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構距離正在運營的地鐵隧道外邊線僅318 m 。通過科學的施工方法、信息化監控等措施使其對地鐵隧道的影響控制在允許范圍內,本文對這一成功經驗進行有益的總結,為今后同類工程的設計與施工提供參考價值。[ 關鍵詞] 深基坑;土方開挖;變形控制;地鐵監護太平洋廣場二期工程由一幢39 層高的辦公樓、三層商業樓、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 , 周邊裙房區開挖深度912 m , 塔樓區及襄陽北路一側挖深約11 m , 屬深基坑工程, 基礎采用鉆孔灌注樁及3 m 厚承臺板。
1 施工區域地質情況
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,含云母及鐵錳結核,層厚015～211 m ; ③ 灰色淤泥質粉質粘土,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
該基坑圍護結構為寬600～800 mm 、深18～20 m 地下連續墻,北側采用鉆孔灌注樁(樁徑Φ = 1 000 mm , 樁長l = 18 m) ,樁后運用兩排攪拌樁止水,墻頂設置鋼筋混凝土壓頂圈梁以增強維護結構的整體性。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 % , 深層攪拌樁加固區與地墻的縫隙處進行了壓密注漿。
東湖路三角區側墻體平面形狀曲折,采用鋼筋混凝土支撐和圍囹,其余區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 , 平面形式為網格狀縱橫布置,八字撐采用型鋼H400 ×20 , 支撐由組合鋼構架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上采用先中間后四周的盆式挖土方式,做到“分層、分區、分塊、對稱、平衡、限時”挖土支撐。地鐵側開挖留土寬度不小于4 倍層深,增加基坑內近地鐵側區域內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 , 當地下墻位移過大時采用在墊層內加設型鋼支撐的應急預案,加強對周圍環境、地鐵隧道及基坑的監測,通過監測數據的反饋指導施工。
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支撐,南北向M、L、K支撐區域由北向南分層開挖且淮海路側預留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應力。第二層K撐區域土體開挖時支撐未能及時架設,淮海路側基坑暴露時間超過36 h , 土體測斜日變化量持續大于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混凝土墊層,并對第二道鋼支撐按原設計的120 % 復加軸力,有效地控制了基坑土體位移,淮海路側基本保持穩定的狀態, 日變形量控制在015 mm 以內。土方挖除結束后的一個月內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。從地下室結構施工至首層樓面結構全部澆筑完成的七個月時間內,地鐵隧道變形總沉降量在815 mm 以內,管片未出現因施工造成的滲漏水、裂縫等異常現象,滿足地鐵保護技術標準和要求。
5 施工監測結果及分析
5. 1 基坑開挖階段監測工況
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) 、第一次復加軸力、第二次復加軸力、春節七天長假后、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) 、地下結構完成(52 d) 。
5. 2 基坑施工監測
1998 年完工的地下連續墻內測斜管因保護不當受損,基坑開挖前在地墻外側增設深達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
另設鋼支撐軸力測試、分層沉降、土壓力、基坑回彈、周邊環境地表監測等項目,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,且土體測斜值持續增長,監測頻率調整為2 次Π天。5. 3 地鐵結構監測
根據地鐵保護等級要求,在地鐵一號線隧道內受太平洋廣場二期工程施工影響區域設置隧道沉降、水平位移及收斂監測點。控制指標:地鐵結構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 監測結果分析
第一層開挖深度不足3 m , 但由于第一道支撐架設時間延遲,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應力及適當復加軸力對減少支護結構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同受力,基坑及周邊環境逐漸穩定;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力及自身調整變形能力,底板澆筑后表現為略有回彈和收斂變形恢復。
6 結論
a) 緊臨地鐵運營線路的深大基坑施工時在隧道內同步布設監測系統、及時采集分析數據以優化施工參數,對保證地鐵結構的意義重大;
b) 合理安排人力、物力,減少基坑無支護暴露及支撐的架設時間,對保護基坑周邊環境作用非常明顯; c) 在基坑開挖過程中坑內土體加固對周邊環境影響控制顯著,但對挖土帶來一定的難度。
參考文獻
1 劉建航, 侯學淵. 基坑工程手冊. 北京: 中國建筑工業出版社, 1997
2 王如路,朱蕾,楊國偉. 軟土深基坑工程時空效應理論簡析. 中國土木工程學會隧道及地下工程學會地下鐵道專業委員會第十四屆學術交流會論文集. 北京:中國科學技術出版社,2000
3 王如路,周賢浩. 近年來上海地鐵監護發現的問題及對策. 中國土木工程學會隧道及地下工程學會地下鐵道專業委員會第十四屆學術交流會論文集. 北京:中國科學技術出版社,2000
原作者：朱 蕾 葉耀東 張柏平來源：《筑技術開發》
