聂祝宝 谢 鹏

(1.青岛地铁集团有限公司，山东青岛 266000； 2.中国铁路设计集团有限公司，天津 300251)

1 概述

在地下轨道交通修建的过程中，确保地铁围护结构、主体结构及周边环境的安全性和稳定性十分必要[1-2]。

目前，国内外学者和工程技术人员对地铁基坑监测预报警安全管理机制进行了大量的研究。徐杨青、程琳[3]采用面向对象的编程语言C#，以及现代化的数据库存储技术SQL Server 2005，结合基坑工程的专业知识，开发了一套监测数据处理系统。周二众、刘星等[4]以“Leica TPS1200+测量机器人”为基础，以VB6.0和SQL2005数据库为平台，开发了深基坑动态监测的实用软件系统。吴振君、王浩等[5]在GIS图形可视化技术基础上，系统地实现了区域内多个基坑地质勘察、设计、施工等资料，以及测点信息、监测仪器、监测数据、周边建筑物等相关数据的全面采集和成果输出的自动化。

在地铁基坑施工过程中，对基坑围护结构、主体结构和周边环境进行施工监测是基坑工程安全管理的有效途径，也是必不可少的重要环节[6]。通过合理科学的施工监测，可及时发现施工现场各项指标的变动情况，对有可能发生的危险进行及时的预警和报警，以方便做出合理的判断和采取相应的措施。以青岛地铁1号线某地铁车站为工程背景，对其存在的工程风险及监测重点、监测项目对象及其精度、风险咨询及应急方案进行分析，从而建立地铁车站施工监测预报警安全管理机制[7-8]。

2 工程概况

青岛某地铁车站位于山东省青岛市黄岛开发区新港山路下方，沿新港山路东西向布置，地面较为平坦。车站起点里程为YSK18+932.55，终点里程为YSK19+184.4，中心里程为YSK19+022.000，全长251.85 m，标准段宽约20.0 m。本站为地下两层岛式车站，站台宽11 m，有效站台长118 m，车站底板高程为-14.4 m，埋深约为19 m。车站共设4个出入口，一个安全出入口，二组风亭，采用明挖顺作法施工。

车站场地南侧为大片居民小区，主要为山海湾住宅楼。北侧为大片厂房，以上建(构)筑物均距拟建车站场地较远，地上建(构)筑物一般采用天然地基，对工程基本无影响。

基坑地层从上到下为填土、淤泥质粉质黏土、粉质黏土、强风化花岗岩。第四系孔隙潜水主要赋存于杂填土、淤泥质粉质黏土层中，基岩裂隙水赋存于强风化花岗岩裂隙中，地下水对基坑具有不利影响。基底为强风化花岗岩，力学性质较好，可作为地基持力层，局部为上更新统晚期粉质黏土，工程性质一般，可作为地基持力层。

3 风险工程及监测重点

车站施工过程中，主要风险为车站围护结构自身变形引起的自身结构安全问题；基坑周边市政管线众多，车站围护结构变形、开挖施工也会对周边建筑物管线产生影响(如表1所示)。

施工过程中，应加强开挖面地质观察、渗漏水以及围护结构变形等巡视工作，并做好相关记录；监测数据异常时，应加大监测频率，并将监测结果及时反馈给相关部门，确保工程结构体系及周边环境的安全[9-10]。

综合分析工程自身风险及周边环境风险，确定本工程监测等级为二级。

表1 车站风险源汇总

4 监测项目对象及其精度

该地铁车站基坑监测平面示意如图1所示，其车站监测项目、对象及精度统计如表2所示。

图1 车站基坑监测平面示意

图2 扩大端监测点布置

序号监测项目位置或监测对象监测仪器监测精度1地表沉降基坑周边地面精密水准仪1.0mm2地下管线沉降管线接头精密水准仪1.0mm3围护桩顶竖向水平沉降围护桩上端部精密水准仪经纬仪1.0mm4围护桩体水平位移围护桩内测斜管、测斜仪1.0mm5支撑轴力支撑端部或中部频率接收仪≤1/100(F.S)6地下水位基坑周边水位管水位计5.0mm

5 监测预报警及数据分析

5.1 警情发生

2017年5月22日9时50分左右，车站基坑西南侧扩大端底部突然出现混凝土掉落现象，随即出现涌水涌沙。发现后第一时间发布了预报警情，并加强了地表沉降、轴力、测斜等几个项目的监测作业。监测点布置如图2所示，当日现场各监测项目变化速率如表3。

