在地下工程的建设过程中，有许多规范的、经验的、计算分析的施工安全控制标准，但如何根据具体工程的实际情况来选择一些安全控制指标并制定出经济合理的控制标准，这是当前亟需解决的问题。对于不同的施工状态应采用不同的安全施工控制标准。地下工程处于危险施工状态时，应立即实施应急预案，采取相应的应急措施。......
2025-09-30
地下工程施工安全措施及案例分析
【摘要】：通过对采取的施工措施进行数值模拟，了解每种方案的实施对隧道产生的影响，从而来确定采取措施的程度。图9-1上海延安路隧道上方基坑开挖的数值模拟结果分析比较四个结果可知，不论采用何种施工安全措施，隧道衬砌都具有相同的整体变化趋势。考虑时空效应的施工措施，控制基坑变形量进而控制下方既有隧道，仍是最有效可行的方式。图9-3配重加载结构施工阶段底板分块施工，及时加载。
1）既有隧道的检测与测量
既有隧道上方地下空间开发前，需对既有隧道进行检测和测量工作，主要检测既有隧道的结构情况、渗漏情况和损伤情况，并根据检测结果对既有隧道进行安全性评估，确定保护等级与保护要求，为其上方基坑围护与施工提供依据。同时，因隧道为地下工程，其形状曲线需要精确定位，并引测到地上，防止上方围护桩基等施工直接影响到隧道的安全。
2）不同工况下确定隧道保护措施
从理论解析、数值分析入手，分析研究竖向卸载会对下方穿过的既有隧道产生不利的影响，研究把握住其变形规律，相应采用必要的措施，可以将影响降至最低。通过对采取的施工措施进行数值模拟，了解每种方案的实施对隧道产生的影响，从而来确定采取措施的程度。图9-1所示是上海延安路隧道上方基坑开挖的数值模拟结果。
图9-1 上海延安路隧道上方基坑开挖的数值模拟结果
分析比较四个结果可知，不论采用何种施工安全措施，隧道衬砌都具有相同的整体变化趋势。卸载量越大，对隧道的影响也越大；基坑开挖后及时浇筑底板、配重加载能降低隧道的竖向变形值，使之更趋于安全。
（1）设置封堵墙，能减小独立小基坑之间的相互影响。封堵墙入土深度对隧道的变形量也有一定的影响。
（2）通过加固软弱土层，提高土体的强度，防止土体液化，从而提高基坑的稳定，减小坑底的隆起及下卧隧道的隆起变形。
（3）设置抗拔桩的效果同设置封堵墙，对控制各个独立小基坑的隆起变形都有一定的效果，间接控制既有隧道的隆起变形。
（4）采用抽条方式开挖对于减小隧道衬砌最大隆起量效果最为明显。采用抽条方式开挖后及时浇筑混凝土底板，压载配重，隧道的变形量逐渐减小，更有利于隧道结构的安全。考虑时空效应的施工措施，控制基坑变形量进而控制下方既有隧道，仍是最有效可行的方式。
3）基坑分小坑施工安全措施
为控制深基坑施工期间的沉降叠加，大规模深基坑的施工坚持“划大为小，分区施工”的总体原则，对涉及既有公路隧道保护范围内的基坑，原则上可分为隧道上方和左右两侧三个区段，每区段沿既有隧道再分为若干个小区段，分别进行施工，以降低深基坑开挖的沉降叠加，对每小坑区段每皮土方的开挖体量应进行控制，每皮土方开挖及支撑施加保证在24 h内完成。
4）门式抗浮加固（图9-2）措施
图9-2 门式抗浮加固示意图
为控制隧道上方深基坑施工时因土体卸荷引起下卧隧道发生回弹的变形，减少对既有公路隧道的影响，在隧道两侧设置隔离桩，通过隔离桩将隧道上方基坑分隔为三个独立基坑各自组织施工。同时，为解决隧道上方地下空间建成后，地下空间本身以及下卧隧道的抗浮问题，在隧道两侧也需要设置抗拔桩。将抗拔桩与隧道两侧的基坑隔离桩结合起来，即将隧道两侧基坑隔离桩按抗拔要求进行加长后作为抗拔桩，基坑隔离桩（兼抗拔桩）在基坑结构大底板施工时，剥出抗拔桩的钢筋锚入底板中，在底板浇筑混凝土后抗拔桩方与底板一起形成门式抗浮体系。
5）压载平衡控制措施
（1）基坑开挖阶段抽条开挖，配重压载（图9-3）。隧道上方基坑遵循考虑时空效应的方式进行开挖。按照分块、分层、对称的原则，要做到随挖随撑，即挖一小段土方，撑一根支撑，并按规定及时施加支撑预应力。临时堆载：在土方开挖过程中，采用素混凝土块对基坑内进行临时压载，控制隧道上浮。压载块采用C20素混凝土，每块规格1m×1m×0.5m，在第二皮土开挖完成后，可对最后一皮土部分区域进行压载，以平衡卸载之部分土方重量。
图9-3 配重加载
