文先鋒 張 毅 曹章平

（中鐵四局集團(tuán)有限公司上海分公司，200083，上?！蔚谝蛔髡?，高級(jí)工程師）

地鐵車(chē)站出入口軟土深基坑上跨既有電力線(xiàn)管道施工技術(shù)

文先鋒 張 毅 曹章平

（中鐵四局集團(tuán)有限公司上海分公司，200083，上?！蔚谝蛔髡?，高級(jí)工程師）

某市地鐵預(yù)留出入口施工上跨一埋深11.75 m、直徑3 500 mm的既有電力線(xiàn)管道。要求在不拆移既有電力線(xiàn)管道的情況下，既要確保該預(yù)留出入口的正常施工，還要避免施工過(guò)程對(duì)電力線(xiàn)管道可能造成的上浮變形影響。從該工程的特點(diǎn)出發(fā)，綜合工程類(lèi)比、專(zhuān)家咨詢(xún)和理論仿真三種分析，得到了優(yōu)化的施工方案，其中增加了大基坑改為小基坑、坑內(nèi)土體改良和電力線(xiàn)管道變形自動(dòng)化監(jiān)測(cè)等措施。該施工方案具有將施工工藝的優(yōu)化和施工期間全過(guò)程監(jiān)控有機(jī)結(jié)合、工程效果良好等特點(diǎn)。

地鐵；車(chē)站出入口；施工技術(shù)；軟土深基坑；上跨電力線(xiàn)管道

First-author'saddressShanghai Branch，China TIESIJU Civil Engineering Group Co.，Ltd.，200083，Shanghai，China

1 工程概況

為便于旅客進(jìn)出地鐵站、緩解客流大幅增長(zhǎng)的壓力，某主體結(jié)構(gòu)已投入運(yùn)營(yíng)的地鐵車(chē)站需要完成其預(yù)留出入口的施工任務(wù)。

該地鐵站預(yù)留出入口為地下一層鋼筋混凝土箱形結(jié)構(gòu)（如圖1所示），其基坑長(zhǎng)63.18 m，最大寬度為9.7 m（基坑一般寬度為7.7 m），基坑面積約513.21 m2。出入口下方有一φ3 500 mm既有電力線(xiàn)管道，沿城市干道呈東西走向，采用鋼筋混凝土頂管施工，管節(jié)長(zhǎng)2.5 m、壁厚250 mm，在地鐵站預(yù)留出入口基坑開(kāi)挖范圍內(nèi)有頂管接頭5個(gè)。既有電力線(xiàn)管道底埋深11.75 m，管道距預(yù)留出入口結(jié)構(gòu)底板最近處約0.9 m，施工難度及保護(hù)要求很高。

該地段預(yù)留出入口設(shè)計(jì)的環(huán)境保護(hù)等級(jí)為二級(jí)、抗震等級(jí)為三級(jí)；出入口通道的防水等級(jí)為一級(jí)，不允許有滲水，結(jié)構(gòu)表面無(wú)濕漬；采用防水混凝土，其抗?jié)B等級(jí)≥S8。

施工范圍內(nèi)地形較平坦，地面標(biāo)高一般在4 m左右。擬建場(chǎng)地地貌形態(tài)單一，屬濱海平原。地質(zhì)勘查表明，地下75.20 m深度范圍內(nèi)，均為第四紀(jì)松散沉積物，屬第四系河口、濱海、淺海、湖澤相沉積層，主要由飽和黏性土、粉性土組成，一般具有成層分布特點(diǎn)，如表1所示。

所在區(qū)域地下水主要有淺部土層中的潛水和深部粉性土層中的承壓水。擬建場(chǎng)地地下水對(duì)混凝土無(wú)腐蝕性。

2 施工方案的比選

從圖1可以看出，預(yù)留出入口結(jié)構(gòu)平面為折線(xiàn)形布置，立面上由于下穿的電力線(xiàn)管道影響，也呈折線(xiàn)形布置。同時(shí)，電力線(xiàn)管道距預(yù)留出入口結(jié)構(gòu)底板較近。但受多種因素限制，電力線(xiàn)管道無(wú)法改移，

因此，基坑施工時(shí)必須控制下穿的電力線(xiàn)管道上浮量，以確保電力線(xiàn)管道安全。

針對(duì)上述要求，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)和理論仿真分析，對(duì)原設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了綜合優(yōu)化。施工方案優(yōu)化時(shí)要求確保出入口結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、減少出入口施工對(duì)周邊交通的影響；應(yīng)嚴(yán)格控制既有的電力線(xiàn)管道的上浮量，以確保電力線(xiàn)管道的正常工作。

