張吉純 （上海申元巖土工程有限公司，上海 200011）

1 引言

近年來(lái)隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，為了滿足居民的出行方便，城市軌道交通不斷建設(shè)及完善，其中地鐵隧道保護(hù)等級(jí)高，控制指標(biāo)嚴(yán)格，而地鐵隧道周邊建設(shè)項(xiàng)目不可避免的出現(xiàn)越來(lái)越多的深基坑，深基坑的開(kāi)挖施工，勢(shì)必對(duì)周邊環(huán)境有一定影響，引起地鐵隧道的變形[1]，因此，研究臨近地鐵深基坑變形控制措施具有重要的工程意義。對(duì)于上述問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外也有較多關(guān)于臨近地鐵深基坑變形控制措施的研究及成果，其中李家平[2]分析了基坑開(kāi)挖卸載對(duì)基坑下伏的隧道影響；張治國(guó)[3]采用數(shù)值模擬的方法分析了基坑開(kāi)挖對(duì)臨近地鐵的影響；閆靜雅[4]以上海的工程實(shí)例及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，提出了臨近地鐵隧道的基坑設(shè)計(jì)施工和監(jiān)護(hù)要點(diǎn)。

本文以上海一臨近地鐵的工程實(shí)例為背景，通過(guò)圍護(hù)設(shè)計(jì)采用的技術(shù)措施及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析，研究了臨近地鐵深基坑變形控制措施。

2 工程概況及地質(zhì)條件

2.1 工程簡(jiǎn)況

上海御橋小區(qū)B地塊13-11(A塊)商業(yè)辦公項(xiàng)目位于北蔡鎮(zhèn)御橋路以北、滬南公路以東、咸塘港以西地塊，擬建2幢22～23層辦公樓，多幢5～6層商業(yè)房，場(chǎng)地整下設(shè)3層地下室，南側(cè)靠近御橋路下設(shè)1層地下室。地下三層位置基坑面積約26680m2，開(kāi)挖深度14.8m，地下一層位置基坑面積約4180m2，開(kāi)挖深度6.2m；基坑整體面積為30860m2，基坑邊長(zhǎng)約1167m。

2.2 周邊環(huán)境概況

本工程臨近市政道路，周邊環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，基坑西側(cè)為滬南公路，滬南公路下方有供水、電力、信息管線，基坑南側(cè)為軌道交通11號(hào)線隧道區(qū)間段，地下三層的外墻距離地鐵隧道最近處約為51.0m，一層地下室外墻距離隧道外邊線最近處約為10.0m，紅線外為御橋路，御橋路下方有上水、電力、信息管線。

2.3 地質(zhì)條件

根據(jù)該項(xiàng)目的地質(zhì)勘察報(bào)告，土層的物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1。

承壓水：根據(jù)地勘查報(bào)告，⑤2層含微承壓水位，其承壓水位最淺埋深3.7m，地下三層開(kāi)挖約14.80m，第⑤2層埋深約26.0m，根據(jù)⑤2層承壓水位最淺埋深3.7m計(jì)算本工程施工時(shí)基坑會(huì)產(chǎn)生突涌。

3 基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)及變形控制措施

3.1 基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)技術(shù)難點(diǎn)

①本工程南側(cè)御橋路下方下伏軌道交通11號(hào)線，根據(jù)上海市地鐵管理相關(guān)部門(mén)要求，地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)施的沉降及水平位移不得超過(guò)20mm。如何控制本項(xiàng)目基坑開(kāi)挖過(guò)程中地鐵的變形成為基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)的首要考慮因素。

②本工程基坑面積較大，一次開(kāi)挖實(shí)施勢(shì)必對(duì)周邊環(huán)境影響較大，應(yīng)考慮分期分區(qū)開(kāi)挖實(shí)施，減少單坑面積，以降低基坑開(kāi)挖對(duì)地鐵隧道的影響。

