基坑區(qū)塊施工對(duì)鄰近地鐵隧道變形影響

徐 兵

(浙江煤炭測繪院有限公司，杭州 310004)

0 引言

近幾年，隨著城市軌道交通的高速發(fā)展，地鐵出行已成為城市的主要交通工具。城市中心基坑施工常常緊鄰地鐵隧道，施工場地小、施工條件復(fù)雜。基坑開挖是一個(gè)卸荷的過程，在深基坑工程中由于應(yīng)力釋放和開挖降水，應(yīng)力釋放隨距開挖邊緣向遠(yuǎn)離開挖面逐漸衰減，降水形成的漏斗，由近及遠(yuǎn)，從深到淺，形成土體不均衡的附加沉降，所以基坑周邊土體是處在不均勻的沉降狀態(tài)。由于差異沉降，使結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生次應(yīng)力，有些構(gòu)件原來承受壓應(yīng)力，可能變成拉應(yīng)力，有些構(gòu)件原來承受正彎矩的，可能變成承受負(fù)彎矩等，這樣的作用超過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)承載必然出現(xiàn)裂縫，影響地鐵隧道及建筑物的安全正常使用。因此，市中心深基坑開挖對(duì)鄰近地鐵隧道、建筑物造成的影響分析已成為一個(gè)很重要的課題。

本文主要介紹了杭州市某基坑工程，在分區(qū)塊施工中充分發(fā)揮基坑開挖中的“時(shí)空效應(yīng)”，有效節(jié)約施工場地，控制了基坑自身變形以及鄰近地鐵隧道變形，可為今后的工程實(shí)踐提供經(jīng)驗(yàn)和參考。

1 工程概況

杭州牛田單元C6/C2-04地塊位于杭州市江干區(qū)九堡街道九和路8號(hào)，占地面積14 859m2，總建筑面積78 798m2，其中地上建筑面積56 464m2，地下建筑面積22 334m2。擬建建筑物2幢13層科創(chuàng)孵化樓及1幢13層科研樓組成，設(shè)2層整體地下室。設(shè)計(jì)開挖深度9.90m，基坑底設(shè)計(jì)標(biāo)高-10.60m。整個(gè)項(xiàng)目下設(shè)二層連通的地下室，其樓板與底板標(biāo)高分別為-6.10m，-9.50m，基坑周邊自然地坪取為-0.70m。

基坑開挖所涉及的地基土地層共分為7大層，自上而下分別是 ：雜填土；粘質(zhì)粉土夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土；淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土；粉質(zhì)粘土；礫砂夾細(xì)砂；圓礫；強(qiáng)風(fēng)化泥粉砂巖。

根據(jù)地下水賦存條件、水力特征及巖土的水理性質(zhì)，場地勘探深度范圍內(nèi)地下水主要為第四系松散巖類孔隙水和基巖裂隙水。第四系松散巖類孔隙水又可分為孔隙潛水和孔隙承壓水。

孔隙潛水主要賦存于淺部雜填土及粘質(zhì)粉土中，水位埋深較淺，對(duì)基礎(chǔ)抗浮、工程降水有影響，基坑開挖時(shí)應(yīng)做好相應(yīng)的降排水措施。

孔隙承壓水賦存于下部礫砂和圓礫中，滲透性較好，其上部覆蓋有厚層的粘性土，構(gòu)成了相對(duì)隔水的承壓頂板?？紫冻袎核軞夂蛴绊懖幻黠@，側(cè)向徑流緩慢，對(duì)鉆孔灌注樁樁基施工影響不大。

基坑位于已運(yùn)營的地鐵1號(hào)線區(qū)間盾構(gòu)北側(cè)，基坑圍護(hù)邊線距離盾構(gòu)隧道最近距離約20.0m，距離地鐵九堡站站房約80m，地鐵1號(hào)線區(qū)間盾構(gòu)與基坑的平面相對(duì)關(guān)系見圖1所示。地鐵隧道中心點(diǎn)絕對(duì)標(biāo)高-5.60m(盾構(gòu)埋深8.0m)，直徑6.2m，壁厚350mm，軌頂絕對(duì)標(biāo)高-7.46m?；优c地鐵1號(hào)線區(qū)間盾構(gòu)的剖面相對(duì)關(guān)系如圖2所示。

