摘　要：地鐵深基坑工程施工對周圍環(huán)境的影響很大，需要采取合理措施對其進(jìn)行保護(hù)。就南京地鐵深基坑工程中的基坑時(shí)空效應(yīng)、降水基坑外的地面沉降、信息化施工等施工引起的環(huán)境問題進(jìn)行討論，并提出環(huán)境保護(hù)措施。 
    關(guān)鍵詞：基坑工程；環(huán)境保護(hù)；時(shí)空效應(yīng)；降水；隆起；地面沉降；信息化；監(jiān)測 

    1、概述
    近年來隨著我國地鐵建設(shè)的發(fā)展，越來越多的城市修建地鐵。而地鐵深基坑工程具有開挖難度大、工期長、費(fèi)用高及對周圍環(huán)境的影響大等問題，它已經(jīng)成為城市建設(shè)中一個亟待攻克的難題，其中的環(huán)境保護(hù)問題已經(jīng)成為基坑支護(hù)中諸多問題的重中之重。因此地鐵基坑工程施工的好壞，直接影響到基坑工程的造價(jià)和安全，同時(shí)，保護(hù)鄰近建筑（或管道）的安全并保證其正常使用具有重大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。 
    2、基坑開挖引起的環(huán)境效應(yīng)
    城市地鐵深基坑工程具有以下特點(diǎn)：
    （1）深基坑工程施工環(huán)境條件比較差。由于高層、超高層建筑都集中在城市中心區(qū)及主要街道的兩旁，建筑密度大，人口密集，交通擁擠，施工場地狹小，束縛了工程施工的手腳。
    （2）基坑開挖越來越深。業(yè)主為節(jié)約土地，充分利用原有基地面積和地下空間，設(shè)置車站、人防、機(jī)房及消防設(shè)施，故地鐵結(jié)構(gòu)的深度和層數(shù)相應(yīng)增加。
    （3）必須設(shè)置技術(shù)可靠可行的支護(hù)結(jié)構(gòu)來確保安全，還要考慮到對周圍地下的煤氣、上水、下水、電訊、電纜等管線的影響，盡可能減少對這一系列建筑及設(shè)施的損壞性影響。
    （4）隨著競爭機(jī)制的增加，業(yè)主對造價(jià)、工程進(jìn)度、工程質(zhì)量的要求也越來越高，相應(yīng)增加了施工難度。
    2.1降低地下水引起的環(huán)境效應(yīng)降低地下水位引起的環(huán)境效應(yīng)表現(xiàn)為：
    （1）降低地下水位引起的地面沉降；
    （2）地下水滲透破壞引起的基坑坍塌；
    （3）基坑突涌導(dǎo)致的基土開裂。 
    在基坑開挖過程中，通常采用井點(diǎn)降水來達(dá)到降低水位、固結(jié)土體、穩(wěn)定邊坡和便于開挖的目的。同時(shí)，基坑降水，由于水位降落而引起地面沉降，相應(yīng)形成以水位漏斗為中心的地面沉降變形區(qū)，導(dǎo)致次范圍內(nèi)的建筑、道路、管網(wǎng)等設(shè)施因不均勻沉降而發(fā)生斷裂、傾斜，影響其正常使用和安全。 
    降低地下水位引起的環(huán)境變化機(jī)理為：
    （1）水位降低減少了土中地下水對地上建筑物的浮托軟弱土層受到壓縮而沉降；
    （2）使孔隙水從土中排出。土體固結(jié)變形，本身就是壓縮沉降過程，降水過程中，常會隨著抽出的水流帶走土層中部分細(xì)微土粒，引起周圍地面沉降。地面沉降與地下水位降落是對應(yīng)的，地下水位降落的曲面分布必然引起鄰近建筑物的不均勻沉降。當(dāng)?shù)孛娉两颠_(dá)到一定程度時(shí)，建筑物就會發(fā)生開裂、傾斜甚至倒塌現(xiàn)象；
    （3）基坑開挖時(shí)，基坑內(nèi)、周邊地下水位存在一定的水頭差，在動水壓力作用下，基坑土?xí)l(fā)生流（土）失、潛蝕現(xiàn)象，導(dǎo)致土體結(jié)構(gòu)松動和破壞，引起基坑坍塌。
