中建三局集團(tuán)有限公司工程總承包公司 武漢 430064

1 研究背景

隨著社會(huì)不斷發(fā)展，城市公交及出租車(chē)已不能滿足人們?nèi)粘？焖俪鲂械男枨?，城市開(kāi)始發(fā)展軌道交通即地鐵。然而在進(jìn)行地鐵工程施工時(shí)，往往會(huì)伴隨著地鐵沿線的建設(shè)與開(kāi)發(fā)，勢(shì)必存在深基坑工程鄰近地鐵隧道的支護(hù)設(shè)計(jì)與施工難題。眾所周知，深基坑施工會(huì)造成建筑物地面土層松動(dòng)，致使建筑物發(fā)生側(cè)移或者沉降[1-3]。因此，在地鐵保護(hù)區(qū)域范圍內(nèi)，我們需要對(duì)在建深基坑工程施工技術(shù)進(jìn)行深入研究與分析，總結(jié)一套毗鄰地鐵復(fù)雜多變條件下的基坑設(shè)計(jì)及施工技術(shù)。

中南路建設(shè)廳及配套用房土建工程位于武漢市軌道交通2號(hào)線中南路車(chē)站旁，包含主樓、綜合樓及純地下室部分，周邊建筑物較多、環(huán)境復(fù)雜。工程占地面積約7 000 m2，地下3 層，基坑最深達(dá)20 m，距離地鐵邊緣僅15 m（圖1），基坑施工期間的安全及對(duì)地鐵工程的影響是該工程基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與施工的技術(shù)難點(diǎn)。

該工程場(chǎng)地極為狹窄，基坑邊環(huán)境復(fù)雜。場(chǎng)地西側(cè)緊鄰中南路地鐵站，北側(cè)緊鄰發(fā)展大廈及建設(shè)廳15#住宅樓；東側(cè)與建研院相隔一條寬7 m瀝青道路；東南側(cè)緊鄰建設(shè)廳2#住宅樓；南側(cè)與世紀(jì)大廈相距13 m左右?；趶?fù)雜建筑環(huán)境，基坑設(shè)計(jì)優(yōu)化、施工交通組織、安全監(jiān)測(cè)等較為復(fù)雜。經(jīng)過(guò)深入分析研究，該基坑支護(hù)設(shè)計(jì)采用高壓旋噴樁止水帷幕+鋼筋混凝土灌注樁+3 道鋼筋混凝土內(nèi)支撐的支護(hù)方式，明挖順作施工工藝?？紤]到對(duì)地鐵工程的影響，支護(hù)施工部署采取“先淺后深、分段施工、優(yōu)先毗鄰段”的原則，先行施工距離地鐵最近且基坑較淺的純地下室區(qū)域基坑支護(hù)及地下室結(jié)構(gòu)，待該區(qū)域地下室結(jié)構(gòu)形成后，利用該部分結(jié)構(gòu)對(duì)鄰近地鐵土體的支護(hù)作用，進(jìn)行主樓及綜合樓區(qū)域的深基坑工程施工，為工程施工安全性提供了保障，并節(jié)約了施工工期。

圖1 工程周邊環(huán)境示意

2 鄰近城市地鐵建筑深基坑設(shè)計(jì)

2.1 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)概況

基于復(fù)雜多變的周邊環(huán)境，結(jié)合分區(qū)設(shè)計(jì)與施工的原則，本工程基坑分3 個(gè)區(qū)分別支護(hù)，即Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)及Ⅲ區(qū)（圖2）。其中，Ⅰ區(qū)與Ⅱ區(qū)之間、Ⅰ區(qū)與Ⅲ區(qū)之間均采用隔離樁分隔。

圖2 基坑分區(qū)示意

因地制宜，根據(jù)開(kāi)挖深度合理選擇支護(hù)形式，保障安全的同時(shí)，避免支護(hù)強(qiáng)度浪費(fèi)。由于Ⅰ區(qū)、Ⅲ區(qū)開(kāi)挖深度較大，選擇高壓旋噴樁止水帷幕+鋼筋混凝土灌注樁+3 道鋼筋混凝土內(nèi)支撐的支護(hù)方式（圖3）；Ⅱ區(qū)開(kāi)挖深度較小，采用鋼筋混凝土灌注樁+1 道鋼筋混凝土內(nèi)支撐的支護(hù)方式。

圖3 Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)基坑支護(hù)剖面

2.2 支護(hù)樁設(shè)計(jì)

結(jié)合上述支護(hù)方案，經(jīng)計(jì)算確定支護(hù)樁參數(shù)如下：Ⅰ區(qū)支護(hù)樁采用φ1 200 mm@1 400 mm/1 500 mm鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)為26.3～31.3 m；Ⅱ區(qū)支護(hù)樁采用φ1 000 mm@1 500 mm鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)為9.3～17.3 m。Ⅲ區(qū)東、南、北側(cè)支護(hù)樁采用φ1 200 mm@1 400 mm鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)為29.3 m（圖4）；Ⅰ區(qū)與Ⅲ區(qū)之間隔離樁為φ1 000 mm@1 300 mm，樁長(zhǎng)為26.3 m。

