臨近地鐵的深基坑施工技術(shù)

周 磊

(上海建工集團(tuán)有限公司，上海 200080)

上海擁有發(fā)達(dá)的地下軌道交通系統(tǒng)，且仍呈現(xiàn)增長趨勢(shì)。同時(shí)，其地下空間開發(fā)項(xiàng)目也逐年遞增。臨近運(yùn)行地鐵線(隧道)施工的地下空間項(xiàng)目也越來越多，軌交作為城市的交通生命線，其重要性不言而喻，因此充分考慮評(píng)估深基坑(群)施工可能對(duì)軌道交通造成的影響，并有針對(duì)性的采取有效措施減少不利影響顯得尤為重要。況龍川[1]結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目，通過實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析了基坑施工中可對(duì)臨近隧道產(chǎn)生影響的主要因素。戚科駿等[2]以上海臨隧道施工基坑為研究對(duì)象，用有限元彈塑性分析法模擬分析了基坑開挖過程對(duì)隧道的影響，并通過實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了此方法的有效性，其結(jié)果也表明要減少相鄰深基坑施工對(duì)隧道的影響，應(yīng)合理選用施工開挖方案。王強(qiáng)[3]分析了敏感環(huán)境下鄰近地鐵施工深大基坑的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，并用三維有限元對(duì)基坑施工過程中對(duì)隧道的影響進(jìn)行了彈塑性分析。趙笑男[4]采用ANSYS研究分析了隧道與深基坑在不同相對(duì)位置情況下，深基坑開挖對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的水平、豎向位移影響規(guī)律。張偉[5]在緊鄰地鐵車站深基坑項(xiàng)目中成功實(shí)施了一體化施工技術(shù)，可對(duì)類似項(xiàng)目提供一定的參考和借鑒。劉衛(wèi)未等[6]通過變形控制為主，輔以FLAC3D模擬安全評(píng)估以及信息化施工控制等多重手段相結(jié)合的方式，控制了基坑施工對(duì)地鐵的影響。為滿足設(shè)計(jì)施工和臨近地鐵的雙向要求，根據(jù)工程地質(zhì)和基坑特點(diǎn)，采取優(yōu)化施工分段的方式，同時(shí)針對(duì)地鐵保護(hù)的施工要求，采用合理的圍護(hù)形式和支撐體系相結(jié)合，在本項(xiàng)目中進(jìn)行了成功的應(yīng)用，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 工程概況

提籃橋街道HK324-01地塊綜合開發(fā)項(xiàng)目位于上海虹口區(qū)89號(hào)街坊，北外灘的核心位置。一期規(guī)劃的總建筑面積約22.6 m2，由1幢180 m高的辦公樓，音樂劇劇院和主題商業(yè)中心構(gòu)成的裙房以及聶耳舊居所組成。地上建筑面積約13.6萬m2，其中計(jì)容建筑面積為126 704.6 m2，地下室共5層，地下總建筑面積約8.9 m2(不包含公平路地下空間)。

本工程地下室地下5層，近地鐵側(cè)局部地下2層，地下總建筑面積89 906.9 m2?！?.00標(biāo)高為3.45 m。建筑BIM模型如圖1所示。

本工程北側(cè)地鐵12號(hào)線(國際客運(yùn)中心站至提籃橋站)區(qū)間隧道直徑6.7 m，埋深約9 m，距離本工程基坑最近僅9.3 m，區(qū)間處于基坑挖深1倍影響范圍以內(nèi)。

擬建場(chǎng)地地下水類型有淺部土層中的潛水、中部土層(第⑦層)和深部土層(第⑨層)中的承壓水。本工程地下室5層，基坑開挖深度約為25 m～27 m，淺部的潛水和第⑦層承壓水均與本工程建設(shè)密切相關(guān)。

1)潛水。勘察期間所測(cè)得的地下水穩(wěn)定水位埋深一般在0.95 m～1.62 m之間，相應(yīng)標(biāo)高在1.20 m～1.88 m之間，平均值為1.55 m。

2)承壓水。本場(chǎng)地深部第⑦層和第⑨層是上海地區(qū)的第一、第二承壓含水層，該兩層承壓含水層連通，根據(jù)上海地區(qū)的區(qū)域資料，第⑦層中的承壓水埋深一般在3 m～12 m，低于潛水水位，并呈年周期性變化。

2 深基坑施工

2.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)

