轨道交通地下工程质量安全风险控制

轨道交通地下工程

风险控制主讲人：题纲一.地下工程风险概述二.建设单位风险控制三.于家堡枢纽工程概况四.于家堡枢纽站深基坑施工风险控制五.于家堡枢纽站工程监控风险控制六.于家堡枢纽站基坑降水风险控制七.以往深基坑工程事故实例一.地下工程风险概述1.1地下工程安全分级地下工程建设期间，应根据其可能产生工程损失的不同程度（人员伤亡、造成经济损失、产生社会影响），确定不同的安全分级。地下工程安全分级原则：根据工程本身的安全风险、工程周边环境的安全风险等级综合确定，可分为三个等级。安全等级安全后果工程类型周边环境一级很严重深基坑或隧道安全要求很高二级严重较深基坑或隧道安全要求高三级不严重一般基坑或隧道安全要求一般地下工程安全分级一.地下工程风险概述解释：①按照建设部《危险性较大的分部分项工程安全管理办法的通知》的规定：一般深基坑是指开挖深度超过5米或深度虽未超过5米，但地质条件和周围环境及地下管线特别复杂的工程。②

安全要求很高指周边环境中有铁路、高速铁路、煤气管、大型压力水管、大型立交桥等重要建筑市政设施且必须确保安全或对变形特别敏感的既有建（构）筑物或变形要求特别高的既有建（构）筑物或工程本身安全风险极高。一.地下工程风险概述1.2深基坑安全定性分级根据施工场地的工程地质与水文地质条件、开挖深度、周边环境、破坏后果的严重程度等因素，深基坑工程的安全定性可进一步分为一、二、三级。安全等级划分条件一级1、基坑开挖深度>20m。2、距基坑1.0H范围内有地铁、高速铁路、煤气管、大型压力水管、大型立交桥、重要铁路干线、大型重力流管线或有压管、在施的深基坑；距基坑0.7H范围内有必须保护的建筑、管线等设施。二级1、开挖深度在14m-20m的基坑。2、距基坑1.0H-2.0H范围内有地铁、高速铁路、煤气管、大型压力水管、大型立交桥、重要铁路干线、大型重力流管线或有压管、在施的深基坑；距基坑1.5H范围内有必须保护的建筑、管线等设施。三级开挖深度<14m，且环境安全无特殊要求。深基坑安全分级一.地下工程风险概述1.3地下工程安全分级的管理地下工程安全风险控制实行分级管理制度。结合工程特点、环境特点、技术特点，工程安全按一级、二级和三级进行管理。地下工程安全等级的管理由建设单位负责。市建设科技委员会对一级工程安全风险的重大技术方案审查、论证。建设单位对二级工程安全风险的重大技术方案进行审查、论证。勘查单位、设计单位、施工单位、监理单位、第三方监测单位的总工程师（总监）负责三级工程相关安全技术管理工作。一.地下工程风险概述1.4深基坑工程常见风险根据近年来的工程实践和文献资料，常见的深基坑工程风险可以归纳如下。施工阶段常见风险围护结构施工阶段围护桩或墙的大型钢筋笼吊装、成孔（成槽）的防护、地下管线的防护等等。基坑降水开挖施工阶段支撑失稳、围护结构失稳、围护结构渗漏、土方开挖过程中的土体滑坡、承压水控制不当导致的基坑突涌、坑底隆起导致的围护结构位移以及降水等引起的周边地面沉降、地面沉降引起的周边建筑物、道路、管线的破坏等等。主体结构施工阶段外包防水层施工质量、主体结构防水混凝土施工质量、永临结合工具柱、降水井与主体结构顶、底板节点防水质量、深层承压降水井封井质量等等。常见深基坑工程风险二.建设单位风险控制1、基本要求（1）建设单位是工程建设期间质量安全风险控制的责任主体单位，承担风险控制的监管与决策责任。建设单位应对工程建设的质量负责。（2）负责招标管理。根据有关的法律、法规，制定招标工作管理制度和管理程序，从源头控制勘察、设计、施工、监理、监测、检测单位的综合实力，保证参建单位的整体素质。（3）负责勘查、设计质量控制。制定技术质量管理，规范岩土工程勘察、总体设计、初步设计、施工图设计。对前期各项勘察设计成果进行审查，确定重大技术标准，解决技术原则问题。委托对施工图进行强制性审查或咨询，确保勘查设计质量。（4）负责对勘查、设计、施工、监理、监测单位的风险管理，对质量安全装填进行判定。负责决策工程风险应急预案的启动，组织工程现场抢二.建设单位风险控制1、基本要求险，对重大质量安全施工，及时报告建设行政主管部门。