圖1 基坑與隧道平面關(guān)系

圖2 盾構(gòu)隧道與基坑的剖面關(guān)系

2 監(jiān)測難點(diǎn)分析

據(jù)地質(zhì)勘察揭示杭州牛田單元C6/C2-04地塊基坑土層地質(zhì)條件差，厚薄不一，大部分位于高壓縮性淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，地下水位高，坑外補(bǔ)充水資源豐富；基坑開挖，坑底易產(chǎn)生回彈隆起現(xiàn)象，從而導(dǎo)致坑外地面塌陷，基坑失穩(wěn)，危及圍護(hù)結(jié)構(gòu)及隧道安全。周邊環(huán)境復(fù)雜，地下管線密布，監(jiān)測工作尤為重要，但同樣也存在一定的難度：一是基坑與地鐵隧道距離近，離地鐵1號(hào)線左線最近距離為20m左右；二是地鐵隧道埋深淺，隧道軌頂距離地面約9m，基坑挖深約10m，基坑底部與隧道頂部大致齊平；三是地質(zhì)條件差，隧道整體位于粉質(zhì)粘土和淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層內(nèi)。

3 基坑施工

為了保護(hù)臨近基坑地鐵隧道的安全，本基坑采用分區(qū)塊的施工方法，把基坑分為Ⅰ、Ⅱ兩區(qū)塊，Ⅰ區(qū)塊再分成I-1區(qū)、I-2區(qū)。其中：I-1區(qū)、I-2區(qū)基坑采用鉆孔灌注樁作擋土結(jié)構(gòu)，I-1區(qū)、I-2區(qū)基坑北側(cè)鉆孔樁(南北側(cè)基坑分界線處)外圍采用高壓旋噴樁作止水帷幕，其余三側(cè)鉆孔樁外圍采用TRD作止水帷幕，且支護(hù)樁間隙采用高壓旋噴樁作止水帷幕；采用二道鋼筋混凝土支撐作水平支撐。

Ⅱ區(qū)基坑采用TRD水泥土連續(xù)墻內(nèi)插H型鋼作擋土結(jié)構(gòu)兼作止水帷幕；采用二道預(yù)應(yīng)力型鋼組合支撐作水平支撐。

在施工工藝上采取了分區(qū)塊施工的做法，即把一個(gè)大基坑分為兩個(gè)小基坑進(jìn)行分區(qū)塊施工。Ⅱ區(qū)基坑位于地鐵50m范圍外，Ⅰ區(qū)基坑開挖時(shí)又將基坑再分隔為兩個(gè)區(qū)塊進(jìn)行施工，即Ⅰ-1區(qū)和Ⅰ-2區(qū)。分塊施工充分發(fā)揮基坑施工的時(shí)空效應(yīng)，擬把長、大型深基坑“化整為零”施工，進(jìn)行分區(qū)分塊施工既在一定程度上保護(hù)了地鐵結(jié)構(gòu)，又為工程項(xiàng)目的施工提供了額外的施工場地。

4 基坑與隧道數(shù)據(jù)對(duì)比分析

杭州牛田C6/C2-04地塊基坑工程監(jiān)測項(xiàng)目從開始監(jiān)測到監(jiān)測結(jié)束，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，未出現(xiàn)突變異?，F(xiàn)象，也沒有預(yù)報(bào)警與報(bào)警情況。

本基坑工程監(jiān)測共分5個(gè)階段，分別是工程樁與圍護(hù)樁施工、南基坑開挖至底板澆筑、南基坑負(fù)一層與頂板澆筑、北基坑開挖至頂板澆筑完成和基坑已經(jīng)±0以上地上建筑物施工。

