上跨既有地鐵隧道的明挖基坑施工關(guān)鍵技術(shù)

王志剛

上海建工集團(tuán)股份有限公司 上海 200080

隨著近些年國(guó)內(nèi)大型城市軌道交通的飛速發(fā)展，城市地下資源不斷被開發(fā)利用，越來越多新建工程的基坑需要在軌道交通的安全保護(hù)區(qū)內(nèi)，甚至地鐵隧道的上方開挖和施工。這類基坑的土體卸載會(huì)對(duì)隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生隆起變形和附加應(yīng)力，影響地鐵運(yùn)營(yíng)安全[1-4]。

本文以實(shí)際工程為背景，對(duì)在既有地鐵隧道上方進(jìn)行基坑施工的設(shè)計(jì)方案要點(diǎn)、施工階段控制方法和施工完成后運(yùn)營(yíng)地鐵線路變形控制的效果進(jìn)行了分析，以期為今后類似工程建設(shè)提供參考和積累經(jīng)驗(yàn)?；涌舆叢捎萌S攪拌樁重力壩，坑內(nèi)采用三軸攪拌樁滿堂加固。

1 項(xiàng)目概況

徐家匯虹橋路地塊項(xiàng)目是超大型商辦綜合體，位于上海市中心城區(qū)，其地塊北側(cè)的4-15區(qū)基坑上跨既有運(yùn)營(yíng)軌道交通9號(hào)線盾構(gòu)隧道，隧道直徑約6.2 m，上行線、下行線中心間距約11 m，隧道頂覆土埋深7～14 m，4-15區(qū)基坑寬約45 m，長(zhǎng)約170 m，基坑面積約6 800 m2，基坑開挖深度3～6 m，基礎(chǔ)底板底面距離運(yùn)營(yíng)隧道頂約5 m，位于基坑下方的區(qū)間隧道長(zhǎng)度約182 m。坑底隧道兩側(cè)施工350根抗壓樁，樁徑為850 mm，樁長(zhǎng)65 m，平面位置如圖1所示。

圖1 基坑4-15區(qū)平面示意

2 施工難點(diǎn)

2.1 基坑施工面積大、周期長(zhǎng)

根據(jù)基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)工況，4-15區(qū)的基坑被劃分成3塊，分別需等其對(duì)應(yīng)的南側(cè)小坑出±0 m后才能開挖施工，整個(gè)施工周期長(zhǎng)達(dá)19個(gè)月，而且基坑施工面積達(dá)到6 800 m2，對(duì)基坑及地鐵的變形控制是施工難點(diǎn)。

2.2 基坑施工時(shí)間限制緊、難度大

根據(jù)地鐵運(yùn)營(yíng)要求，區(qū)間隧道上方分塊基坑的施工需要在地鐵停運(yùn)期間進(jìn)行，施工時(shí)間被限制在5 h內(nèi)。如何在有限的時(shí)間內(nèi)完成土方開挖、樁頭破碎、墊層施工、底板鋼筋綁扎、混凝土澆筑等工序是施工難點(diǎn)。

2.3 各工序存在不同難點(diǎn)

1）基坑內(nèi)采用三軸攪拌樁滿堂加固，加固土體強(qiáng)度最大達(dá)到2.5 MPa，開挖困難。

2）常規(guī)混凝土墊層需養(yǎng)護(hù)，無法滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求。

3）為減少施工時(shí)間，區(qū)間隧道上方分塊基坑的底板鋼筋采用預(yù)制鋼筋籠的形式吊裝入坑內(nèi)，各分塊底板之間鋼筋搭接、板面豎向鋼筋及鋼結(jié)構(gòu)埋件等，均造成鋼筋籠吊裝、定位困難。

3 施工區(qū)域分塊及施工流程

3.1 施工區(qū)域分區(qū)分塊

4-15區(qū)由東向西根據(jù)對(duì)應(yīng)小坑分為A、B、C這3個(gè)區(qū)組織施工。分區(qū)按下方9號(hào)線地鐵運(yùn)營(yíng)區(qū)間進(jìn)行細(xì)化，劃分為地鐵上方區(qū)域和周邊區(qū)域，先施工地鐵上方區(qū)域，后施工周邊區(qū)域，如圖2中的A-2、A-3、B-2、B-3、C-2、C-3為區(qū)間隧道上方區(qū)域，其余為周邊區(qū)域。

