緊鄰地鐵運營線路的深基坑施工
[ 摘 要] 太平洋廣場二期基坑圍護結(jié)構(gòu)距離正在運營的地鐵隧道外邊線僅318 m 。通過科學(xué)的施工方法、信息化監(jiān)控等措施使其對地鐵隧道的影響控制在允許范圍內(nèi),本文對這一成功經(jīng)驗進行有益的總結(jié),為今后同類工程的設(shè)計與施工提供參考價值。[ 關(guān)鍵詞] 深基坑;土方開挖;變形控制;地鐵監(jiān)護太平洋廣場二期工程由一幢39 層高的辦公樓、三層商業(yè)樓、三層會所組成,東靠襄陽北路,西連東湖路,南臨淮海中路,距地鐵一號線隧道外邊線僅318 m , 隧頂埋深約 -12170 m 。基坑占地面積4 400 m2 , 周邊裙房區(qū)開挖深度912 m , 塔樓區(qū)及襄陽北路一側(cè)挖深約11 m , 屬深基坑工程, 基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁及3 m 厚承臺板。
1 施工區(qū)域地質(zhì)情況
基坑土體自上而下分為以下土層: ① 雜填土,上部夾碎磚、石子等雜物,下部以素填土為主,層厚1100～3140 m ; ② 粘土,含云母及鐵錳結(jié)核,層厚015～211 m ; ③ 灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土,飽和,中～高壓縮性,夾粉砂薄層,層厚為2155～ 5160 m ; ④ 灰和淤泥質(zhì)粘土,流塑,中壓縮性,夾薄層粉砂,層厚為7140 m～1010 m ; ⑤ 粘土,飽和軟塑,中～ 高壓縮性,層厚3100～5160 m , 地下水位在地面下015 m 處。
2 基坑圍護及支撐方案
該基坑圍護結(jié)構(gòu)為寬600～800 mm 、深18～20 m 地下連續(xù)墻,北側(cè)采用鉆孔灌注樁(樁徑Φ = 1 000 mm , 樁長l = 18 m) ,樁后運用兩排攪拌樁止水,墻頂設(shè)置鋼筋混凝土壓頂圈梁以增強維護結(jié)構(gòu)的整體性。基底以下采用水泥攪拌樁滿堂加固,深度為5 m , 地鐵隧道側(cè)加固寬度達10 m , 水泥摻量為15 % , 基底以上為8 % , 深層攪拌樁加固區(qū)與地墻的縫隙處進行了壓密注漿。
東湖路三角區(qū)側(cè)墻體平面形狀曲折,采用鋼筋混凝土支撐和圍囹,其余區(qū)域支撐采用雙肢鋼管支撐2Φ609 ×16 mm , 上、下兩道支撐同軸布置,中心標高為-2140 m 和-7100 m , 平面形式為網(wǎng)格狀縱橫布置,八字撐采用型鋼H400 ×20 , 支撐由組合鋼構(gòu)架600 mm ×600 mm ×20 mm 組合箱形鋼圍囹立柱支承,既加快施工速度又保證支撐的剛度,如圖1 。
3 施工期間地鐵保護措施
本工程區(qū)段地鐵隧道處于含水量高、壓縮性高、強度低、流變性大的飽和軟粘土層中,極易受到毗鄰的深基坑開挖而造成的周邊土層移動的影響。
在施工工藝和施工參數(shù)上采用先中間后四周的盆式挖土方式,做到“分層、分區(qū)、分塊、對稱、平衡、限時”挖土支撐。地鐵側(cè)開挖留土寬度不小于4 倍層深,增加基坑內(nèi)近地鐵側(cè)區(qū)域內(nèi)被動土體的保留時間以控制墻體位移,單塊土體的挖土支撐控制在16～24 h , 墊層厚度增至300 mm , 當?shù)叵聣ξ灰七^大時采用在墊層內(nèi)加設(shè)型鋼支撐的應(yīng)急預(yù)案,加強對周圍環(huán)境、地鐵隧道及基坑的監(jiān)測,通過監(jiān)測數(shù)據(jù)的反饋指導(dǎo)施工。
4 基坑開挖
第一層土方開挖深度不足3 m , 由于基坑面積大,土體卸載后無任何支護措施達15 d , 對周邊環(huán)境影響明顯。基坑土體最大位移量累計達8 mm , 地鐵隧道沉降為2 mm , 第一道鋼支撐施力后,損失率達39 %～57 % 。
圖1 基坑平剖面