（2）结构施工阶段底板分块施工，及时加载。为防止下卧隧道在基坑开挖后上浮，在每块底板达到强度后在底板上进行压载，考虑到上部排架的搭设以及后期处理的便捷性，可采用现浇素混凝土进行压载。现浇混凝土采用C20素混凝土，同时为方便后期搬运，采用九夹板对素混凝土进行分层分块，每块尺寸为1 m×4 m×0.5 m，后期配合铲车及吊车运出。底板堆载纵剖面图如图9-4所示。
6）微扰动土体加固施工措施
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图9-4 底板堆载纵剖面图
针对隧道上方围护结构底部最小入土比不足0.5的情况，为保证围护结构各项稳定性满足要求，对坑外土体进行加固，以降低主动土压力。隧道上方采用土体加固措施，普通的加固措施在隧道附近区域施工时会引起压力变化较大而影响隧道，在隧道上方土体加固宜采用微扰动多重管调压旋喷桩。
微扰动多重管调压旋喷工艺是在普通旋喷法基础上发展而来的一种新的施工方法，该工艺在普通的三重管旋喷工艺的基础上增加了排浆管，从而使“三管”变成了“四管”。由于增加了第四根排浆管，三管法被动排浆变成四管法的主动排浆，使排浆和地基内压力得到合理的控制，地基内压力稳定，解决了三管法由于排浆不畅导致土压力增大，引起基坑变形、地表隆起等工程事故。
7）底板早硬性混凝土措施
根据隧道上方卸载回弹机理研究和基于卸载平衡效应的基坑开挖施工方式要求，在隧道上方基坑开挖至设计标高后，应立即完成结构底板的施工，在最短的时间内完成其上部的压载，以平衡隧道上方卸载量，达到控制隧道变形的目的。在此种施工模式下，传统的混凝土材料无法满足设计和施工需求，需要采用一种新型早硬性混凝土材料用于隧道上方地下空间底板结构中，从而降低施工风险，确保隧道安全。
上海外滩通道工程中使用的早硬性混凝土经过多次小试和中试复验，早硬性混凝土在多次中试和易性情况下，具体的配合比见表9-1。利用确定的混凝土搅拌工艺和速凝剂在搅拌时一次性掺加方式进行复验，可得该大生产所用配合比对应的流动性和4h混凝土强度，具体情况见表9-2。
表9-1 早硬性混凝土的大生产配合比
表9-2 早硬性混凝土中试时配合比的流动性和4h龄期强度
8）监测控制措施
为实时监测基坑开挖中交叉区外侧土体位移变化情况，需对坑外侧土体水平位移及分层沉降进行自动监测。通过采集器自动采集监测数据，为隧道的安全运营提供周围土体变形实时监测数据。
自动化监测项目有：围护体（内部）水平位移监测（测斜）；坑外土体水平位移（测斜）监测；坑外土体分层沉降监测。
在既有隧道内设置监测点，隧道各项指标报警值的确定应根据既有隧道的检测情况进行确定，常规的报警值可参照以下指标：隧道隆起量报警值均为20 mm；隧道环缝张开量报警值为5 mm；隧道渗漏水报警值为0.1 L/（m2·d）；隧道最终曲率不大于1/15 000。
同时为保证隧道的安全，采用自动监测系统，每2h发布一次监测报告。监测报告由专人进行核对分析，遇到数据突变情况，立即与相关部门联系，分析原因，寻找对策。
9）应急预案措施
（1）应急原则：“先处理、后施工”的原则，杜绝盲目施工。
（2）应急管理实施：将监控信息化实施中所得的各种图表、各类数值及时向有关部门传送。各部门得到信息后认真分析、处理，以利更好地指导施工，确保施工安全进行。通过分析比较，若信息数据超出规定的报警值时，一方面需加大监测信息的密度，另一方面有关部门应采取必要的应急防范措施，将危险降低到最低程度。
（3）针对隧道的保护，在上方基坑施工过程中，若在最后两皮土挖土过程中隧道累计上浮超过标准，建议对隧道内采用土方车装载土方进行持续压载，可到达2.3 t/m2。
（4）加快上方基坑的底板的形成，并对上方及时加载，直至监测数据稳定，将隧道内的土方车等临时加载措施取消。
（5）注浆及其他应急措施实施队伍常驻现场，处于待命状态，当保护管线和建筑发生危险后，采取暂缓施工，及时通知有关部门组织抢险、加固。
（6）及时与交警、市管处等管理部门联系，进行局部封交。
（7）基坑施工的安全应急（如基坑渗漏、变形超标、支撑失稳、周边管线变形超标等）可参照常规基坑施工应急处置。
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