    （4）當(dāng)基坑內(nèi)、外水位差較大，或基坑下部有承壓水存在，基坑使原有土壓力減少到一定程度時(shí)，承壓水的水頭壓力大于基坑底土體浮重力，形成管涌、側(cè)涌現(xiàn)象，造成基土開裂。 
    2.2支護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生變形和位移引起的環(huán)境效應(yīng)支護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生變形和位移引起的環(huán)境效應(yīng)表現(xiàn)為：
    （1）支護(hù)結(jié)構(gòu)本身破壞而導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)；
    （2）支護(hù)結(jié)構(gòu)整體破壞而導(dǎo)致基坑隆起；
    （3）支護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生變形和位移而引起鄰近建筑設(shè)施破壞。 
    支護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生變形和位移引起的環(huán)境效應(yīng)的機(jī)理為：
    （1）基坑地基土卸載改變坑底原始應(yīng)力狀態(tài)，在基坑開挖時(shí)，土體中自重壓力減小，土體的彈性效應(yīng)使基坑底面產(chǎn)生一定的回彈變形（隆起），坑底表現(xiàn)為彈性隆起，其特征為坑底中部隆起最高，彈性隆起在基坑開挖停止后很快就停止，基本不會引起坑外土體向坑內(nèi)移動；隨著開挖深度的增大，坑內(nèi)外高差所形成的加載和地面各種超載的作用使圍護(hù)墻外側(cè)土體向坑內(nèi)移動，使坑底產(chǎn)生向上的塑性變形，其特征為兩邊大中間小的隆起狀態(tài)；
    （2）在基坑周圍產(chǎn)生較大的塑性區(qū)，并引起地面沉降；
    （3）基坑底面暴露時(shí)間過長，使基坑積水，一方面，使得粘性土的流變性，將增大墻體被動壓力區(qū)的土體位移和墻外土體向坑內(nèi)的位移，從而增加地表的沉降。
    （4）支撐物受破壞或錨桿體系抗拔力不足，拉桿自身斷裂或拉桿及錨座的連接不牢等引起支護(hù)結(jié)構(gòu)體系承載能力喪失支護(hù)結(jié)構(gòu)嵌入深度不足引起基坑隆起，并使地基強(qiáng)度降低或喪失。 
    3、基坑工程中的環(huán)境保護(hù)
    對于基坑周圍環(huán)境的保護(hù)，人們積累了許多的保護(hù)經(jīng)驗(yàn)，如選用剛度大的圍護(hù)結(jié)構(gòu)、進(jìn)行基坑內(nèi)外的地基加固以提高土體的抗變形能力、對基坑近旁的建筑物和構(gòu)筑物進(jìn)行地基加固或地基處理、在基坑與建筑物間設(shè)置隔斷樁或隔斷墻以及注漿保護(hù)、通過少量注漿影響變形傳播的途徑等措施；盡管保護(hù)方法千差萬別，但其作用的機(jī)理不外乎是減少基坑開挖的影響、提高圍護(hù)環(huán)境的抗變形能力、切斷影響途徑等3種。 
    3.1基坑工程中的環(huán)境保護(hù)
    時(shí)空效應(yīng)法是為解決深基坑整體穩(wěn)定和坑周地層位移控制問題、參考新奧法隧道施工中的時(shí)空效應(yīng)理論和大量軟土基坑實(shí)踐而提出的一種計(jì)算和控制基坑結(jié)構(gòu)變形及周圍地層位移的方法。通過大量的軟土基坑實(shí)踐，人們已經(jīng)意識到：在基坑施工過程中， 每個開挖步驟的開挖空間幾何尺寸、圍護(hù)墻無支撐暴露面積和時(shí)間等施工參數(shù)對基坑變形具有明顯的相關(guān)性?？紤]時(shí)空效應(yīng)的施工步驟的主要特點(diǎn)是：根據(jù)基坑規(guī)模、幾何尺寸、圍護(hù)墻體及支撐結(jié)構(gòu)體系的布置、基坑地基加固和施工條件，按照“分層、分塊、對稱、平衡、限時(shí)”的原則確定施工方案。