圖4 Ⅲ區(qū)支護(hù)樁平面

2.3 止水帷幕設(shè)計(jì)

結(jié)合本工程地勘情況，中南路區(qū)域地下水水位較高，需采取嚴(yán)密的止水方案，以確?；影踩榇?，Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)基坑止水帷幕采用φ800 mm@650 mm高壓旋噴樁，沿Ⅰ區(qū)北側(cè)、東側(cè)至東南角布置。高壓旋噴樁長(zhǎng)度為6 m，即基坑底上下各3 m設(shè)置。

如圖5所示，Ⅲ區(qū)基坑止水帷幕AB、BD及EE’段為φ800 mm@650 mm高壓旋噴樁，DE段高壓旋噴樁位于支護(hù)樁間。高壓旋噴樁長(zhǎng)為6 m，即基坑底上下各3 m設(shè)置。

圖5 支護(hù)樁及止水帷幕設(shè)計(jì)布置

2.4 支撐設(shè)計(jì)

依據(jù)基坑深度及周邊情況設(shè)置內(nèi)支撐數(shù)量及位置，其中Ⅰ區(qū)設(shè)置3 道鋼筋混凝土支撐，3 道支撐中心標(biāo)高依次為-1.5 m、-7.5 m、-13.5 m，Ⅱ區(qū)設(shè)置1 道混凝土支撐，中心標(biāo)高-1.5 m，Ⅲ區(qū)設(shè)置3 道鋼筋混凝土支撐，3 道支撐底標(biāo)高依次為-1.80 m、-7.40 m、-13.00 m。支撐具體布置如圖6～圖8所示。

圖6 Ⅰ區(qū)混凝土內(nèi)支撐布置示意

圖7 Ⅱ區(qū)混凝土內(nèi)支撐布置示意

圖8 Ⅲ區(qū)混凝土內(nèi)支撐布置示意

2.5 立柱樁設(shè)計(jì)

綜合部署，合理設(shè)置立柱樁，保證承載力。在Ⅰ區(qū)及Ⅱ區(qū)內(nèi)支撐體系中設(shè)置33 根立柱樁，立柱樁在基礎(chǔ)底板底以上為角鋼格構(gòu)柱，基礎(chǔ)底板底以下為鉆孔灌注樁。角鋼格構(gòu)柱截面尺寸為460 mm×460 mm，角鋼規(guī)格160 mm×14 mm。立柱樁底部為φ1 000 mm～1 200 mm鉆孔灌注樁，樁端采用后壓漿工藝，每根樁端注漿量不小于1.5 t，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30。

Ⅲ區(qū)內(nèi)支撐體系中設(shè)置17 根立柱樁，立柱樁在基礎(chǔ)底板底以上為角鋼格構(gòu)柱，基礎(chǔ)底板底以下為鉆孔灌注樁。角鋼格構(gòu)柱截面尺寸為460 mm×460 mm，角鋼規(guī)格160 mm×14 mm。立柱樁底部為φ1 200 mm的鉆孔灌注樁，樁端采用后壓漿工藝，每根樁端注漿量不小于1.5 t，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30。

3 鄰近城市地鐵建筑深基坑施工部署創(chuàng)新

結(jié)合工程場(chǎng)地狹窄的特點(diǎn)，經(jīng)研究分析與對(duì)比，選取了“先淺后深、分段施工、優(yōu)先毗鄰段”的部署原則。即先行施工毗鄰地鐵的純地下室區(qū)域的基坑支護(hù)、土方開(kāi)挖及地下室結(jié)構(gòu)施工，由于該區(qū)域基坑深度及面積均相對(duì)較小，可組織充足的勞動(dòng)力盡快完成該區(qū)域的地下室結(jié)構(gòu)施工，并利用該部分地下室結(jié)構(gòu)形成對(duì)地鐵保護(hù)區(qū)域土體的反壓，保證基坑安全（圖9、圖10）。

圖9 基坑施工部署組織示意

圖10 基坑施工流程

毗鄰段純地下室結(jié)構(gòu)完工后，隨即開(kāi)始次深區(qū)域的基坑支護(hù)、土方開(kāi)挖及地下室結(jié)構(gòu)施工，同樣待該區(qū)域結(jié)構(gòu)施工基本完成后，展開(kāi)進(jìn)行最深區(qū)域（主樓）的基坑支護(hù)、土方開(kāi)挖及地下室結(jié)構(gòu)施工。因此，通過(guò)分級(jí)分區(qū)域的施工部署，既保證了工程基坑施工的安全，避免了對(duì)地鐵工程的影響，同時(shí)也為該工程臨街區(qū)域的形象進(jìn)度贏得了時(shí)間，保證了工程進(jìn)度及城市形象建設(shè)。