第二層土方開挖具有深度大、難度高的特點,為確保地鐵運營安全,首先開挖棧橋以西土體并架設(shè)支撐,南北向M、L、K支撐區(qū)域由北向南分層開挖且淮海路側(cè)預(yù)留10 m 寬左右土體最后挖除,縮短圍護墻無支撐暴露時間,接著掏槽開挖貫通東西向C、D、E 支撐后完成鋼棧橋以東及C 撐以西的東北角,最后東南角全線貫通,施工期間每貫通一根支撐便立即施加預(yù)應(yīng)力。第二層K撐區(qū)域土體開挖時支撐未能及時架設(shè),淮海路側(cè)基坑暴露時間超過36 h , 土體測斜日變化量持續(xù)大于1 mm , 之后鄰近的地鐵隧道沉降量陡升至013～ 015 mmΠd , 隧道管片收斂向基坑卸土方向拉伸量最大可達013 mmΠd。第三層土體開挖時施工方增加挖土及支撐補焊工作的力量,分塊挖土后立即澆注墊層,較快地完成了淮海路側(cè)混凝土墊層,并對第二道鋼支撐按原設(shè)計的120 % 復(fù)加軸力,有效地控制了基坑土體位移,淮海路側(cè)基本保持穩(wěn)定的狀態(tài), 日變形量控制在015 mm 以內(nèi)。土方挖除結(jié)束后的一個月內(nèi)加強截樁鑿樁及鋼筋綁扎的工作,完成了大底板混凝土的澆筑。從地下室結(jié)構(gòu)施工至首層樓面結(jié)構(gòu)全部澆筑完成的七個月時間內(nèi),地鐵隧道變形總沉降量在815 mm 以內(nèi),管片未出現(xiàn)因施工造成的滲漏水、裂縫等異?，F(xiàn)象,滿足地鐵保護技術(shù)標準和要求。
5 施工監(jiān)測結(jié)果及分析
5. 1 基坑開挖階段監(jiān)測工況
分為九個工況: 第一層土方開挖前、第一道支撐完成(25 d) 、第二層土方及支撐完成(32 d) 、第一次復(fù)加軸力、第二次復(fù)加軸力、春節(jié)七天長假后、第三層土方及墊層完成(60 d) 、底板鋼筋綁扎及澆筑完成(34 d) 、地下結(jié)構(gòu)完成(52 d) 。
5. 2 基坑施工監(jiān)測
1998 年完工的地下連續(xù)墻內(nèi)測斜管因保護不當受損,基坑開挖前在地墻外側(cè)增設(shè)深達30 m 的土體測斜點,每6 m 左右布置一個測點,近地鐵側(cè)共6 孔土體測斜,土體開挖階段測斜如圖3。
圖2 不同工況下隧道沉降曲線
圖3 土體測斜
另設(shè)鋼支撐軸力測試、分層沉降、土壓力、基坑回彈、周邊環(huán)境地表監(jiān)測等項目,基坑開挖階段觀測頻率1 次Π天,第二層土方開挖期間支撐軸力損失較嚴重,且土體測斜值持續(xù)增長,監(jiān)測頻率調(diào)整為2 次Π天。5. 3 地鐵結(jié)構(gòu)監(jiān)測
根據(jù)地鐵保護等級要求,在地鐵一號線隧道內(nèi)受太平洋廣場二期工程施工影響區(qū)域設(shè)置隧道沉降、水平位移及收斂監(jiān)測點?？刂浦笜?地鐵結(jié)構(gòu)最終絕對沉降量及水平位移量 ≤20 mm; 隧道最終收斂變化值< 20 mm , 日變化量≤1 mm 。基坑開挖階段觀測頻率為一日一次,地鐵隧道沉降曲線如圖3。
5. 4 監(jiān)測結(jié)果分析
第一層開挖深度不足3 m , 但由于第一道支撐架設(shè)時間延遲,對坑外土體位移及地面沉降均有較大影響,影響程度 都占總變形量的25 % 左右;圖2 中地鐵隧道沉降曲線斜率明顯減小說明對支撐施加預(yù)應(yīng)力及適當復(fù)加軸力對減少支護結(jié)構(gòu)的位移以保護鄰近的地鐵隧道作用明顯;大底板澆筑后與樁基協(xié)同受力,基坑及周邊環(huán)境逐漸穩(wěn)定;地鐵隧道作為用縱、橫向螺栓連接柔性管,在受外力擾動后有一定的傳遞應(yīng)力及自身調(diào)整變形能力,底板澆筑后表現(xiàn)為略有回彈和收斂變形恢復(fù)。
6 結(jié)論
a) 緊臨地鐵運營線路的深大基坑施工時在隧道內(nèi)同步布設(shè)監(jiān)測系統(tǒng)、及時采集分析數(shù)據(jù)以優(yōu)化施工參數(shù),對保證地鐵結(jié)構(gòu)的意義重大;
b) 合理安排人力、物力,減少基坑無支護暴露及支撐的架設(shè)時間,對保護基坑周邊環(huán)境作用非常明顯; c) 在基坑開挖過程中坑內(nèi)土體加固對周邊環(huán)境影響控制顯著,但對挖土帶來一定的難度。
參考文獻
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3 王如路,周賢浩. 近年來上海地鐵監(jiān)護發(fā)現(xiàn)的問題及對策. 中國土木工程學(xué)會隧道及地下工程學(xué)會地下鐵道專業(yè)委員會第十四屆學(xué)術(shù)交流會論文集. 北京:中國科學(xué)技術(shù)出版社,2000
原作者：朱 蕾 葉耀東 張柏平來源：《筑技術(shù)開發(fā)》