表3 各监测项目变化速率统计

发生警情后，桩体测斜值出现明显突变，CX02测点当日变化情况如表4所示。

表4 桩体测斜CX02速率变化情况

5.2 膜袋桩加固工艺

出现管涌后，地表、管线沉降变化量较大，很多测点相继出现了预报警的情况，为避免情况的进一步恶化，首先进行坑内降水，然后采用膜袋桩对基坑外部进行加固止水。

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膜袋桩止水是目前国内较新型的加固止水方式，相较于传统的袖阀管桩和高压旋喷桩施工工艺，克服了一系列袖阀管桩和高压旋喷桩的缺点，如膜袋桩能有效控制注浆浆液扩散范围，使其能成为连续的桩体，克服了跑浆、冒浆和串浆的问题，同时也大幅度减小了对加固区周围土体的扰动，解决了废弃浆液的处理等问题。膜袋桩加固止水示意如图3所示。

图3 膜袋桩加固止水示意

由图3可知，膜袋桩在土体表面通过压力作用向桩体内注浆，随着袋内浆液不断增多，内部浆液不断挤压，最终形成与膜袋桩直径一致且强度和密实度较高的桩体，其施工工艺为：

①膜袋加工

根据注浆加固深度，把膜袋绑扎在φ32钢管上，对钢管两端进行车丝，管壁上钻孔，钻孔直径为10 mm，钻孔个数控制在4～6个。膜袋分两段进行绑扎，上段膜袋和下段膜袋使用封隔器分段，封隔器长度为0.5 mm，封隔器两端车丝。下段膜袋钢管底部使用膜袋布包裹，然后采用黑色防水胶布绑扎。

②下放膜袋

将绑扎好的膜袋和φ32钢管连接，依次把膜袋下放到钻孔底部，钢管露出地面500 mm。露出地面的钢管连接注浆阀门。

③上段膜袋注浆

采用强度等级为42.5 MPa的普通硅酸盐水泥，水泥浆液的水灰比为0.8∶1，注浆压力达到1 MPa后停止注浆。

上段膜袋注浆完成后，使用φ20镀锌钢管，钢管一端车丝(连接高压水管)，一端做成尖锐状态。把削尖的一端下到φ32的钢管内进行清洗，清洗完成后捅开封隔器，进行下段膜袋注浆。

⑤下段膜袋注浆

采用强度等级为42.5 MPa的普通硅酸盐水泥，水泥浆液的水灰比为0.8∶1。下段膜袋水泥浆和控制液同时灌注，注浆压力达到1 MPa后停止注浆。

采取膜袋桩加固止水后，各监测数据变化量趋于稳定。地表沉降、管线沉降和典型桩体测斜累计变化如图4～图6所示。

图4 地表沉降累计变化量曲线

图5 管线沉降累计变化量曲线

图6 测斜CX02累计变化量曲线

由图4可知，该站较大区域出现了地表沉降值超过40 mm的情况，经过加固后沉降值趋于稳定；各监测管线累计沉降变化情况如图5所示，其中GGC02、GGC03、YGC02为沉降量较大的管线沉降点，GGC02、GGC03为直接管线沉降点，加固后的管线沉降也趋于稳定。由图6可知，从5月29日起，测斜点CX02累计变化量维持在稳定状态，且变化值均在控制范围以内。

6 风险咨询及安全风险管理

6.1 安全风险咨询及服务方案

(1)施工工艺因素引起的变形风险

基坑开挖暴露时间过长、支撑安装不及时、支撑受力面积减小、围护结构存在瑕疵、渗漏水等原因，都会造成坑内坑外压差过大并引起土体位移。

该部分由施工产生的地表沉降、隆起，衬砌结构收敛变形大所带来的风险，可通过隆沉数据、收敛数据、支护结构、洞内巡视等方式得以反映。

(2)水文地质因素引起的沉降风险

大面积的降水会引起周边的地表沉降，给临近的轨道交通带来次生风险。通过监测数据反映施工中的沉降情况，也是检验降水是否恰当、降水井点数量使用是否合理的一个辅助方法。

综上所述，需要通过技防(采取有效的技术措施及手段)、人防(通过技术手段采集样本，结合人力资源管理保障监测体系的有效)、管理防范(通过建立工程程序、工作原则等保障监测体系的运转)三个方面来保障监测质量[11-13]。

6.2 安全风险管理

(1)成立安全风险管理专家组，缩短风险决策时间，提高风险管理水平，协助业主建立完善安全风险监控管理体系。

第三方监测单位进场后，依据建设单位风险管理体系文件及建设文件等，深入分析本工程特点，建立全新的安全风险监控体系，包括安全风险管理机构的组织构架、人员要求、规章制度、管理规定、技术标准、工作程序等内容。各单位彼此沟通了解项目风险信息，在项目正式施工之前建立起完善的风险管理体系，使各单位在明确各岗位权限、设定和工作响应流程之外，在发生险情时能迅速制定应急方案并实施。项目在施工过程中所依照的风险管理流程如图7所示。

图7 工程施工阶段遵循的风险管理流程

(2)协助建设单位进行安全风险监控管理，协助业主对施工单位和监理单位安全风险监控体系的执行情况，监控，信息报送反馈，预警评估等进行监督、检查和指导，参与施工监控实施方案、风险处理方案的评审[14-16]。