③本工程場(chǎng)地存在承壓水突涌問(wèn)題，抽降承壓水將引起基坑周邊的土體沉降，同時(shí)也會(huì)引起臨近地鐵隧道的變形，如何控制本項(xiàng)目的承壓水，盡可能較少對(duì)周邊環(huán)境的影響。

3.2 基坑整體分區(qū)籌劃

本項(xiàng)目南側(cè)鄰近已建的軌道交通11號(hào)線隧道區(qū)間段，變形保護(hù)要求高。臨近地鐵的深大基坑一般采用分坑施工，先施工遠(yuǎn)離地鐵的基坑，再施工臨近地鐵的基坑，根據(jù)上述由遠(yuǎn)及近的原則，基坑采用分區(qū)施工的方法。其中地下三層的基坑分區(qū)控制面積為10000m2左右，地下一層的基坑分區(qū)控制面積為2000m2左右，每個(gè)分區(qū)的面積見(jiàn)表2。

基坑分區(qū)表 表2

該基坑分區(qū)主要考慮了對(duì)11號(hào)線隧道的保護(hù)，按照與地鐵隧道的位置關(guān)系由遠(yuǎn)及近施工。首先施工距離地鐵較遠(yuǎn)的地下三層基坑，考慮到其面積較大，地下三層區(qū)域分為了A1、A2、B區(qū)3個(gè)分區(qū)，其中A1區(qū)首先施工，確保了其范圍內(nèi)的兩棟超高層的盡早施工。地下三層基坑完成后，基坑風(fēng)險(xiǎn)大大降低，地下一層最后施工，更有利于地鐵的保護(hù)。

圖2 基坑施工順序圖

3.3 基坑圍護(hù)樁選型

從安全、經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，結(jié)合基坑的周邊環(huán)境、基坑開(kāi)挖深度、施工周期等因素，按照軟土地區(qū)常規(guī)設(shè)計(jì)，地下三層位置采用板式支護(hù)結(jié)合三道混凝土支撐的圍護(hù)體系，地下一層區(qū)域板式支護(hù)結(jié)合一道支撐的圍護(hù)體系。

地下三層基坑開(kāi)挖14.80m，考慮到對(duì)地鐵隧道的保護(hù)，采用了剛度大的地下連續(xù)墻，并結(jié)合Φ850三軸攪拌樁槽壁加固，以盡可能的減少對(duì)地鐵的影響，并確保地下連續(xù)墻施工質(zhì)量，避免了基坑開(kāi)挖過(guò)程中墻體質(zhì)量差、墻幅接縫處漏水等工程事故。A、B區(qū)分隔樁采用Φ1000鉆孔灌注樁；地下一層區(qū)域基坑開(kāi)挖6.2m，采用直徑Φ750鉆孔灌注排樁擋土，并結(jié)合Φ850三軸水泥土攪拌樁止水。

3.4 基坑圍護(hù)支撐設(shè)計(jì)

該項(xiàng)目基坑地下三層位置開(kāi)挖14.8m，采用三道鋼筋混凝土支撐，地下一層位置開(kāi)挖6.2m，采用一道混凝土支撐。其中A1/A2區(qū)支撐布置形式采用對(duì)撐+角撐+邊桁架的支撐體系；B區(qū)支撐布置形式采用對(duì)撐為主的支撐體系，并減小水平支撐的間距，臨近地鐵側(cè)增加八字撐，從而提高垂直地鐵方向的支撐剛度，同時(shí)建議結(jié)合第一道支撐的設(shè)置，布置一定數(shù)量的挖土平臺(tái)和運(yùn)土棧橋，從而加快基坑施工速度，減少環(huán)境影響。地下一層區(qū)域支撐布置形式采用十字對(duì)撐的支撐體系，支撐控制間距為9.0m，并減小水平支撐的間距，從而提高垂直地鐵方向的支撐剛度，減小圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形，支撐布置見(jiàn)圖3。

圖3 支撐平面布置圖

3.5 坑底加固設(shè)計(jì)

