丁 猛
(西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院,四川成都 610031)
在建筑密集的城市老城區(qū)修建地鐵車站成為地鐵建設(shè)中不可避免的問題,老城區(qū)的建筑類型復(fù)雜,安全控制標(biāo)準(zhǔn)不一,這給老城區(qū)的地鐵車站基坑開挖施工帶來了艱巨的挑戰(zhàn)。陳志華[1]提出在城市地鐵基坑工程設(shè)計(jì)施工之前,應(yīng)對(duì)周圍的環(huán)境進(jìn)行詳細(xì)的梳理,確定合理的保護(hù)等級(jí)。馮春蕾[2]經(jīng)過對(duì)北京地區(qū)大量的地鐵車站基坑變形實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)得出在基坑設(shè)計(jì)和施工階段應(yīng)充分考慮到基坑開挖工程中空間效應(yīng)的影響,應(yīng)采取動(dòng)態(tài)控制施工,從而達(dá)到經(jīng)濟(jì)有效的控制基坑變形的目的。高波[3]對(duì)地鐵車站基坑開挖對(duì)鄰近建筑的影響進(jìn)行了分析并研究不同組合的隔離樁和錨桿靜壓樁加固方法。目前對(duì)密集建筑城市老城區(qū)的基坑開挖技術(shù)的研究尚有不足,相關(guān)施工問題亟待研究,本文以某城市老城區(qū)地鐵車站基坑開挖為項(xiàng)目依托,對(duì)基坑的開挖技術(shù)進(jìn)行了深入研究分析,為相關(guān)的工程施工提供參考。
地鐵車站為地下三層11 m島式站臺(tái)車站帶暗挖存車線。明挖段長(zhǎng)326.2 m,標(biāo)準(zhǔn)段寬為20.3 m,車站基坑開挖深度為24.1~25.9 m,主體結(jié)構(gòu)采用明挖順做法施工。車站標(biāo)準(zhǔn)段底板埋深為24.1 m。車站結(jié)構(gòu)按設(shè)計(jì)使用年限為100 a的要求進(jìn)行耐久性設(shè)計(jì),地下結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí),結(jié)構(gòu)的耐火等級(jí)為一級(jí)。結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防烈度為7度,設(shè)計(jì)地震基本加速度為0.10 g。
車站原始地貌形態(tài)屬西塱臺(tái)地,地形較開闊,地面高程為12.2~13.5 m,平均12.5 m?;游鱾?cè)距附近河流300 m,地下水位的變化與地下水的賦存、補(bǔ)給及排泄關(guān)系密切,每年4~9月為雨季汛期,大氣降雨充沛,水位會(huì)明顯上升,而在冬季因降水減少,地下水位隨之下降,水位年變化幅度為2.5~3.0 m。
具體的地質(zhì)條件見表1。
車站站位所在地塊絕大部分位于已拆遷的工廠區(qū)范圍內(nèi),場(chǎng)地較為平整。周邊現(xiàn)狀:車站西端位于自行車飛輪廠用地內(nèi),地勢(shì)局部比已拆遷工廠地塊低1 m左右;站位中部北側(cè)為老城區(qū)1~3層住宅距基坑最近約為11.3 m;基坑?xùn)|北側(cè)有一在建高層住宅樓,距基坑的最近距離為12.6 m;車站西端南側(cè)附近有一座110 kV變電站,變電站圍墻距離主體基坑最近約為6.5 m;變電站西側(cè)有一處高壓線塔,線塔距離主體基坑約10 m。車站基坑周圍情況如圖1所示,周邊建筑統(tǒng)計(jì)如表2所示。
表1 地質(zhì)分層
表2 車站基坑周邊建筑物統(tǒng)計(jì)
圖1 車站基坑周圍建筑情況
第1道為鋼筋混凝土支撐,第2~4道為鋼管支撐(直徑609 mm,壁厚16 mm)。局部采用吊腳樁,吊腳段起點(diǎn)里程為DK34+900.536,終點(diǎn)里程為DK35+023.036,吊腳段總長(zhǎng)122.5 m?;拥跄_段圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用長(zhǎng)短樁間隔布置,長(zhǎng)樁深入基底以下1.5~4.0 m,短樁進(jìn)入微風(fēng)化層不少于1.5 m,在吊腳處掛網(wǎng)噴錨,并設(shè)置泄水孔。
車站范圍內(nèi)存在人工填土層、淤泥、淤泥質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉細(xì)砂、碎屑巖殘積土,泥巖、含礫砂巖強(qiáng)風(fēng)化層~泥巖、含礫砂巖微風(fēng)化層。
2.1.1 主要安全風(fēng)險(xiǎn)
(1)泥質(zhì)砂巖中風(fēng)化層在本車站分布廣泛,層厚較大,具有遇水軟化變形、受擾動(dòng)后強(qiáng)度及承載力驟減特點(diǎn)。
(2)地下水主要富存于砂層,基坑開挖時(shí)如果降排水不徹底,隨著地下水的涌出,砂土細(xì)顆粒流失,造成砂層結(jié)構(gòu)更加松散,滲透性加強(qiáng),引起基坑坍塌、縱向滑坡等?;娱_挖后,具承壓性的強(qiáng)風(fēng)化巖中地下水會(huì)通過殘積土和全風(fēng)化巖向基坑滲透,加大基坑的出水量,給施工帶來困難?;娱_挖引起的基坑內(nèi)外水頭差加大,易引起基坑隆起等不良現(xiàn)象。
2.1.2 對(duì)應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施
(1)基坑開挖施工前必須做好基坑降水和圍護(hù)結(jié)構(gòu)防滲措施,基坑開挖到底后及時(shí)封底,防止暴露時(shí)間過長(zhǎng)和泡水引起軟化。