時(shí)空效應(yīng)法強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)與施工密切配合，一改以往設(shè)計(jì)工況與施工工況不符的現(xiàn)狀，實(shí)踐證明，科學(xué)地制定考慮時(shí)空效應(yīng)的開挖和支撐的施工設(shè)計(jì)方案，能可靠、合理地利用土體本身在開挖過程中控制位移的潛力，達(dá)到控制坑周地層位移以及保護(hù)環(huán)境的目的。從而改變目前基坑中為控制坑周地層位移而不合理地采用昂貴的地基加固做法。 
    從工程實(shí)用性和可靠性出發(fā)，在基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)（擋墻、支撐及擋墻被動區(qū)加固土體）的內(nèi)力及變形計(jì)算中，采用彈性計(jì)算法所用的較簡單的力學(xué)模型和設(shè)計(jì)參數(shù)項(xiàng)目，但對其中反映基坑變形總體效應(yīng)的最主要的綜合參數(shù)——基坑擋墻被動區(qū)的水平抗力系數(shù)，按一定的地質(zhì)和施工條件，做出經(jīng)驗(yàn)性的修正。此綜合參數(shù)是土的力學(xué)性指標(biāo)和每一步基坑挖土的空間尺寸及暴露時(shí)間的函數(shù)，其數(shù)值是根據(jù)在一定施工條件下基坑開挖中所測出的基坑變形數(shù)據(jù)，經(jīng)反分析而得出的控制標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)外荷等依據(jù)的同時(shí)，合理地選定施工程序及施工參數(shù)，以完善設(shè)計(jì)依據(jù)并提供實(shí)施設(shè)計(jì)的保證，從而有效地解決流變性地層中深大基坑的控制變形設(shè)計(jì)不符合實(shí)際的問題。 
    根據(jù)基坑工程設(shè)計(jì)所選定的主要施工參數(shù)，按基坑規(guī)模、幾何尺寸、支撐形式、開挖深度和地基加固條件，提出詳細(xì)的可操作的開挖和支撐的施工程序及施工參數(shù)。開挖和支撐的施工工序基本是按“分層、分步、對稱、平衡”的原則而制定的，最主要的施工參數(shù)是分層開挖的層數(shù)。每層開挖深度以及基坑擋墻被動區(qū)土體在基坑中間部分地層先開挖的工程中保留成支撐擋墻的土堤，此土堤斷面尺寸按其能抵住擋墻的要求而定，亦為主要設(shè)計(jì)參數(shù)；嚴(yán)格按選定的施工程序和施工參數(shù)施工，就使復(fù)雜多變的施工因素變?yōu)檩^明確而有規(guī)律性的施工因素，其引發(fā)的時(shí)空效應(yīng)也能較好地符合設(shè)計(jì)預(yù)期的要求。 來源：考試大
    在長方形基坑中，基坑開挖和支撐的施工技術(shù)要點(diǎn)是，按一定長度分段開挖和澆筑結(jié)構(gòu)，在每段開挖中再分層。每層分小段開挖和支撐，隨挖隨撐，施加預(yù)應(yīng)力，每小段的開挖和支撐的施工時(shí)間限制在一定限值之內(nèi)。在不規(guī)則的基坑施工中，采用分層盆式開挖法，在每一層開挖中間部分并安裝或澆注此范圍的支撐，而后將各根支撐兩端支承擋墻的土堤，分步、對稱拆除并即時(shí)安裝或澆注其間頂住擋墻的部分支撐。每個分步的開挖和支撐施工時(shí)間，根據(jù)支撐方式等具體情況，給定明確的控制值。 
    在運(yùn)用基坑開挖中的時(shí)空效應(yīng)規(guī)律時(shí)，基坑結(jié)構(gòu)特性參數(shù)、地基土（包括加固土體）特性參數(shù)及施工工藝參數(shù)都是相互影響并共同對控制變形發(fā)揮作用的基本要素，它們都是控制基坑變形的設(shè)計(jì)依據(jù)，控制變形的設(shè)計(jì)要素。