江苏省城市轨道交通基坑工程安全等级与变形控制指标研究

GXF360 2019-09-21

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0 引言

截至2018年底，江苏省共建成和运营16条城市轨道交通线路（不含现代有轨电车），总里程约560 km。目前在建20余条线路，总里程超过600 km。江苏省城市轨道交通在建和运营总里程居国内前列，其中地下敷设方式占比超过80%，地下车站数量近600座，绝大部分采用明挖法施工。明挖车站分部分项工程中投资占比最大、风险最高的是基坑工程。

我国地域辽阔，各地工程水文地质条件差别较大，基坑工程类型众多，难以给出统一设计标准，因此现行国家行业标准《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120-2012）[1]对基坑的安全等级、计算验算等内容的规定存在模糊之处。但基坑工程设计依据的标准对工程的工期、造价、安全风险等级有较大影响。基坑设计与计算控制标准的确定需遵循安全可靠与经济适用相统一的原则，既要控制工程本体和周围环境的安全，又要与目前的施工技术、管理水平相适应。

本文收集了江苏省内各城市轨道交通行业技术要求、现场监测数据和建设经验总结，并结合相关行业与地方标准，对江苏省城市轨道交通基坑工程安全等级、环境保护等级、变形控制标准、稳定性验算等设计和计算内容进行了专题研究，相关研究成果已成为江苏省工程建设标准编制的参考依据。

1 基坑支护结构安全等级

基坑支护结构安全等级的确定主要参考现行国家行业标准《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120-2012）。但此规程对基坑安全等级的划分标准规定比较模糊，主要根据破坏后果的定性描述确定安全等级，可操作性不强。因此，应结合江苏省各城市轨道交通工程的建设经验和相关规定，以定量和定性相结合的方式确定基坑支护结构安全等级。

由表7结果分析，按选取的最佳工艺进行提取，浸膏得率可控制在36%左右，葛根素含量达到4.07 mg∕g，总体优于正交试验时任何一次试验，证明上述正交试验所得到的最佳水提工艺为最佳，并表明优选的工艺稳定可行，重现性好。

江苏省内已建和在建的城市轨道交通地下2层标准车站，主体结构基坑深度一般超过15 m，附属结构基坑深度一般为9～12 m。而将周边场地比较空旷的附属结构的基坑支护结构安全等级定为一级可能会造成一定的浪费，因此对于环境条件及地质条件复杂地区或软弱土[2]地区一级、二级基坑开挖深度分界应以12 m为宜，对于地质条件较好和环境保护要求相对较低地区开挖深度分界应以15 m为宜。

当基坑支护结构作为主体结构侧墙的一部分参与永久受力时，对基坑支护结构的强度、刚度、变形和稳定性都有较高要求，因此此类基坑支护结构的安全等级也宜定为一级。

根据建质 [2018]31号文《关于实施<危险性较大的分部分项工程安全管理规定>有关问题的通知》，基坑开挖深度超过5 m（含5 m）的工程，属于超过一定规模的危险性较大的分部分项工程范围，需组织专家进行专项论证。因此本文建议把二级、三级基坑的深度分界值定为5 m。基坑开挖深度＜5 m，且周围环境无特别要求时，基坑支护结构安全等级才可划为三级。

基坑支护结构安全等级应综合考虑基坑周边环境、地质条件和开挖深度等因素，可按表1进行划分和选取。

2 基坑工程环境保护等级

基坑工程环境保护等级的划分主要考虑环境保护对象的重要性程度和环境保护对象与基坑之间的距离。其中，环境保护对象的重要性程度划分主要依据《城市轨道交通地下工程建设风险管理规范》（GB 50652-2011）[3]对环境设施的重要性分类规定。