施工方案優(yōu)化的主要內(nèi)容包括：

1）調(diào)整結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。根據(jù)電力線(xiàn)管道與地鐵預(yù)留出入口的準(zhǔn)確位置與埋深關(guān)系，適當(dāng)抬高出入口結(jié)構(gòu)底板的埋深，以加大結(jié)構(gòu)底板與電力線(xiàn)管道的高度差；調(diào)整結(jié)構(gòu)底板起坡點(diǎn)位置，盡量讓起坡

點(diǎn)遠(yuǎn)離電力線(xiàn)管道，以保持電力線(xiàn)管道范圍土體開(kāi)挖卸載后受力平衡（見(jiàn)圖2）。

圖1 某地鐵站預(yù)留出入口與既有電力線(xiàn)管道關(guān)系圖

表1 某地鐵車(chē)站預(yù)留出入口所在地段土層特征

圖2 地鐵預(yù)留出入口結(jié)構(gòu)調(diào)整前后對(duì)比圖

2）施工方案的比選。有三套施工比較方案：①全斷面整體開(kāi)挖；②以電力線(xiàn)管道中心線(xiàn)為界，將大基坑分為2個(gè)小基坑分別施工；③在電力線(xiàn)管道兩側(cè)各增設(shè)一封堵墻，將基坑一分為三，分段施工（如圖3-a所示）。

圖3 出入口綜合優(yōu)化施工方案

為檢驗(yàn)施工方案的可靠性，利用Plaxis-3D三維有限元軟件對(duì)上述3個(gè)施工方案做了仿真對(duì)比分

析。限于篇幅，這里僅給出了2個(gè)方案的仿真分析結(jié)果，如表2所示。

表2 不同施工方案的變形仿真分析mm

基于工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和仿真分析結(jié)果，確定采用圖3所示的綜合優(yōu)化施工方案。結(jié)合施工過(guò)程的監(jiān)控，該優(yōu)化后的施工方案可以有效控制電力線(xiàn)管道的變形，確保施工安全。

3 工程實(shí)施方案特點(diǎn)分析

根據(jù)工程實(shí)際需求，除采用大基坑改為3個(gè)小基坑的施工設(shè)計(jì)方案外，在施工過(guò)程中還采取了重點(diǎn)區(qū)域土體改良、對(duì)電力線(xiàn)管道采用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)等措施。

3.1 施工方案的關(guān)鍵技術(shù)分析

綜合優(yōu)化施工方案的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：

1）大基坑改為3個(gè)小基坑，減少了電力線(xiàn)管道發(fā)生變形的時(shí)間。根據(jù)“時(shí)空效應(yīng)”理論以及以往深基坑施工經(jīng)驗(yàn)，深基坑變形與深基坑施工的時(shí)間密切相關(guān)，深基坑施工時(shí)間越長(zhǎng)，變形量越大。因此，對(duì)出入口施工重點(diǎn)保護(hù)的既有電力線(xiàn)管道而言，基坑卸載后重新施載達(dá)到壓力平衡的時(shí)間越短，對(duì)電力線(xiàn)管道的上浮變形控制越有利。采用3個(gè)小基坑施工方案后，每個(gè)獨(dú)立基坑的工程量減少了，基坑開(kāi)挖、支撐及結(jié)構(gòu)正常施工時(shí)間也會(huì)相應(yīng)減少，從而減少了基坑可變形時(shí)間，也將電力線(xiàn)管道區(qū)域卸載至重新加載的時(shí)間縮短，減少了電力線(xiàn)管道的可變形時(shí)間。

2）基坑內(nèi)土體加固改良及坑外地層水泥土改良施工。鑒于工程所處土體特征，為保證施工安全和施工質(zhì)量，需對(duì)基坑內(nèi)外土體進(jìn)行改良處理，主要采用坑內(nèi)土體加固改良及坑外地層水泥土改良的施工方法。通過(guò)對(duì)普通旋噴樁及全方位高壓噴射（Metro Jet System，簡(jiǎn)稱(chēng)MJS）工法樁的成樁原理及施工工藝的對(duì)比分析，在電力線(xiàn)管道保護(hù)區(qū)域的土體加固改良全部采用MJS工法樁施工。MJS工法通過(guò)地內(nèi)壓力監(jiān)測(cè)和強(qiáng)制排漿的手段，可對(duì)地內(nèi)壓力進(jìn)行調(diào)控，能大幅度減少施工對(duì)周邊環(huán)境的擾動(dòng)，可確保施工效果。對(duì)基坑B段范圍內(nèi)土體采用MJS工法樁加固、改良后，在基坑開(kāi)挖過(guò)程中及開(kāi)挖結(jié)束后發(fā)現(xiàn)，經(jīng)MJS工法樁加固后的土體強(qiáng)度較高且很穩(wěn)定，有效地減小了基坑開(kāi)挖對(duì)電力線(xiàn)管道范圍土體的擾動(dòng)，保證了電力線(xiàn)管道的安全。