圖2 4-15區(qū)分區(qū)分塊平面示意

區(qū)間隧道上方區(qū)域分塊，寬度約2.85 m，每一施工分塊必須保證隧道兩側(cè)至少有1根灌注樁與基礎(chǔ)底板可靠連接，組成門架，形成整體共同受力，防止隧道的上浮。

3.2 施工流程

3.2.1 土方施工

根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，分塊開挖采用放坡一次性挖到底板墊層底面的方式，現(xiàn)場(chǎng)配置1臺(tái)GAT360挖機(jī)及1臺(tái)GAT325挖機(jī)同時(shí)施工，大挖機(jī)平均12 min一車，小挖機(jī)平均30 min一車?，F(xiàn)場(chǎng)土方采用壓車方式處理，現(xiàn)場(chǎng)配備20臺(tái)土方車（20 m3）。開挖前松土1.5～2 m。

3.2.2 墊層施工

一次挖至墊層底標(biāo)高后鋪設(shè)XPS板、九夾板形成復(fù)合墊層，墊層依據(jù)土方開挖及底板分塊原則進(jìn)行分塊。墊層應(yīng)嚴(yán)格控制標(biāo)高，XPS板應(yīng)鋪設(shè)均勻。

墊層施工前一天，施工現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)提前將標(biāo)高引測(cè)至坑底周邊，后續(xù)引至圍護(hù)樁體上，并經(jīng)相關(guān)監(jiān)測(cè)人員旁站復(fù)核后，作為控制依據(jù)。把握時(shí)間進(jìn)行墊層制作，避免影響下道工序施工。墊層施工時(shí)，利用墊層厚度，設(shè)置300 mm×300 mm的排水溝，并設(shè)置集水井，便于墊層積水的排除。

3.2.3 截樁施工

根據(jù)樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高以及樁位復(fù)核成果，對(duì)超高的工程樁進(jìn)行截樁，采用人工開鑿和破樁機(jī)相結(jié)合的方法。根據(jù)土層開挖厚度，接近設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高大于0.3 m時(shí)采用機(jī)械鑿除，接近設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高0.3 m處開始采用人工開鑿，并由挖機(jī)配合履帶吊直接吊運(yùn)出基坑外運(yùn)。

3.2.4 底板鋼筋籠制作及吊裝

吊裝前在鋼筋籠加工場(chǎng)地預(yù)制加工鋼筋籠。鋼筋籠基礎(chǔ)底板水平主筋采用HRB400鋼筋，局部板面及板底設(shè)置附加鋼筋，采用機(jī)械連接。截樁作業(yè)完成后，采用75 t履帶吊將鋼筋籠水平吊裝至坑內(nèi)，鋼筋籠設(shè)置8吊點(diǎn)，并配置吊點(diǎn)加強(qiáng)筋、桁架筋，各部分鋼筋籠之間采用搭接連接，搭接長(zhǎng)度大于1.2 m。底板施工縫設(shè)置快易收口網(wǎng)分隔，扎絲綁扎在鋼筋籠上。

3.2.5 底板混凝土施工

底板鋼筋、插筋及埋件驗(yàn)收通過后安排澆筑混凝土，底板混凝土采用汽車泵配4名混凝土工澆筑施工，汽車泵提前進(jìn)場(chǎng)待命，混凝土澆筑耗時(shí)50 min。

4 關(guān)鍵施工技術(shù)措施

4.1 預(yù)制鋼筋籠焊接及搭接

基礎(chǔ)底板水平主筋采用HRB400鋼筋，局部板面及板底設(shè)置附加鋼筋，連接方式采用機(jī)械連接，特定情況下靈活采用錯(cuò)位連接方式。

底板厚度為800 mm，底板配筋為板面單層雙向φ25 mm@150 mm、φ22 mm@150 mm，板底單層雙向φ22 mm@150 mm，局部附加φ28 mm@150 mm、φ22 mm@150 mm的加強(qiáng)筋。