J是被解释变量，表示本科生考研行为，该变量作为一个二分变量，只区分本科生是否参加考研，具体表现为考与不考两种情况。

结合江苏省的相关建设经验，一般地层条件下城市轨道交通基坑工程环境保护等级划分可参见表2。

基坑工程所在地的地质水文条件对基坑的环境保护等级划分也有重要影响。江苏自北而南地质差异较大，某些地区存在一些性质很差的软弱土地层。针对软弱土地层中的基坑工程环境保护等级可根据工程实践经验拟定针对性标准。例如南京市江北新区针对长江漫滩地区的地层特性，将保护对象与基坑的距离较表2中对应的规定值增大了 2 ～ 3 H[4]。

3 基坑工程变形控制标准

基坑工程的变形指标直接反映支护结构工作状态。基坑变形控制标准应根据基坑支护本身的变形承受能力和周边环境对附加变形的承受能力综合确定。

事后，我无时无刻不在思考如何改变自己团队的面貌。当时，我的做法是，花了近一个月时间，每天深入基层各个团队小组，跟每个人沟通，尤其是占多数的外籍员工，充分听取他们的心声和想法。当有些年轻的印度员工跟我反映说，他们不想干“HELPER”力工，想学习”IRON WORKER”铆工的时候，我感觉很意外：以前对于他们的印象是不思进取，然而，这次彻底改变了我的看法。我当时就有了一个大胆的想法，创新发扬中油“传帮带”的传统，不同的是这次是中国技工带外籍员工这个徒弟。

由于我国各地区地质条件和经济发展水平差异较大，现行国家标准《地铁设计规范》（GB 50157-2013）[5]和行业标准《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120-2012）对基坑变形控制指标均没有明确规定，但是基坑的变形控制指标对基坑支护结构造价影响很大。若变形控制指标太严格，会导致支护结构造价大幅上升；若变形控制指标较宽松，又会带来安全隐患。过去江苏省城市轨道交通基坑变形控制标准主要参考上海的经验做法[6]，例如针对安全等级为一级的基坑，其地面最大沉降量≤0.1%H，支护结构最大水平位移≤0.14%H。然而实际工程中，相当数量的基坑监测变形数据超过了上述标准，导致基坑施工安全频繁报警，但实际工程并未发生险情。各工程在设计过程中为了满足上述严格的变形控制标准，可能需要采取地基加固、降水、加大支护桩（墙）刚度或加大支撑刚度等措施，导致了不必要的工程浪费。

表1 基坑支护结构安全等级及重要性系数

注：软弱土是指淤泥、淤泥质土、松散粉、细砂层或新近堆填的松散填土层等。

安全等级基坑工程类型重要性系数γ0一级1.1 1.环境条件及地质条件复杂地区、软弱土地区开挖深度≥12 m的基坑工程；2.开挖深度≥15 m的基坑工程；3.采用支护结构与主体结构相结合的基坑工程；4.基坑开挖深度影响范围内存在需严格保护的建（构）筑物及重要市政管线的基坑工程；5.支挡结构失效、土体过大变形对基坑周边环境及主体结构施工安全影响严重的其它基坑工程二级除一级、三级以外的基坑工程 1.0三级场地地质条件简单、基坑周边环境条件简单、环境保护要求不高且开挖深度＜5 m，且支护结构失效、土体过大变形对基坑周边环境及主体结构施工安全影响不严重的基坑工程0.9

表2 基坑工程环境保护等级

注：H为基坑开挖深度；s为保护对象与基坑开挖边线的净距。

环境保护对象保护对象与基坑的距离关系环境保护等级重要设施：既有铁路、轨道交通设施，优秀历史建筑，高度超过15层（含）的建筑，年代久远、基础条件较差的重点保护建筑和古树，重要的广播电视塔、烟囱、水塔、油库、加油站、气罐，有精密仪器与设备的厂房，重要桥梁、隧道，重要地下空间和民防工程，防洪堤，综合管廊等重要建（构）筑物，重要的给水、燃气、排水、电力、军事等设施s≤H H＜s≤2H s＞2H一级二级三级一般设施：一般建筑物，一般厂房、车库、高压铁塔等构筑物，一般地下过街通道，一般市政桥梁、隧道，小直径给水、燃气、排水管，一般电信、通信电力管沟，一般水塘、小河沟，一般树木等二级三级s≤H s＞H