為控制基坑側(cè)向變形，減小基坑施工對(duì)周圍環(huán)境的影響，尤其在地鐵隧道位置，坑內(nèi)的加固是提高被動(dòng)區(qū)土體性能是行之有效的方法。故在基坑南側(cè)臨近11號(hào)線地鐵隧道區(qū)域，在坑底以下至第一道支撐標(biāo)高設(shè)置了三軸水泥土攪拌樁加固，加固樁布置形式為裙邊加固。

地下三層臨近地鐵位置為裙邊加固，加固寬度6.85m，強(qiáng)加固（水泥摻量20%）范圍為第二道支撐底至坑底以下4m，弱加固（水泥摻量10%）范圍為從第一道支撐底至第二道支撐底。地下一層臨近地鐵位置為裙邊加固，加固寬度8.05m，強(qiáng)加固（水泥摻量20%）范圍為坑底以下4m，弱加固（水泥摻量10%）范圍為從第一道支撐底至坑底標(biāo)高。

3.6 承壓水處理控制措施

一般而言，深基坑抽降承壓水勢(shì)必對(duì)周邊環(huán)境影響較大，且本工程臨近地鐵11號(hào)線，對(duì)承壓水處理控制措施要求較高，考慮到⑤2埋深不深，增加地墻構(gòu)造配筋段隔斷承壓水，見(jiàn)圖4，大大減弱了坑內(nèi)抽降承壓水對(duì)周邊環(huán)境的影響，同時(shí)鄰地鐵側(cè)設(shè)置減壓觀測(cè)井及回灌井，監(jiān)測(cè)坑外承壓水水位，并應(yīng)監(jiān)測(cè)降水引起的周邊環(huán)境變化，如出現(xiàn)明顯沉降可及時(shí)回灌。

4 基坑實(shí)施情況及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

本基坑開(kāi)挖施工過(guò)程中，由監(jiān)測(cè)單位全程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，確?；邮欠裉幱诎踩€(wěn)定的狀態(tài)，本次測(cè)試所采用的具體項(xiàng)目主要有水平垂直位移的量測(cè)、測(cè)斜、槽鋼100cm間距布置，套箱頂部下50cm布置一道圍囹，圍囹及內(nèi)支撐設(shè)計(jì)為雙榀I40a工字鋼，鋼圍堰總高度為6m，總重55.5t。

5.2 拼裝平臺(tái)牛腿施工

鋼套箱承重牛腿采用I32a型鋼，單根牛腿長(zhǎng)度160cm、310cm，在套箱組拼時(shí)作為臨時(shí)承重結(jié)構(gòu)，待套箱下沉?xí)r作為套箱內(nèi)壁定位導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，套箱著床后作為臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)。套箱承重牛腿焊接前，由測(cè)量人員在鋼護(hù)筒上測(cè)量牛腿頂面標(biāo)高位置，施工作業(yè)人員對(duì)鉆孔樁鋼護(hù)筒牛腿焊接范圍內(nèi)護(hù)筒外表面淤泥及銹污或氧化膜清理干凈。

5.3 懸吊系統(tǒng)施工

套箱懸吊結(jié)構(gòu)承重梁采用2I45a型鋼，焊接剪刀撐加固鉆孔樁鋼護(hù)筒，懸吊支撐采用既有鉆孔樁鋼護(hù)筒，沿縱橋向布置3道，沿橫橋向布置2道，上開(kāi)凹槽放置扁擔(dān)梁，凹槽位置下方采用鋼板或型鋼幫焊加勁。

