鄰近地鐵隧道的軟土地基深基坑分區(qū)施工技術(shù)

王洪偉

1. 上海建工四建集團(tuán)有限公司 上海 201103；2. 上海建筑改建與持續(xù)利用工程技術(shù)研究中心 上海 201103

1 工程概況

上海前灘30-01地塊項目地上設(shè)計有1座附帶商業(yè)裙房的辦公塔樓T6（地上19層）、2座高度約100 m的住宅樓R3、R4（地上30層）。本工程總用地面積13 695.70 m2，總建筑面積109 026.88 m2，地下2層，埋深約10.25 m。周邊市政道路下分布有燃?xì)?、電力等多條管線，軌道交通8號線從本地塊東側(cè)地下穿過，地鐵隧道外側(cè)距離擬建地面建筑塔樓11.30 m，基坑圍護(hù)邊距地鐵最近10 m。整個基坑周邊環(huán)境復(fù)雜，環(huán)境保護(hù)要求較高，特別是對東側(cè)地鐵的保護(hù)是整個基坑施工的重點、難點，整個基坑施工難度不小。

2 水文地質(zhì)條件

對工程有影響的地下水屬潛水類型，主要補(bǔ)給來源為大氣降水，水位隨季節(jié)變化而變化，根據(jù)上海市經(jīng)驗水位埋深為0.3～1.5 m。鉆探期間淺層地下水初見水位埋深2.7～3.1 m，穩(wěn)定水位埋深0.7～2.7 m。根據(jù)上海市工程建設(shè)規(guī)范DGJ 08-11—2010《地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》有關(guān)條款，年平均水位埋深一般為0.5～0.7 m，設(shè)計使用時建議按不利條件分別采用地下水高水位埋深0.5 m，低水位埋深1.5 m（以自然地面起算）。自然地面以下埋深約18.0、30.0 m的⑤2a層砂質(zhì)粉土、⑤2c層粉砂為微承壓含水層，⑦層、⑨層為承壓含水層。由于⑤2b層為粉質(zhì)黏土夾砂質(zhì)粉土層，滲透性較好，且在部分區(qū)域⑤2b層缺失，⑤2a層與⑤2c層相連，故⑤2a層與⑤2c層微承壓水可視作相通[1-2]。

3 基坑概況

本項目基坑分成3個基坑實施（圖1）?；涌偯娣e約14 400 m2，擬建2層地下室，基坑開挖深度10.25～12.30 m。2、3區(qū)基坑?xùn)|側(cè)為運營中的軌道交通8號線東方體育中心站，在地鐵側(cè)采用厚800 mm地下連續(xù)墻作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，墻深23、25 m；各分區(qū)中隔墻采用厚600 mm地下連續(xù)墻，墻深23、25 m；其余側(cè)采用φ900 mm@1 050 mm鉆孔灌注樁＋φ850 mm三軸攪拌樁作為止水帷幕，鉆孔灌注樁深23 m，落低坑區(qū)域鉆孔灌注樁深25、28 m，隔水帷幕深30 m，鄰近地鐵側(cè)100 m半徑范圍內(nèi)隔水帷幕深42 m。

圖1 基坑分區(qū)平面示意

4 1區(qū)基坑開挖技術(shù)線路及施工技術(shù)優(yōu)化

1區(qū)基坑面積12 400 m2，場地自然地坪標(biāo)高－0.30 m。開挖深度10.25 m，T6塔樓下開挖深度為10.60 m；R3、R4樓下開挖深度10.25 m。第1層土方開挖至第1道支撐底標(biāo)高－2.20 m；第2層土方開挖至第2道支撐底標(biāo)高－7.7 m；最后一層土方開挖至基礎(chǔ)底板墊層底－10.55 m。

4.1 1區(qū)混凝土支撐施工

第1層土方及第1道支撐埋深較淺，對基坑變形影響不大。從第2層土方直至地下室底板完成階段為1區(qū)基坑施工的重中之重，也是影響基坑變形的最重要的因素。為確保地鐵側(cè)的基坑變形得到最有效的控制，從第2層土方開挖開始，有別于普通基坑施工。從施工人員安排及施工周期上來說，整個基坑為24 h的3班不間斷輪流施工。

通過對整個1區(qū)基坑進(jìn)行分析，地鐵在基坑?xùn)|側(cè)，故需確保整個基坑?xùn)|西側(cè)支撐在最短時間內(nèi)完成，以達(dá)到傳力效果，最大限度地縮短東側(cè)圍護(hù)缺少被動土壓力的時間。在1區(qū)第2層土方開挖時充分利用時空效應(yīng)，采用盆式開挖結(jié)合留土分塊施工，共分為4塊區(qū)域?qū)ΨQ分塊施工，地下連續(xù)墻以西保留寬度大于2倍基坑深度區(qū)域土方，即在1區(qū)內(nèi)再進(jìn)行分塊施工，保留1區(qū)西側(cè)20 m范圍內(nèi)土方。保護(hù)性留土區(qū)域混凝土支撐結(jié)構(gòu)共分為7塊進(jìn)行分塊、對稱開挖施工混凝土支撐，留土區(qū)開挖面積2 260 m2，土方量12 500 m3，分6次開挖，每一分塊開挖量1 500～2 000 m3。主要保證東西向每根支撐12 h內(nèi)形成（圖2）。