（5）负责在施工图设计前，提供完整的《岩土工程勘察报告》和《地下管线资料》、《周边建(构)筑物调查报告》。

2、工程质量安全风险控制（1）组织岩土工程勘察和工程环境调查工作的技术要求、勘察大纲等关键性过程文件的技术审查工作，组织相关成果的审查验收。（2）根据设计总承包单位和施工图审查单位的报告，确认主要的技术原则，重大技术方案、设计边界条件等，组织审查设计原则、技术标准与技术方案等。（3）重大安全风险的设计及施工方案应组织技术论证。二.建设单位风险控制2、工程质量安全风险控制（4）委托具有相应资质的专业评估单位，依据相关规范、规程对有风险的临近建（构）筑物和市政基础设施进行评估，对既有建（构）筑物的现状安全性作出评价。（5）组织施工图阶段设计文件的审查、咨询和优化。设计单位对审查单位的审查意见有重大原则分歧时，由建设单位向天津市施工图审查服务中心提出复查申请，并由其组织专家论证，作出仲裁决定。（6）组织重大技术方案审查，对于技术复杂、难度大、特性多的重大施工技术方案，组织有关专家进行审查、论证。（7）组织图纸会审，勘察设计交底。监管施工单位的质量安全风险控制工作。二.建设单位风险控制2、工程质量安全风险控制（8）建立和管理信息化平台、远程视频监控和数据实时传输。（9）委托具有相应资质的第三方检测单位，实施工程检测，组织工程检测方案的审查。（10）组织重要阶段的验收及风险源条件验收，包括基坑开挖条件验收，暗挖条件验收等等。（11）组织应急抢险专业队伍，对紧急状况进行快速响应。三.于家堡枢纽工程概况控制中心占地面积8000m2出租车停车场、B1、Z1占地面积22713m2社会车停车场、B2、Z1占地面积45394m2公交中心占地面积10870m2城际高铁、B1占地面积50200m21、枢纽占地面积13.7万m22、建投承建部分占地面积10万m2建筑面积17万m2三.于家堡枢纽工程概况出租车停车场-30m-10.5m-17.5m-20.5m-9.2m-29m-26.4m二.于家堡枢纽工程概况Z1线区间B1线区间中央大道海河隧道

于家堡枢纽站工程中，Z1线基坑开挖深度达29.5米，与二标、海河隧道均存在交叉或接口，施工条件最为复杂。三.于家堡枢纽工程概况

1、部分Z1线轨道交通地下结构为地下一层，局部四层，基坑开挖深度29m，建筑面积为5641m2。

2、结构型式：全现浇钢筋混凝土三跨箱型结构。

3、基坑支护：采用1.2m厚地下连续墙，墙长61m，共79幅，坑内设置7道砼支撑，跨度24米，竖向采用φ500mm工具柱支撑。支撑平面图结构剖面图三.于家堡枢纽工程概况水文地质层的划分

承压含水层顶板最浅埋深为18.58m，下部埋深达到60.0m左右

潜水含水层第一承压含水层第二承压含水层相对隔水层

相对隔水层三.于家堡枢纽工程概况淤泥质土层粘土层巨厚砂层场区内地下1.5m-17m之间，厚度1~12.5米不等的淤泥质土层，极易发生蠕动和扰动，工程性质差；地面下25-60米范围内存在巨厚砂层。

杂填土、粉土层粉土、粉质粘土层三.于家堡枢纽工程概况区域内建筑物已基本拆迁完毕，周边的环境较为开阔。距基坑最近的现有建筑物为Z1线端头井处21层的鑫茂大厦，桩基基础，距离基坑约45m。三.于家堡枢纽工程概况