2.1.1地下連續(xù)墻

在保證基坑施工安全的前提下，充分考慮經(jīng)濟(jì)性，在不同的保護(hù)區(qū)域采用不同深度和厚度的地下連續(xù)墻。主要采用0.8 m,1 m,1.2 m厚地下連續(xù)墻，其中臨近地鐵側(cè)地墻深度為30 m,32 m,34 m，其余地墻深度52 m,53 m,54 m,55 m,58 m，地下連續(xù)墻設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為水下混凝土C35，抗?jié)B等級(jí)為P6。地墻共計(jì)159幅，其中1.2 m厚地墻共118幅。

2.1.2槽壁加固

本工程地下連續(xù)墻外側(cè)槽壁加固采用TRD工法加固，以增強(qiáng)地墻外側(cè)加固效果。TRD工法墻深30 m，厚度0.7 m，共分2段。地墻內(nèi)側(cè)采用φ850@600三軸水泥土攪拌樁槽壁加固(樁長30 m，搭接250 mm)；近地鐵外側(cè)采用雙排三軸水泥土攪拌樁槽壁加固(樁長30 m,32 m，外排搭接250 mm，內(nèi)排套打一孔)，近地鐵內(nèi)側(cè)采用單排三軸水泥土攪拌樁槽壁加固(樁長30 m,32 m，搭接250 mm)。

2.1.3分坑施工

結(jié)合主體建筑功能分區(qū)及柱網(wǎng)布置，在基坑內(nèi)部設(shè)置緩沖區(qū)，將基坑分成四個(gè)大區(qū)域進(jìn)行實(shí)施。其中A區(qū)包含辦公塔樓、商業(yè)裙樓及地下室，B區(qū)包含商業(yè)裙樓、劇院及地下室，C1，C2區(qū)包含商業(yè)裙樓、地下室及下沉式廣場(chǎng)。

分坑流程，本工程挖土施工階段根據(jù)基坑平面布置，分為A,B,C1,C2共4大區(qū)域，C1,C2分區(qū)設(shè)置主要是為了減少鄰近軌交處基坑施工時(shí)間，最大限度保護(hù)基坑施工以及軌交的安全。各基坑均采用順作法施工。除首皮土方退挖外，各層土方挖土均采用盆式開挖，先挖盆中心土方，盆邊留土護(hù)坡，待支撐形成后，挖除盆邊土。最后將臨時(shí)隔斷從上往下鑿除，連接兩側(cè)地下結(jié)構(gòu)梁板和基礎(chǔ)底板，形成整個(gè)地下室結(jié)構(gòu)[7,8]。

2.1.4支撐和棧橋

混凝土支撐：本工程A區(qū)基坑豎向共設(shè)置6道混凝土支撐，B區(qū)基坑豎向共設(shè)置5道混凝土支撐，C區(qū)設(shè)置4道支撐(首道混凝土支撐，其余3道均為鋼支撐，鋼支撐均帶自動(dòng)伺服系統(tǒng))。C1,C2區(qū)墊層型鋼支撐：設(shè)300厚C30素混凝土墊層，墊層內(nèi)設(shè)H300×300×10×15型鋼支撐、預(yù)加軸力300 kN。

2.1.5坑內(nèi)的土體加固

采用三軸攪拌樁進(jìn)行坑內(nèi)加固，主要有：裙邊加固、滿堂加固、抽條加固，以對(duì)擾動(dòng)的土體進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。采用高壓旋噴樁進(jìn)行局部深坑的加固以及坑內(nèi)三軸攪拌樁加固體與地墻成槽預(yù)加固體間(或與地墻間)留有300 mm～500 mm空隙。部分深坑需要采用RJP旋噴加固。

2.2 降水工程

針對(duì)降水工程難點(diǎn)的施工對(duì)策，采用以下措施解決降水工程中的難點(diǎn)：

1)對(duì)于基坑開挖涉及的潛水含水層，由于被地下圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔斷，即隔斷了潛水的水平補(bǔ)給來源，故在方案設(shè)計(jì)時(shí)可作為疏干降水井來完成降水工作。

2)對(duì)于第⑦層的承壓水，其層頂最淺埋深為42.3 m，層底最深埋深為49.4 m?？紤]到地下圍護(hù)深度為52 m～55 m深入到第⑧1層粘土層中，完全隔斷⑦層承壓水，并切斷了坑內(nèi)第⑦層含水層水平補(bǔ)給來源，所以在第⑦層承壓含水層布置泄壓井直接將其壓力釋放、泄壓。