(2)基坑開挖前及時(shí)進(jìn)行坑內(nèi)降水處理,降至開挖面以下1m以下,基坑開挖到底后及時(shí)封閉。
車站主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用φ1000 mm@1200 mm的鉆孔灌注樁,樁間止水采用φ600 mm的旋噴樁,單樁止水效果難以保證,且土石分界處止水不容易處理。
對(duì)應(yīng)措施為:繪制出旋噴樁樁底線,控制好旋噴樁樁長(zhǎng),確保每根樁深入不透水層;旋噴樁施工前通過試樁確定旋噴樁各項(xiàng)參數(shù),確保旋噴樁成樁質(zhì)量。
車站周邊建(構(gòu))筑物多,且年代久遠(yuǎn),車站周邊環(huán)境復(fù)雜。施工中需要高度重視建(構(gòu))筑物和周邊管線在安全方面的要求。不但要控制基坑的變形在允許范圍內(nèi),而且在此基礎(chǔ)上還要提高基坑的安全儲(chǔ)備,確保建(構(gòu))筑物的絕對(duì)安全和正常使用。
對(duì)應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施如下:
(1)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求施作鉆孔樁+內(nèi)支撐圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系,重點(diǎn)注意樁間止水效果和鋼管內(nèi)支撐軸力監(jiān)測(cè)。同時(shí)減少地表附加荷載影響,確保支護(hù)體系的穩(wěn)定和整體剛度。
(2)充分利用“時(shí)空效應(yīng)”原理,優(yōu)化基坑施工參數(shù)。對(duì)開挖分步、分段尺寸、開挖時(shí)限、支撐時(shí)限、支撐預(yù)應(yīng)力等各道工序制定定量的作業(yè)實(shí)施細(xì)則。
(3)加強(qiáng)施工降水,嚴(yán)格控制地下水水位標(biāo)高,防止側(cè)壁和基底涌水、涌泥,消除地下水對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的側(cè)向壓力。
(4)對(duì)基坑進(jìn)行全面的監(jiān)測(cè)編,設(shè)定合理的警戒值和報(bào)警值等預(yù)控指標(biāo),做為動(dòng)態(tài)施工的依據(jù),進(jìn)行動(dòng)態(tài)信息管理;將管線變形和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的位移控制指標(biāo)分解為各步序分控指標(biāo),步步滿足預(yù)控?cái)?shù)值;若有異常,則考慮增設(shè)支撐、減小分段長(zhǎng)度、分層厚度、調(diào)整支撐軸力及對(duì)周邊建(構(gòu))筑物采取注漿保護(hù)等措施。
施工過程中建立全面、嚴(yán)密的監(jiān)測(cè)體系是完全必要的,特別是針對(duì)周邊有密集建筑的地鐵車站基坑的開挖工程,通過及時(shí)的監(jiān)測(cè)信息反饋指導(dǎo)施工,不僅可保證基坑自身的安全穩(wěn)定,還可對(duì)周邊建筑的安全進(jìn)行有效控制,減少施工對(duì)周邊建(構(gòu))筑物、路面及管線等周圍環(huán)境的影響,從而有效地確保施工安全。
對(duì)于密集建筑老城區(qū)的地鐵車站基坑開挖施工過程的監(jiān)測(cè)應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng),不僅要對(duì)支護(hù)樁的水平位移和豎向位移、地下水位、鋼(混凝土)支撐軸力等常規(guī)施工監(jiān)測(cè)項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)測(cè),還要對(duì)周邊建(構(gòu))筑物的沉降、傾斜、周邊管線的沉降和地表路面的沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè),具體的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和監(jiān)測(cè)工具如表3所示。
監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反饋分析的流程如圖2所示。
(1)在密集建筑老城區(qū)修建地鐵車站基坑,應(yīng)重點(diǎn)分析地質(zhì)條件和周邊的建筑環(huán)境,對(duì)于可能出現(xiàn)的施工難點(diǎn),提出前瞻性的應(yīng)對(duì)措施,保證基坑開挖施工安全、有序進(jìn)行。
表3 密集建筑老城區(qū)地鐵車站施工開挖監(jiān)測(cè)項(xiàng)目
圖2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反饋分析流程
(2)施工過程中不僅對(duì)基坑進(jìn)行嚴(yán)密的監(jiān)測(cè),還要對(duì)周圍的建(構(gòu))筑物、地下管線、道路沉降進(jìn)行嚴(yán)密的監(jiān)測(cè),通過制定監(jiān)測(cè)預(yù)警標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)行反饋調(diào)節(jié),采取對(duì)應(yīng)的施工措施,保證工程的安全和質(zhì)量。