Z1线基坑所在位置有5条管线穿越，包括φ800中水管道、φ300给水管道、φ200低压燃气管道、φ500中压燃气管线、以及24孔的通信管线。埋深均为地下2-3m。24孔通信管道中压煤气DN500、低压煤气DN200给水DN300中水DN800根据以往的施工经验和文献资料，结合于家堡枢纽站Z1线基坑的施工特点，其风险最大，造成的损失最严重，最难以控制的主要是以下三个方面：

1、地连墙（特别是地连墙接缝）的施工质量（重点是止水效果）；2、支撑体系的稳定性；3、降水（特别是承压水）的设计及运行控制。

针对以上三点，于家堡枢纽站在设计阶段、施工阶段进行了充分的技术论证，采取了一系列的设计及施工措施，强化基坑监控及基坑降水工作，保证了基坑的开挖安全。三.于家堡枢纽工程概况四.于家堡枢纽站深基坑施工风险控制

1.深基坑工程设计应根据地下工程安全等级和周边环境变形控制保护等级的要求，选择合适的基坑支护结构形式。适合天津地区的支护结构型式主要有：型钢水泥土复合搅拌桩（SMW）、钻孔灌注桩或咬合桩、地下连续墙。

于家堡枢纽站的Z1线、B1线工程的基坑开挖深度都超过了20米，围护结构设计时采用地下连续墙。同时，针对于家堡地区承压水层埋深较深的特点，设计地连墙深61米，穿透浅层承压水层，进入不透水层，隔断基坑内、外的浅层承压水层的水力联系，降低基坑突涌风险。隔水层隔水层浅层承压水层深层承压水层浅层含水层地面地连墙四.于家堡枢纽站深基坑施工风险控制

2、地下基坑设计，要确保基坑的稳定性，严格控制基坑变形。基坑顶部的横撑宜选用混凝土支撑。

针对Z1线开挖深度大、支撑跨度大、与海河隧道存在交叉的特点，为保证Z1线基坑在开挖过程中基坑及周边环境的稳定，对Z1线基坑的支撑体系进行优化，采用七道混凝土支撑，确保支撑体系的稳定。四.于家堡枢纽站深基坑施工风险控制Z1线基坑混凝土支撑断面示意图四.于家堡枢纽站深基坑施工风险控制

3、深基坑地下连续墙接头设计宜优先采用十字钢板或工字钢板接头，应对两幅墙的接头处，在基坑外施做旋喷桩止水。①于家堡枢纽站地连墙接缝在设计时，采用工字钢板接头，并预留了两根D50的注浆管，在地连墙达到强度后，进行接缝注浆，增强接缝处的止水效果。四.于家堡枢纽站深基坑施工风险控制②在地连墙接缝基坑外侧设计两根高压旋喷桩进行止水。Z1线基坑的开挖深度大，接缝采用了三根高压旋喷桩。同时，由于普通旋喷桩施工深度的限制（一般极限深度能达30米），采用了三重管双高压（设计极限深度达70米）的施工工艺，保证接缝旋喷桩的成桩效果。四.于家堡枢纽站深基坑施工风险控制

4、重大安全风险的施工方案应组织技术论证

针对地连墙施工，组织了天津市相关专家对施工单位的地连墙施工方案进行了评审。结合塘沽地区的地质条件，对地连墙施工制定了具有针对性的措施。①对上部的淤泥质软弱土层进行搅拌桩加固；②针对下部的巨厚砂层，适当加大泥浆比重，调整开挖方式，提高成槽效率和槽壁稳定性；③在地连墙钢筋笼工字钢板两侧设置防绕流铁皮或彩条布，减少绕流混凝土对地连墙接缝质量的影响；④制作专门的刷壁铲刀，保证工字钢板的刷壁质量。

如下页图。四.于家堡枢纽站深基坑施工风险控制搅拌桩加固示意图搅拌桩四.于家堡枢纽站深基坑施工风险控制引孔挖槽示意图顺序挖槽导致偏心先引孔（或留土挖槽）保持平衡

采用旋挖钻先进行引孔后，再用成槽机进行抓土。首开幅采用“三抓”成槽、顺序幅采用“一钻两抓”成槽、闭合幅采用“三钻两抓”成槽。四.于家堡枢纽站深基坑施工风险控制防绕流彩条布防绕流示意图四.于家堡枢纽站深基坑施工风险控制铲刀与液压抓斗采用螺母连接铲刀液压抓斗四.于家堡枢纽站深基坑施工风险控制