4.1 基坑周邊道路沉降與隧道道床沉降對(duì)比分析

基坑道路沉降點(diǎn)位于隧道正上方的路面上，一共設(shè)有4個(gè)道路沉降測點(diǎn)，道路與基坑的沉降變化曲線圖如下圖3、圖4所示。

圖3 基坑周邊道路沉降量隨時(shí)間變化曲線

圖4 隧道沉降量隨時(shí)間變化曲線

從圖3可以得出4個(gè)道路沉降點(diǎn)的變化情況，其中CJ05、CJ06、CJ07三個(gè)為下沉，CJ08為隆起，最大沉降量為-8.3mm，在基坑監(jiān)測的范疇內(nèi)來說，變化量較小?；娱_挖初期道路呈下沉狀態(tài)，沉降量較為穩(wěn)定，變化量小且沒有突變現(xiàn)象。對(duì)比隧道沉降曲線圖4，隧道在基坑在最后一土層開始挖土的時(shí)候，有較明顯的沉降趨勢，在底板澆筑后，隨著基坑強(qiáng)度增大，沉降量開始趨于穩(wěn)定。

4.2 基坑測斜與隧道水平位移對(duì)比分析

臨近地鐵隧道CX09、CX10測斜孔基坑測斜變形和施工影響區(qū)域5個(gè)施工階段隧道水平變形情況如下圖5、圖6所示。

圖5 不同工況下隧道水平位移與基坑測斜

從圖5可以看出，第二層土取土完成后，CX09、CX10測斜孔曲線變化趨近于“弓形”狀態(tài)。曲線表明隨著基坑不斷挖深，深層土體位移也不斷增大，隨著基坑地板澆筑的完成，土體位移有所回彈并趨向穩(wěn)定。隧道水平位移在整個(gè)監(jiān)測周期均保持在一個(gè)較小的變形區(qū)間，最大的變化量為2.1mm,遠(yuǎn)低于地鐵保護(hù)監(jiān)測控制值要求。

5 結(jié)語

本項(xiàng)目采用三維 Plaxis整體模型軟件，針對(duì)基坑開挖對(duì)地鐵隧道產(chǎn)生的變形值進(jìn)行評(píng)估計(jì)算。經(jīng)測算，本項(xiàng)目基坑開挖造成隧道最大水平變形為 3.0mm，豎向變形為5.0mm，最大差異沉降為 3.0mm，收斂變形為 3.0mm。而采用分區(qū)塊開挖的施工方法，隧道最終變形量，水平變形最大為 -2.0mm，豎向變形最大為2.7mm，差異沉降最大為-1.5mm，收斂變形最大為2.2mm 。

結(jié)合項(xiàng)目的施工方法與實(shí)際監(jiān)測的數(shù)據(jù)，近地鐵的基坑項(xiàng)目采取分區(qū)塊施工可有效保護(hù)地鐵結(jié)構(gòu)，采取此施工方法與施工順序有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢：

①基坑分割后，50m內(nèi)基坑部分形成剛體，有效控制地鐵側(cè)“土塊”滑動(dòng)，間接控制了地鐵結(jié)構(gòu)的位移與變形；

②50m內(nèi)施工采取自動(dòng)化監(jiān)測，50m外施工一定程度上可以適當(dāng)放寬監(jiān)測要求，節(jié)約施工成本。

③縮短了隧道變形的危險(xiǎn)期。以前基坑施工，往往以整個(gè)基坑±0m完成的時(shí)候才回填，近地鐵側(cè)基坑即使先出地面達(dá)到±0m也很少有提前回填的特殊情況。采取這樣的施工順序，集中完成近地鐵側(cè)的小基坑，基坑暴露時(shí)間短，回填快，特殊部位特殊處理，真正做到了有目標(biāo)、有方向的地鐵保護(hù)施工措施。

④有效地控制了地鐵隧道變形量，使隧道變形在時(shí)間上和空間上得到了控制，充分發(fā)揮基坑開挖中的“時(shí)空效應(yīng)”。