方对基坑的监测不够重视，相应的投资较少；造成现场监测人员、仪器严重短缺；二是采用露天挖法施工时，深大基坑暴露于外界，如果发生极端天气，将严重危及基坑的稳定性，特别是基坑边坡的安全，但很难防止人工监测的影响。
3.2环境损害风险的预防和控制。
由于地铁基坑开挖场地多在市区、地下管线上，也对周边建筑、桥梁、道路等设施造成破坏的风险较大。因此，在地铁基坑开挖之前，需要对招标区段进行详细的调查，通过电力、供水、城建等部门获取基坑周围的管道和建筑物的准确信息，并对管道的搬迁和保护做出合理的规划。在地铁基坑开挖过程中，有必要加固地基土，保持周围土体的稳定性，避免地基沉降，监测地铁基坑周围道路的变形情况，及时采取加固预防措施。
3.3高支模风险防控。
在地铁深基坑施工中，主体结构通常采用高模板施工法。以碗形支架施工为例，由于受力不均、支撑杆变形等原因，支架经常发生坍塌，造成安全事故，严重威胁施工安全。这也是高模板施工的主要风险点。地铁施工人员应做好模板支护、中模和顶板模板施工的技术措施，并在施工质量管理中确保安全。
4结论
部分将地铁车站的施工过程分为几个阶段，并对每个阶段的主要安全风险进行了分析。在实际过程中，由于交通疏散阶段、车站阶段施工和附属结构施工的开始等因素，各施工阶段并不独立存在，存在大量的平行施工，因此，各个阶段的安全风险实际上是同时存在的，需要给予全面的重视和防范；工程风险因周围环境、地质条件、天气变化、周围管线、施工方法选择、设备使用等因素而异。风险分析需要随着工程变更动态识别，实事求是，识别重点领域和主要风险，实施有针对性的控制。
参考文献
[1]包宸豪.双侧深大基坑邻近既有地铁车站安全影响研究[D].北京交通大学,2016.
[2]张海生.基坑开挖对下方地铁隧道变形的影响研究[D].西南交通大学,2016.
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