5、深基坑降水必须由具有专项资质的单位进行专项设计。专项设计应对降水引起的地面沉降、降水对工程的影响、对地下水文环境的影响及保护等进行具体的实施性设计。

承压水的降水应进行生产性试验，在取得第一手数据后，进行调整、优化设计方案。降水必须与基坑开挖协调配合。基坑降水期间应密切注意坑内外水位变化。根据天津地区的水文地质特点，疏干降水井数量计算宜采用1.2倍的安全系数，减压降水井应采用1.4倍的安全系数。

于家堡枢纽站工程的降水由具有资质的第三方单位进行专项设计，并经过了天津市建委科技委的专家评审后实施，实施过程中严格按照既定方案落实。具体详见第六章。四.于家堡枢纽站深基坑施工风险控制

6、土方开挖应严格按照对撑平衡的原则分区域、分部位、分层次进行。

于家堡枢纽站工程Z1线的明挖段开挖，按照“分层、分段、分块、对称、平衡、限时”和“先撑后挖、限时支撑、严禁超挖”的原则，对基坑进行分层、放坡开挖。四.于家堡枢纽站深基坑施工风险控制分层放坡开挖示意图

7、在基坑开挖施工过程中，在坑外设观测兼应急降压井，根据降水运行期间的观测井水位变化，判断地连墙是否存在渗漏通道，提前采取封堵措施。坑内降水坑内降水坑外观测坑外观测水位差四.于家堡枢纽站深基坑施工风险控制

8、在基坑开挖施工过程中，用洛阳铲提前验缝，确认无渗漏后，进行大规模机械开挖。若发现存在渗漏的，提前进行注浆处理，避免开挖后的大范围渗漏，规避风险。洛阳铲探缝示意图接缝基坑外注浆示意图地连墙砼腰梁砼支撑预留验缝孔四.于家堡枢纽站深基坑施工风险控制9、险情应急处理措施所需的材料、机械、人员等应按工程进度提前落实，险情应急处置方案应提前进行培训和演练。于家堡枢纽站组建了应急抢险队伍，建立了协作机制，进行了详细的风险分析，制定了具有可操作性的应急预案，备足抢险物资，保障应急抢险能力。应急抢险物资四.于家堡枢纽站深基坑施工风险控制险情等级现场情况险情状态应急状态应急措施Ⅰ地连墙接缝或墙体出现孔洞，大量涌水（或伴随大量泥砂）1、降水时，出现坑内降水井出水量大而水位下降缓慢，明显超出降水设计；2、坑外降水井水位随坑内降水呈现明显变化；3、坑外沉降观测到土体沉降速率或累计值超规范范围；4、在开挖时，开挖面与地连墙接缝部位土体明显突起或存在涌水点；5、开挖面以上直接涌水、涌砂启动项目应急预案并上报业主、公司；启动上一级应急预案1、坑内引流、压填；2、坑内进行地连墙外注纳米水泥-水玻璃双液浆；3、坑外通过预埋的袖阀管注纳米水泥-水玻璃双液浆；4、启动坑外观测井进行泄压。Ⅱ地连墙接缝或墙体出现渗漏点，形成明显水流在开挖过程中，墙面出现水流，开挖面上出现积水启动项目应急预案坑内水平引孔，进行纳米水泥-水玻璃注浆Ⅲ出现面状或线状潮湿湿渍开挖面地连墙在开挖后长期处于潮湿状态，明显区别于附近干燥墙面报告现场领导，通知堵漏队伍进行处理1、在面上进行水不漏抹面；2、进行聚氨酯注浆。四.于家堡枢纽站深基坑施工风险控制10、建立进入地下施工现场人员的管理制度和控制措施，设置应急专用通道。

四.于家堡枢纽站深基坑施工风险控制于家堡枢纽站深基坑工程，对进入地下的施工现场人员实行下坑前现场挂牌管理；经过设计、验算，设置人员上下通道兼应急抢险通道。基坑马道11、支护结构、相邻环境监测、测点布置等应满足设计、施工及周边环境保护的要求。工程监测单位应在工程施工前编制系统的工程监测方案，由监测单位技术负责人审定后报送监理单位审查，经总监理工程师签署审查意见后实施。