預(yù)制鋼筋籠參照結(jié)構(gòu)底板配筋，鋼筋籠豎向及橫向桁架筋采用直徑為25 mm的鋼筋，鋼筋籠設(shè)置8個(gè)均布吊點(diǎn)，確保起吊平衡穩(wěn)定。采用桁架吊，桁架采用直徑28 mm的鋼筋制作。吊點(diǎn)加強(qiáng)鋼筋采用直徑22 mm圓鋼?？v向桁架筋間距為1 500 mm，橫向桁架筋間距為1 500 mm（800 mm厚底板）、1 200 mm（1 000 mm厚底板），吊點(diǎn)加強(qiáng)筋與框架筋采用雙面焊。

底板鋼筋采用預(yù)制鋼筋籠吊裝施工，鋼筋籠平臺(tái)采用型鋼材料制作，確保加工場(chǎng)地平整、穩(wěn)固，拆卸方便。鋼筋籠加工平臺(tái)大小為6 m×20 m。為減少對(duì)地鐵隧道影響，鋼筋籠加工廠位于隧道邊抗壓樁上方，隨施工進(jìn)度逐步移動(dòng)。鋼筋籠成形后由履帶吊轉(zhuǎn)運(yùn)至基坑邊，采用75 t履帶吊水平吊裝至坑內(nèi)，鋼筋籠設(shè)置8吊點(diǎn)。分塊鋼筋籠質(zhì)量取8.2 t。

4.2 預(yù)制鋼筋籠吊裝

根據(jù)鋼筋籠質(zhì)量選配75 t履帶吊進(jìn)行施工，查閱履帶吊的工作性能表之后，根據(jù)起重性能將履帶吊工作半徑控制在18 m以內(nèi)，吊裝行走時(shí)按照70%性能考慮。

鋼筋籠采用的鋼筋模數(shù)較小，鋼筋籠整體柔度較大，故采用8點(diǎn)吊轉(zhuǎn)換吊具（圖3）。

圖3 鋼筋籠起吊方式

5 結(jié)語

在按施工方案合理安排施工的情況下，隧道上方的分塊基坑能在5～6 h內(nèi)完成底板澆筑。隧道內(nèi)采用的人工及自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均顯示，地鐵隧道管徑收斂變形、垂直位移等各項(xiàng)指標(biāo)均在規(guī)范允許范圍之內(nèi)，滿足地鐵安全運(yùn)營(yíng)的保護(hù)要求。施工時(shí)對(duì)區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行普查時(shí)，也未發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫及滲漏水等異?，F(xiàn)象。

通過實(shí)際工程分析，從以下幾個(gè)方面考慮對(duì)周邊環(huán)境的保護(hù)。

關(guān)于基坑周圍沉降問題，土方開挖及支撐施工時(shí)分層分塊、限時(shí)對(duì)稱，精心組織?；娱_挖前進(jìn)行充足的預(yù)降水，改善坑內(nèi)土的土性，提高被動(dòng)區(qū)土體強(qiáng)度?；娱_挖期間，制定周詳?shù)谋O(jiān)測(cè)方案，委托有資質(zhì)的專業(yè)單位負(fù)責(zé)基坑監(jiān)測(cè)。對(duì)車輛進(jìn)出口處的地下管線等進(jìn)行調(diào)查，對(duì)載重車輛頻繁進(jìn)出處或計(jì)劃有大型重車進(jìn)出時(shí)，采取鋪設(shè)鋼板等措施，確保管線安全。

關(guān)于基坑周邊環(huán)境污染等問題，做到土方車場(chǎng)內(nèi)低速行駛、輪胎出場(chǎng)時(shí)清潔。設(shè)置三級(jí)沉淀池，場(chǎng)地內(nèi)污水需經(jīng)過沉淀再排入市政管網(wǎng)?，F(xiàn)場(chǎng)的臨時(shí)道路地面做硬化處理，防止道路揚(yáng)塵。選用環(huán)保型低排放施工機(jī)械，并在排氣口下方地面澆水沖洗干凈，防止排氣產(chǎn)生揚(yáng)塵等。