基坑变形控制标准应综合考虑地质条件、周边设施使用现状及变形限值合理确定。当基坑周边环境没有明确的变形控制标准时，可参考现行国家标准《城市轨道交通工程监测技术规范》（GB 50911-2013）[7]和江苏省地方标准《江苏省城市轨道交通工程监测规程》（DGJ 32/J 195-2015）[8]的相关规定，并结合江苏省在建和已建城市轨道交通线路的技术标准和工程经验确定。针对使用型式最广泛的桩、墙式围护结构，其变形控制指标可参见表3。

在大数据的背景，企业进行生产经营活动所涉及的层面逐渐扩大。这就使得财务会计的工作量有所增加。工作种类及经手数据量增加的同时，企业也提升了对财务人员自身工作能力的要求。

在机械工业产品的制造过程中，往往需要把各种各样加工好的零件按设计要求连接起来制作为成品，其中焊接就是将这些零件连接起来的一种常用的加工方法。目前，金属焊接作为机械设备制造与维修中一种基本的工艺方法，广泛应用于各工业部门。在焊接生产过程中，焊接设备是保证焊接生产过程顺利进行的基本条件，不同的焊接方法需要借助不同的焊接设备来实现。

当基坑开挖影响范围内的保护对象已发生变形或结构病害，应在调查其使用现状并进行安全鉴定的基础之上，合理评估确定周边环境变形限值，相应从严控制基坑支护结构变形，确保安全。

4 基坑稳定性验算内容

基坑工程各项稳定性验算指标是确定坡率、支护桩（墙）插入比、支护桩（墙）强度、支撑数量、地基加固方案的最主要因素，也是决定基坑支护造价的最重要因素。但是现行国家标准《地铁设计规范》（GB 50157-2013）对基坑稳定性验算内容的规定存在一定争议。例如，针对桩、墙式支护结构，均要求进行抗倾覆和坑底土体抗隆起验算，但依据现行行业标准《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120-2012）规定，针对悬臂式和单支点锚拉式支护结构需进行抗倾覆稳定性验算，对多支点支护结构不需要计算此项验算；同时规定，当坑底以下为软土时，桩、墙式支护结构才需进行坑底土体抗隆起验算。

由于基坑抗倾覆和坑底土体抗隆起验算直接决定了支护结构的插入比，并对坑底加固的必要性和范围影响较大，进而对工程造价产生较大影响，因此需认真研究2项指标验算的前提条件。结合江苏省城市轨道交通建设经验所拟定的各类基坑工程稳定性验算内容可参见表4。

5 结语

城市轨道交通基坑工程主要位于主城区，基坑开挖深度大，周边环境复杂。江苏省在近20年的城市轨道交通建设历程中在地下工程方面积累了大量的经验和教训，对基坑工程的设计认识也在不断发展。基坑工程的安全性和经济性是互为矛盾而又辩证统一的，如何做到兼顾两者需要工程设计人员结合工程实践经验，不断总结和摸索。基坑工程的安全等级和变形控制指标应在统一原则的前提下因地制宜，求同存异。既要有地区性的指导标准，让江苏省内各城市轨道交通建设项目有标准可参考；同时也适当放宽标准的适用范围，根据各地区地质条件和工程经验拟定针对性标准，做到基坑工程安全与经济的统一协调。

表3 桩、墙式基坑支护结构变形控制指标

环境保护等级土地类型支护结构最大水平位移允许值/mm地表最大沉降允许值/mm一级坚硬～中硬土 0.15%H，且≤30 0.15%H，且≤30中软～软弱土 0.20%H，且≤35 0.20%H，且≤40二级坚硬～中硬土 0.30%H，且≤40 0.25%H，且≤35中软～软弱土 0.40%H，且≤50 0.30%H，且≤50三级坚硬～中硬土 0.40%H，且≤50 0.50%H，且≤40中软～软弱土 0.70%H，且≤60 0.60%H，且≤60

表4 基坑工程稳定性验算内容