监测单位应执行经总体设计院审定认可的施工监测极限值，并按施工监测极限值的80%-90%拟定监测过程中的警戒值。

于家堡枢纽站工程委托了第三方监测单位进行整体的施工监测，编制了监测方案，并申报了天津市建委科技委组织专家审查后实施。

详见第五章。

四.于家堡枢纽站深基坑施工风险控制五.于家堡枢纽站工程监控风险控制

1.项目监测重点难点分析（1）基坑开挖深度大，施工周期长，工程施工流程多，技术难度大；（2）本基坑工程地连墙深度深达60米，出现地连墙渗漏的风险高；（3）本工程场地地下分布有承压水层，且厚度较厚，水量大，在动水头作用下，易发生流砂和管涌现象；（4）基坑开挖不对称等现场施工条件制约，支护结构可能存在受力不均匀的情况，造成围护结构和支撑体系或坡体失稳等现象；（5）施工场地附近保留的建筑物鑫茂大厦距基坑较近，距离仅为44米（约1.5倍开挖深度），存在较大的风险。五.于家堡枢纽站工程监控风险控制

2.针对监测重点难点采取的措施（3）采用自动化监测系统（4）采用多种信息反馈形式（1）监测方案设计思想（2）鑫茂大厦附近增加监测项目42

针对本项目采用围护结构支护体系特点、地质情况、施工方法等特点，编制的监测方案有以下特点：①对不同的围护、支护结构上均布设了监测点在围护结构地下连续墙、明挖法的混凝土支撑、逆作法上的顶板及中板、放坡区域放坡体等不同对象上均布设了监测点。②在地下连续墙上布设了完整的监测项目针对超深地下连续墙，在地下连续墙布设的项目包括地下连续墙顶平面位移监测、地下连续墙内力监测、地下连续墙深层侧向位移监测等项目，使对地下连续墙的监测项目呈现出既有墙顶变形监测有有深度方向的立体的监测系统，同时既有地下连续墙内力的监测又有变形方面的监测项目。

（1）监测方案设计思想43监测点示意图44地下连续墙侧向位移监测（测斜）45地下连续墙内力监测46③设置监测主断面使地下连续墙上的监测项目与地下连续墙外的监测项目（如墙外土压力监测、土体分层沉降监测、潜水水位观测、孔隙水压力监测、坑外地表垂直位移监测等）布设在同一平面位置，使得监测项目成组出现，这样监测数据可以相互印证，有利于进行数据分析。

④针对地下连续墙拐点和冷缝较多的情况，在相应区域增加了潜水水位观测孔和承压水水位监测孔的数量。

（1）监测方案设计思想47

基坑周边设置监测主断面，在主断面上布设的监测项目有：监测主断面设置①围护顶部变形监测②围护结构侧向位移监测③坑外水位监测④支撑轴力监测48

结合各施工单位地连墙施工情况，有针对性地适当调整、加密坑外浅层承压水水位观测孔；49（2）临近建筑物鑫茂大厦在鑫茂大厦上布置14个沉降观测点，并在附近增加了监测项目及监测点。增加的监测项目及监测点如下：①坑外水位监测②深层土体侧向位移监测③深层土体分层沉降监测④坑外地表沉降监测

通过增加监测项目可有效的监控Z1线基坑与鑫茂大厦之间水土体系的变化，以达到提前预警的作用。50

本项目地质条件复杂、建设周期长,为了保证基坑的安全，为参建各单位提供及时的信息，在重点区域采用了自动化监测系统。

采用自动化监测的项目为：（1）支撑轴力自动化监测；（2）地下连续墙侧向位移自动化监测；（3）地下连续墙墙顶平面位移自动化监测;（4）坑外水位自动化监测（详见第六章）。

（3）引进自动化监测系统51Z1线自动化监测测点位置示意52B1线自动化监测测点位置示意53监测自动化管理系统54551.当天下午内业成果评价以手机短信形式发至相关人员手机上。2.当天所有数据上传至远程监控系统，各参建单位可随时上网查阅。（4）多种信息反馈手段563.第二天上午9点将纸质报表报送至业主总包等各参建单位。4.每周编写监测周报，对数据进行分析附带数据曲线图，上传至远程监控系统。5.每月编写监测月报，对数据进行分析附带数据曲线图，上传至远程监控系统。6.工程例会等形式进行数据沟通。（3）多种信息反馈手段57