3）自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用。根據(jù)電力線(xiàn)管道的埋深，采用常規(guī)監(jiān)測(cè)很難在電力線(xiàn)管道上布設(shè)直接監(jiān)測(cè)點(diǎn)，以監(jiān)測(cè)電力線(xiàn)管道的變化情況。出于對(duì)電力線(xiàn)管道運(yùn)行安全保護(hù)的考慮，決定對(duì)電力線(xiàn)管道引入自動(dòng)化監(jiān)測(cè)方法。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)化控制，可對(duì)電力線(xiàn)管道變化情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整基坑的施工工藝，以確保施工過(guò)程中電力線(xiàn)管道的安全。

圖4為B段基坑施工期內(nèi)電力線(xiàn)管道的變形監(jiān)測(cè)曲線(xiàn)。其中，2012-08-30至2012-09-02為B段基坑開(kāi)挖階段，相應(yīng)的電力線(xiàn)管道上浮值也由2.438 mm增大到4.174 mm，其后，隨著B(niǎo)段基坑結(jié)構(gòu)施工陸續(xù)完成及土體的回填，電力線(xiàn)管道上浮變形逐漸回落，并趨于平穩(wěn)。由理論分析亦可知，在基坑開(kāi)挖階段，由于電力線(xiàn)管道上部土體卸載，土體對(duì)電力線(xiàn)管道的壓力減小，使電力線(xiàn)管道緩慢上浮；混凝土墊層施工完后及在結(jié)構(gòu)施工期間，由于重新對(duì)電力線(xiàn)管道加載，電力線(xiàn)管道緩慢下沉并趨于穩(wěn)定。上述監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變化曲線(xiàn)與理論分析基本吻合。

3.2 工程效果分析

通過(guò)基坑分段施工、土體改良、采用MJS工法樁及自動(dòng)化監(jiān)測(cè)等多種方法的組合應(yīng)用，在深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工期間和深基坑B段施工時(shí)，均成功地控制了電力線(xiàn)管道的上浮變形量。并且，隨基坑的結(jié)構(gòu)施工進(jìn)度，上浮變形量逐漸減小至趨于平穩(wěn)。通過(guò)以上措施的組合應(yīng)用，確保了電力線(xiàn)管道的

安全。

圖4 B段基坑施工期內(nèi)電力線(xiàn)管道的變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

自動(dòng)化監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，在工程實(shí)施過(guò)程中，電力線(xiàn)管道的累計(jì)上浮變形最大值為4.39 mm，而電力公司規(guī)定的警戒值為20 mm，故電力線(xiàn)管道的實(shí)際變形值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于警戒值。

4 結(jié)語(yǔ)

在充分吸收工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、專(zhuān)家意見(jiàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程特點(diǎn)及理論仿真分析成果，確定了某地鐵預(yù)留的出入口深基坑施工方案，包括深基坑分段施工、土體改良等；同時(shí)，從工程安全、工程質(zhì)量控制角度，提出了相應(yīng)的措施，包括改進(jìn)MJS施工工藝、采用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等，從而成功地、經(jīng)濟(jì)地完成了該項(xiàng)工程，成效顯著。

本工程采用的施工方法，造價(jià)低、安全性高。在施工過(guò)程中可以直接監(jiān)測(cè)基坑變化，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)地下深埋管線(xiàn)的保護(hù)，為同類(lèi)工程的開(kāi)展提供了有益的經(jīng)驗(yàn)。

［1］ 中鐵四局集團(tuán)有限公司.飽和淤泥質(zhì)軟土深基坑開(kāi)挖控制既有電力隧道上浮施工關(guān)鍵技術(shù)［R］.合肥：中鐵四局集團(tuán)有限公司，2013.

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圖9 去除無(wú)意義換乘示意圖

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（收稿日期：2013-01-25）

Subway Station Exit Construction Technology on Soft Clay Deep Foundation Crossing over Power Tunnel

Wen Xianfeng，Zhang Yi，Cao Zhangping

A reserved exit construction at a certain subway station will cross over a power tunnel with 11.75 m in depth and 3 500 mm in diameter，which can not be moved and the floating of the tunnel must be controlled to a limited data in order to keep good condition.So，based on the characteristics of the engineering project，combined with engineering analog analysis，experts'consultation and theretical simulation，an optimized construction solution is designed.In which，one big foundation pit is changed into three smaller foundation pits，at the same time，measurements like soil improvement at special area and automatic vertical displacement inspection of the power tunnel are taken.The construction solution combines optimization of construction techniques and the whole life supervision of the exit construction，will have a rather good performance.

subway；exit of station；construction technology；deep foundation pit on soft clay；crossingover power tunnel

TU 94+1

2013-12-31）