圖2 基坑第2道支撐平面示意

通過此法，可有效地在保護(hù)性留土區(qū)域內(nèi)，最大限度地縮短從土方開挖至東西向支撐完成時間，從而減少靠近地鐵側(cè)基坑的變形。

4.2 1區(qū)底板施工

1區(qū)第3層土方開挖深度2.85 m，采取1∶1.5二級放坡開挖。土方開挖總量30 800 m3，底板混凝土總量為11 890 m3。底板施工也主要按底板后澆帶自西向東進(jìn)行分塊開挖澆搗，即先施工北側(cè)西塊底板，再流水施工北側(cè)、東側(cè)底板，然后再進(jìn)行南側(cè)底板施工，盡快形成東西側(cè)底板傳力（圖3）。

4.3 1區(qū)施工技術(shù)優(yōu)化

為更好、更快地進(jìn)行土方開挖、底板施工，縮短基坑施工時間，盡早使基坑混凝土支撐及底板有效傳力，在原設(shè)計方案的基礎(chǔ)上又進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化。

圖3 基坑底板平面示意

4.3.1 提高混凝土等級

通過提高混凝土支撐、底板、中樓板、頂板區(qū)域的混凝土級配（提高2級），減少混凝土養(yǎng)護(hù)時間，提前達(dá)到原設(shè)計強(qiáng)度的100%，使支撐能盡早、有效地傳遞基坑變形受力，抵抗基坑變形，從而提前進(jìn)行下一層土方開挖、基坑回筑工作，縮短整個基坑的施工周期。

4.3.2 優(yōu)化地下室底板防水層施工工藝

原設(shè)計底板防水做法為：厚200 mm的C20混凝土墊層，隨澆隨光；厚4 mm的SBS改性瀝青防水卷材（Ⅱ型）厚50 mm的C20細(xì)石混凝土保護(hù)層；抗?jié)B混凝土結(jié)構(gòu)底板（抗?jié)B等級P8）。

為加快底板施工，簡化底板施工工藝，故采用無需混凝土保護(hù)層的防水材料（厚1.5 mm高密度聚乙烯自粘膠膜防水卷材）。此卷材施工工藝簡單，卷材與基層為空鋪，不受基層沉降變形的影響，混凝土澆搗完畢后防水卷材與混凝土自粘成為一體，防水效果比普通卷材更好。通過防水卷材的材料改變，取消防水保護(hù)層施工，簡化了施工工藝，縮短底板施工工期，從而達(dá)到減小基坑變形的目的。

4.3.3 優(yōu)化底板坑中坑節(jié)點

前灘30-01地塊底板局部基坑情況較為復(fù)雜，挖土施工耗時較多，對于局部復(fù)雜小坑、坑中坑、坑連坑的情況進(jìn)行優(yōu)化細(xì)化，采取相近標(biāo)高坑底優(yōu)化為統(tǒng)一標(biāo)高方法，簡化現(xiàn)場實際施工工藝，縮短挖土施工時間。

5 2、3區(qū)基坑開挖技術(shù)線路及施工技術(shù)優(yōu)化

5.1 2、3分區(qū)原施工方案

2區(qū)基坑總面積770 m3，總土方量為7 920 m3，按支撐劃分12塊南北對稱進(jìn)行預(yù)應(yīng)力自動補(bǔ)償系統(tǒng)支撐施工。3區(qū)基坑總面積770 m3，總土方量為7 280 m3，按支撐劃分11塊南北對稱進(jìn)行預(yù)應(yīng)力自動補(bǔ)償系統(tǒng)支撐施工。

原設(shè)計擬訂方案為先開挖1區(qū)，待1區(qū)完成B1層時分塊進(jìn)行1區(qū)棧橋拆除工作，僅保留2、3區(qū)左側(cè)南北貫通處棧橋，用作2、3區(qū)施工運土的主要通道。待1區(qū)完成±0 m后進(jìn)行2區(qū)施工。2區(qū)施工至B1層時拆除3區(qū)北側(cè)棧橋及中隔墻，進(jìn)行1區(qū)與2區(qū)±0 m連接，待2區(qū)達(dá)到±0 m后進(jìn)行3區(qū)施工。3區(qū)施工方法與2區(qū)基本相同。最后拆除B2層中隔墻，拼接底板及B1層主體結(jié)構(gòu)，整個基坑施工完成。

如按原設(shè)計方案進(jìn)行施工，基坑整體完成±0 m時間較長。加之住宅樓R4、塔樓T6的主體結(jié)構(gòu)均橫跨2個分區(qū)。如若基坑未拼接完成，R4及T6不可進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)施工。R4為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，T6為框架-核心筒結(jié)構(gòu)，地下室結(jié)構(gòu)復(fù)雜，梁柱節(jié)點、梁墻節(jié)點較多，1區(qū)與2、3區(qū)連接節(jié)點施工縫斷設(shè)需進(jìn)行臨時結(jié)構(gòu)調(diào)整，對今后拼接也造成不少困難。