（1）鑫茂大厦数据情况可以看出建筑物典型监测点沉降量较小且差异沉降量较小。3.监测数据情况58

（2）地连墙监测及支撑典型曲线其他监测项目如地下连续墙测斜及支撑轴力监测均在受控状态内。59报警值

（2）地连墙监测及支撑典型曲线六.于家堡枢纽站基坑降水风险控制

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天津滨海地区由于受沉积环境、海进、海退以及海陆交互作用的影响，土层的变化比较复杂。地下潜水水位埋深浅，一般离地表面0.4～2.1m；地面下20m-60m粉土或砂土层中的地下水具有承压性,称作浅层承压含水层；在地面下70m以下的范围内存在承压水头较高的承压含水层，称作深层承压含水层。

在目前的基坑施工中，当基坑开挖超过一定深度后（于家堡工程临界深度为12.53m）容易受到浅层承压含水层的影响，出现因流砂、管涌、坑底失稳、坑壁坍塌等引发重大工程事故，造成周围地下管线和建（构）筑物不同程度的损失，在人员和经济上造成不可估量的损失。

以在建的于家堡交通枢纽工程为例，场区地层条件复杂，周边环境复杂，基坑降水的科学性、合理性、有效性显的尤为重要。

六.于家堡枢纽站基坑降水风险控制

61潜水含水层浅层承压含水层深层承压含水层相对隔水层相对隔水层地连墙

水文地质特点：

（1）上部潜水含水层以粉质粘土和淤泥质粘土为主。其特点是含水量丰富，但出水困难；

（2）从地表以下18.58m至58.59m为粉土和粉细砂为主体的浅层承压含水层，含水层厚度达40m左右，其间夹着许多粉质粘土透镜体。其特点为含水量极为丰富，且具有明显的承压性。

围护结构特点：

采用1000mm厚地下连续墙作为止水帷幕，墙脚插入地下最深达到60m左右。起到基本隔断基坑内外浅层承压水水力联系的作用。

停车场开挖深度10.5m~17mB1线开挖深度22m~25mZ1线开挖深度26m~31m六.于家堡枢纽站基坑降水风险控制

62基坑工程降水风险源及预控措施序号风险源类型发生原因预控措施1坑内发生局部突涌降水井水位降深未到达要求、局部地质不稳定、临时停电、个别勘探孔封闭不严、封井不当加强成井与运行控制、及时启动附近的减压井、设置备用发电机、排查勘探孔，提前封堵、严格封井质量、2坑外建筑物异常沉降地连墙渗漏、坑内超降地下水及时封堵地连墙渗漏、坑内采取压填、坑外适量回灌、实时控制坑内水位，浅层降水井控制在基坑开挖面下0.5m左右，承压水水位控制在安全承压水位以下3地下连续墙渗漏地连墙接缝施工不到位可以在坑外施打部分抽水井，抽取适量地下水，降低坑内外水头差六.于家堡枢纽站基坑降水风险控制

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为研究对本工程有影响的浅层承压含水层，先期组织有专业降水设计及施工技术的单位进行技术性抽水试验，揭示浅层承压含水层有以下特点：含水层厚度大：初始水头较高：单井出水量大：前期水位恢复快：40m左右地下埋深9.0m83m3/h10小时恢复50%，24小时恢复100%六.于家堡枢纽站基坑降水风险控制

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承压井的运行必须坚持“分层降水、按需降水、动态调整”的原则。坚持运行过程中信息化施工管理。在开挖施工时，需要开启承压抽水井的数量和抽水量的大小，应根据基坑开挖深度和对应的安全承压水头埋深进行控制，以减少降水引起的相邻地表的沉降。基坑开挖深度与安全承压水位埋深关系曲线图本场区承压降水运行水位控制原则六.于家堡枢纽站基坑降水风险控制

65以Z1线明挖段为例基坑开挖过程中承压降水运行控制

目前于家堡市政工程一标段Z1线明挖段基坑开挖见底（地面下28.55m左右），基坑施工过程中，降水施工严格按照设计方案及