為確?；影踩?，Ⅱ區(qū)結(jié)構(gòu)施工時(shí)需分段間隔施工，分段破除車(chē)站主體的地下連續(xù)墻。根據(jù)通道結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將Ⅱ區(qū)分為Ⅱ-1區(qū)、Ⅱ-2區(qū)、Ⅱ-3區(qū)。根據(jù)土方開(kāi)挖順序及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，底板及頂板結(jié)構(gòu)的施工流水為：Ⅱ-1區(qū)、Ⅱ-3區(qū)、Ⅱ-2區(qū)。底板施工時(shí)，同時(shí)破除底板底至底板以上1 m的地下連續(xù)墻；豎向結(jié)構(gòu)及頂板施工時(shí)，先破除Ⅱ-1區(qū)、Ⅱ-3區(qū)的地下連續(xù)墻，再破除Ⅱ-2區(qū)的地下連續(xù)墻。頂板結(jié)構(gòu)施工時(shí)，地下連續(xù)墻破除至頂板頂以上1 m處，為施工留足施工面（圖11）。

圖11 平面分區(qū)

結(jié)合Ⅲ區(qū)基坑內(nèi)支撐布置情況，將該區(qū)基坑分為2 個(gè)區(qū)，即為Ⅲ-A區(qū)、Ⅲ-B區(qū)（圖12）。

圖12 綜合樓基坑平面分區(qū)

樁基及土方開(kāi)挖施工順序均為先施工Ⅲ-A區(qū)，再施工Ⅲ-B區(qū)。在進(jìn)行Ⅲ-B區(qū)樁基施工時(shí)就提前插入Ⅲ-A區(qū)第1層土方開(kāi)挖及第1道混凝土內(nèi)支撐的施工。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施，在該基坑施工部署創(chuàng)新原則下，80 d完成了緊鄰地鐵Ⅱ區(qū)基坑工程施工，將地鐵保護(hù)區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)周期有效壓縮在3 個(gè)月以內(nèi)。隨即插入的Ⅰ區(qū)、Ⅲ區(qū)相繼在110 d及150 d內(nèi)完成了基坑及地下結(jié)構(gòu)的施工，有效實(shí)現(xiàn)了基坑全面部署下的流水作業(yè)，贏得了工程總體工期，效益顯著。

4 鄰近城市地鐵建筑深基坑安全監(jiān)測(cè)

為確?；邮┕て陂g基坑本身及周邊建筑物的安全，本工程設(shè)置了全面、系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)體系并保證實(shí)施。其中，監(jiān)測(cè)頻率方面，基坑進(jìn)行開(kāi)挖施工時(shí)，監(jiān)測(cè)頻率為每天1 次；當(dāng)基坑頂板澆筑結(jié)束，監(jiān)測(cè)頻率調(diào)整為半月1 次，直到回填土結(jié)束，監(jiān)測(cè)停止。監(jiān)測(cè)報(bào)警指標(biāo)以總變化量和變化速率2 個(gè)量控制，累計(jì)變化量的報(bào)警指標(biāo)一般不宜超過(guò)設(shè)計(jì)限值。監(jiān)測(cè)報(bào)警值及實(shí)測(cè)值統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 監(jiān)測(cè)報(bào)警值表

經(jīng)系統(tǒng)化監(jiān)測(cè)，本支護(hù)體系及施工部署條件下，各項(xiàng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)均遠(yuǎn)低于警戒值，基坑安全系數(shù)較大，本支護(hù)設(shè)計(jì)體系完全滿足地鐵周邊復(fù)雜條件下的基坑施工需求。

5 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目研究了鄰近地鐵建筑深基坑工程的設(shè)計(jì)、施工及監(jiān)測(cè)技術(shù)，通過(guò)分區(qū)域支護(hù)體系優(yōu)化、先深后淺分段開(kāi)挖的基坑施工部署創(chuàng)新、系統(tǒng)有效的基坑全方位監(jiān)測(cè)，確保了地處武漢中心城區(qū)中南建設(shè)廳在建樓工程的順利建造。在該技術(shù)的指導(dǎo)下，武漢地鐵2號(hào)線中南路保護(hù)區(qū)域的超深基坑得以在業(yè)主要求的工期時(shí)間節(jié)點(diǎn)內(nèi)順利完成土方開(kāi)挖及地下室結(jié)構(gòu)施工工作，為創(chuàng)新深基坑設(shè)計(jì)施工理念、維護(hù)“大武漢”城市形象建設(shè)等提供了有力支撐[4-6]。