5.2 2、3區(qū)施工技術(shù)優(yōu)化

為解決以上問題，通過研究分析基坑受力及施工工況提出了優(yōu)化方案。擬保留1區(qū)首道混凝土支撐，1區(qū)施工完成至B1層并達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后，進(jìn)行2區(qū)施工。待2區(qū)施工完成至B1層時，保留東西向中間棧橋，分塊進(jìn)行中間棧橋以北的1、2區(qū)支撐及2區(qū)B1層以上中隔墻拆除工作（圖4），進(jìn)行1、2區(qū)±0 m結(jié)構(gòu)頂板施工。3區(qū)進(jìn)行開挖及結(jié)構(gòu)施工，施工步驟如同2區(qū)。并且為減少2、3區(qū)的基坑變形，在2、3區(qū)增加1道鋼支撐換撐，此撐待±0 m結(jié)構(gòu)完成后與B2層地下連續(xù)墻同時進(jìn)行悶拆處理。

圖4 優(yōu)化后±0 m拼接剖面示意

5.3 可行性研究及原理分析

5.3.1 基坑傳力分析

與原方案相比，通過保留首道混凝土支撐，以首道混凝土支撐作為傳力主體，將2、3區(qū)基坑變形所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力有效傳遞至基坑四周。相比原方案利用結(jié)構(gòu)±0 m結(jié)構(gòu)加傳力節(jié)點的傳力方式，更能有效地起到傳力效果。拆除首道混凝土支撐時，通過保留東西向中間棧橋，可方便車輛進(jìn)出，加快2、3區(qū)施工。

5.3.2 增加鋼支撐換撐

考慮到2、3區(qū)離地鐵段僅11.5 m，為減少基坑變形，在2、3區(qū)底板完成后設(shè)置1道臨時鋼支撐換撐。以中隔墻作為支點，加強(qiáng)下部基坑傳力，減少2、3區(qū)鄰近地鐵側(cè)的基坑變形。

5.3.3 施工縫拼接簡化

通過方案優(yōu)化，在確?；佑行髁Φ耐瑫r，R4、T6上部結(jié)構(gòu)由南北向結(jié)構(gòu)拼接縫調(diào)整為東西向施工縫，由于地下車庫頂板梁板結(jié)構(gòu)跨度較大，節(jié)點簡單，從而使施工縫拼接節(jié)點得到優(yōu)化。做到1區(qū)與2、3區(qū)東西向首層直接拼連，簡化了施工節(jié)點及施工流程，節(jié)約地下室回筑工期。

通過研究分析，施工技術(shù)、設(shè)計方案的優(yōu)化基本安全可靠，通過設(shè)計復(fù)算后，復(fù)算結(jié)果證明方案可行，滿足圍護(hù)體結(jié)構(gòu)的受力要求。經(jīng)過各方專家對施工方案的再次分析及論證，最終優(yōu)化后的方案再次通過施工方案評審，并被應(yīng)用至實際工程中[3-4]。

6 實際工程方案實施數(shù)據(jù)分析

6.1 基坑變形數(shù)據(jù)分析

通過方案的優(yōu)化，截至1區(qū)底板完成，地鐵側(cè)中隔墻最大累積變化量為29.8 mm，達(dá)到地鐵及設(shè)計要求。

2區(qū)B1層完成時地鐵側(cè)地下連續(xù)墻最大變形量為4.6 mm，最小變形量為3.0 mm。3區(qū)B1層完成時地鐵側(cè)最大變形量為11.3 mm，最小變形量為5.4 mm。整個基坑±0 m施工完成時地鐵側(cè)最大變形量僅為17.3 mm，最小變形量為9.1 mm。

6.2 地鐵隧道段數(shù)據(jù)分析

在基坑施工階段，地鐵第三方隧道自動監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，上行線垂直位移上升2 mm，下行線垂直位移上升1.99 mm。至整個基坑施工完成，施工區(qū)域地鐵隧道區(qū)域段穩(wěn)定，變化速度較緩，未對地鐵區(qū)段造成明顯影響，確保了軌道交通8號線在施工期間正常運營。

6.3 施工周期數(shù)據(jù)分析

1區(qū)第2層土方開挖及第2道支撐施工完成僅用時11 d，第3層土方開挖及基礎(chǔ)底板施工完成僅用時28 d，大大縮短了施工周期，比原計劃提前約15 d。

2、3區(qū)通過施工技術(shù)優(yōu)化，整個基坑全部完成從工期上基本提前1個月左右。通過施工技術(shù)優(yōu)化，使R4、T6上部主體結(jié)構(gòu)提前施工。

7 結(jié)語

綜上所述，軟土地基鄰近地鐵基坑施工難度較大，環(huán)境保護(hù)要求較高。本文以實際工程為例，通過優(yōu)化施工材料、優(yōu)化施工流程、優(yōu)化施工節(jié)點等方式，在確?；影踩?、可靠的前提下，縮短了施工周期，加快了施工速度，有效地控制了基坑變形，減少了對地鐵隧道的影響，為類似工程施工提供了借鑒和參考。