5.4 鋼套箱拼裝

鋼套箱拼裝分塊進(jìn)行，側(cè)板分為4塊，塊與塊間通過(guò)法蘭螺栓連接緊固。套箱模板組拼安裝在每日退潮時(shí)進(jìn)行，作業(yè)人員在河床面人工配合組裝模板。每塊套箱側(cè)板頂口焊接5個(gè)起吊吊耳，其中2個(gè)用于模板吊裝，另外3個(gè)用于懸吊體系吊掛下沉。套箱模板采用50t汽車吊吊裝，懸吊倒鏈掛住套箱吊耳并拉動(dòng)倒鏈?zhǔn)沟规準(zhǔn)芰?，松開(kāi)汽車吊吊鉤完成模板受力轉(zhuǎn)換，吊裝下一塊模板，重復(fù)以上過(guò)程直至套箱側(cè)板組拼完畢。

5.5 河床開(kāi)挖找平

河床開(kāi)挖前聯(lián)系好上游水電站，在上游無(wú)泄水，潮水間歇時(shí)間段進(jìn)行河床開(kāi)挖找平。用3臺(tái)挖機(jī)將圍堰區(qū)域的河床找平，圍堰范圍內(nèi)現(xiàn)狀河床標(biāo)高為-0.67m～-0.12m，找平河床標(biāo)高至-2.0m。找平時(shí)注意對(duì)棧橋和平臺(tái)鋼管樁進(jìn)行保護(hù)，以免超挖導(dǎo)致鋼管樁周圍土體擾動(dòng)。

5.6 套箱下放

套箱組拼完畢后，作業(yè)人員通過(guò)倒鏈緩緩向上提升套箱15cm，觀察套箱受力狀況以及套箱頂口高差，合格后由作業(yè)人員割除臨時(shí)承重牛腿承臺(tái)范圍內(nèi)多余部分，承重牛腿作為套箱底口導(dǎo)向定位以及臨時(shí)支撐設(shè)置，可比套箱內(nèi)尺寸小5mm以便于套箱下放。套箱頂口設(shè)置10個(gè)倒鏈，作業(yè)人員站在套箱頂口作業(yè)平臺(tái)上拉動(dòng)倒鏈完成套箱下沉過(guò)程。

5.7 混凝土封底

封底混凝土采用C30水下混凝土，封底厚度為1.5m，總方量為251.6m3。由于混凝土一次連續(xù)澆注方量大，擬配封底混凝土塌落度控制在22cm～24cm，初凝時(shí)間控制在不小于18h?，F(xiàn)場(chǎng)采用分層往復(fù)從一側(cè)向另一側(cè)擠壓的方式施工，使基底在同一水平面上普遍勻速上升。

5.8 拼裝第二節(jié)鋼套箱及內(nèi)支撐安裝

當(dāng)封底混凝土強(qiáng)度達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度80%以上，拼裝第二節(jié)鋼套箱以及圍堰內(nèi)支撐安裝，對(duì)口撐及斜支撐均選用I40a工字鋼型鋼。內(nèi)支撐端部設(shè)置法蘭盤(pán)，法蘭盤(pán)與型鋼除沿周邊焊接，三角綴板加固，圍堰內(nèi)外壁板之間設(shè)置型鋼加強(qiáng)加固。

5.9 變形監(jiān)測(cè)

鋼套箱抽水前、抽水過(guò)程中進(jìn)行位移變形監(jiān)測(cè)，若發(fā)現(xiàn)位移變形突變或累計(jì)位移變形量過(guò)大應(yīng)立即停止抽水，查明原因，待解決處理后方可繼續(xù)施工。在后續(xù)的承臺(tái)施工過(guò)程中，每天進(jìn)行位移變形監(jiān)測(cè)。通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，⑤和[11]變形位移值最大為2cm，其他點(diǎn)位位移變形值在1cm～2cm之間。根據(jù)具體施工情況能滿足現(xiàn)場(chǎng)施工的安全性要求。

6 結(jié)論

通過(guò)P6、P7兩個(gè)水中墩基坑施工，驗(yàn)證了單壁鋼套箱無(wú)嵌固增加混凝土封底厚度基坑支護(hù)施工方案在卵漂石地區(qū)應(yīng)用可行性。經(jīng)過(guò)方案對(duì)比，卵漂石地區(qū)基坑支護(hù)施工，該方案是最有效的解決方案。