3)對(duì)于第⑧2層微承壓水，布置降壓井和備用井進(jìn)行降低微承壓水的工作，防止基坑突涌的發(fā)生。在降壓時(shí)遵循的原則：隨著開挖深度加深逐步開啟降壓井，達(dá)到按需降水要求。

4)利用基坑內(nèi)未抽水的觀測(cè)井和基坑外觀測(cè)備用井，加強(qiáng)水位觀測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果來指導(dǎo)抽水。

5)確保承壓井的不間斷工作，根據(jù)群井試驗(yàn)抽水出水量及觀測(cè)井水位決定抽水速率，控制承壓水頭與上覆土壓力足以滿足開挖基坑穩(wěn)定性要求，這將使降水對(duì)環(huán)境的影響進(jìn)一步降低。為確保承壓水降壓井的供電不間斷，施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)配置備用雙電源。

A區(qū)基坑面積約7 257 m2，去除裙邊加固面積約為1 618.2 m2，則實(shí)際疏干面積約為5 638.8 m2。

n=A/a井=5 638.8/180≈31.3,則擬定32口,其中裙房區(qū)域11口，深度32 m，塔樓區(qū)域21口，深度34 m。

B區(qū)基坑面積約10 072 m2，去除裙邊加固面積約1 979.2 m2，則實(shí)際疏干面積約為8 092.8 m2。

n=A/a井=8 092.8/180≈44.9,則擬定45口,深度32 m。

C-1區(qū)和C-2區(qū)基坑坑底以上土體采取滿堂加固，滿足土方開挖要求,無需布井。

綜上所述，疏干井77口，其中深度為32 m的56口，深度為34 m的21口。

2.3 基坑監(jiān)測(cè)

根據(jù)本工程性質(zhì)，確保監(jiān)測(cè)結(jié)果能夠指導(dǎo)基坑工程的信息化施工，基坑工程的安全和周邊環(huán)境的保護(hù)達(dá)到要求，本次監(jiān)測(cè)工作主要由圍護(hù)體系監(jiān)測(cè)和周邊環(huán)境監(jiān)測(cè)組成。

施工過程中，第二層土開挖到第二道撐完成，墻體測(cè)斜點(diǎn)CX7，變化位移-11.39 mm。第三層土開挖到第三道撐完成，墻體測(cè)斜點(diǎn)CX4，變化位移-26.69 mm。施工期間涉及“進(jìn)博會(huì)”(約半月)施工暫停，判斷第三道支撐施工完成后，不再進(jìn)行第四皮土開挖施工，以免施工期間發(fā)生較大變形，測(cè)斜最大的監(jiān)測(cè)點(diǎn)仍為CX4，達(dá)-29.52 mm，可見停工期間采取停工緊急措施比較有效。第四層土開挖到第四道撐完成，墻體測(cè)斜點(diǎn)CX7，變化位移-43.15 mm。最大測(cè)斜點(diǎn)位置在變化，施工過程中應(yīng)注意挖土分塊施工，加快支撐封閉時(shí)間。第五層土開挖到第五道撐完成，墻體測(cè)斜點(diǎn)CX7，變化位移-49.82 mm。第六層土開挖到底板完成，墻體測(cè)斜點(diǎn)CX8，變化位移-112.65 mm。此階段地墻位移變化較大，主要是由于土方開挖以及底板施工時(shí)間均增加，變形較明顯，施工過程中，挖土與底板澆筑相互配合，做到挖出一塊澆筑一塊，且過程中墊層應(yīng)該及時(shí)澆筑封閉。底板完成后，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示基坑變形得到了有效的控制。底板完成到第六道支撐拆除階段，地墻最大位移發(fā)生在測(cè)斜點(diǎn)CX8為-141.23 mm?？梢?，在拆撐結(jié)構(gòu)回筑階段，變形也較大，應(yīng)注意拆撐分塊與結(jié)構(gòu)施工有效配合，縮短基坑無支撐暴露時(shí)間。

3 結(jié)語

本工程基坑圍護(hù)形式較為復(fù)雜，涉及到多種工序、工法的交叉施工，周圍環(huán)境較復(fù)雜，地質(zhì)環(huán)境條件差，最終通過認(rèn)真組織、協(xié)調(diào)、優(yōu)化，保證了安全、質(zhì)量和工期等各方面質(zhì)保，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，并且積累了軌交沿線深基坑施工的一些經(jīng)驗(yàn)。