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        深基坑施工引發(fā)地鐵隧道變形的控制策略探究

        2020-08-23 07:46:32芮開(kāi)虎
        關(guān)鍵詞:深基坑土體鋼板

        【摘要】近年來(lái)深基開(kāi)挖的工程日益增多,與周圍建筑的水平距離不斷縮小,由此可能引發(fā)地鐵隧道及附屬結(jié)構(gòu)的變形開(kāi)裂而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)安全事故,如杭州地鐵湘湖站臨近深基坑在開(kāi)挖中因沒(méi)有按時(shí)對(duì)墊層進(jìn)行澆筑、施工方支護(hù)結(jié)構(gòu)存在缺陷且設(shè)置支撐架時(shí)間較晚、勘測(cè)方給出的土體力學(xué)參數(shù)不符合力學(xué)理論等因素而出現(xiàn)大范圍坍塌,導(dǎo)致數(shù)十人傷亡。如何從深基坑開(kāi)挖引發(fā)地鐵隧道變形的特征出發(fā),研究并分析控制地鐵隧道變形的合理措施,實(shí)現(xiàn)深基坑開(kāi)挖的高效施工并同時(shí)兼顧地鐵隧道的正常運(yùn)營(yíng),已經(jīng)成為亟待解決的重要課題。

        【關(guān)鍵詞】深基坑;地鐵隧道;變形;控制策略

        1、深基坑施工對(duì)臨近地鐵隧道變形的特征及影響因素

        深基坑施工對(duì)臨近地鐵隧道變形的特征可總結(jié)為如下兩點(diǎn):當(dāng)深基坑位于隧道上方時(shí),土體產(chǎn)生回彈后隧道也隨之出現(xiàn)隆起現(xiàn)象且類似于正態(tài)曲線分布,下臥隧道的最大隆起處和深基坑的施工中心相近且逐漸向兩側(cè)擴(kuò)展,到達(dá)圍護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)隆起值縮小,遠(yuǎn)離后隆起稍微增大;當(dāng)深基坑位于隧道一側(cè)時(shí),隧道橫斷面的變形往往呈現(xiàn)“橫鴨蛋形”,并出現(xiàn)斜向坑底的位移。

        研究表明,深基坑施工對(duì)地鐵隧道水平位移影響的大小因素為:基坑與隧道的高差>隧道與基坑的水平凈距>內(nèi)支撐的斷面積>地連墻的彈性模量;深基坑施工對(duì)地鐵隧道豎向位移影響的大小因素為:隧道與基坑的水平凈距>基坑與隧道的高差>內(nèi)支撐的斷面積>地連墻的彈性模量。

        2、深基坑施工引發(fā)地鐵隧道變形的控制策略

        2.1 外部增強(qiáng)加固措施

        從表1中所列的案例可以看出,充分利用深基坑開(kāi)挖的時(shí)空效應(yīng),采用分層、分區(qū)、分塊開(kāi)挖現(xiàn)結(jié)合、設(shè)置相應(yīng)抑制坑底土體回彈的措施,能夠有效控制深基坑施工引發(fā)的地鐵隧道變形。

        第一,拉槽開(kāi)挖+土體加固。如開(kāi)挖深度為4.5~19.7m的廣州南站區(qū)域地下空間及市政配套設(shè)施工程項(xiàng)目基坑與周邊隧道(7號(hào)線)存在著敏感的相鄰位置關(guān)系,基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要采用地連墻或鉆孔灌注樁+混凝土內(nèi)支撐的支護(hù)方式,7號(hào)線正上方基坑采用重力式擋土墻及放坡的支護(hù)形式?;娱_(kāi)挖時(shí),左線隧道已經(jīng)施工完成,右線正在推進(jìn),為確?;娱_(kāi)挖階段地鐵隧道的安全,對(duì)7號(hào)線右線進(jìn)行預(yù)加固,對(duì)左線地層實(shí)施后加固,加固采用?600@450密排式攪拌樁加固,水泥摻量為20%,加固體28天強(qiáng)度在0.8Mpa以上。采用如上土體加固措施后,隧道上隆最大位移減少了62.4%,將隧道豎向位移控制在允許值范圍內(nèi)。

        第二,抽條開(kāi)挖+板錨(樁)支護(hù)。如廣州天河?xùn)|路下穿隧道基坑工程的開(kāi)挖深度為7.34m,經(jīng)過(guò)運(yùn)營(yíng)的3號(hào)線左、右線上方,基坑南北兩側(cè)采用?1200mm鉆孔灌注樁,樁間采用高壓旋噴樁止水。沿東西方向人工抽條放坡開(kāi)挖坡率為1:1.5,掛網(wǎng)采用?6@30×30mm的鋼筋網(wǎng)片,鋼筋網(wǎng)經(jīng)過(guò)垂直坡度面的?16鋼筋錨桿固定。開(kāi)挖至標(biāo)高后及時(shí)安裝板錨支護(hù)以約束土體,控制地鐵隧道的隆起位移。采用如上土體加固措施后,既有地鐵隧道豎向位移最大值約為2.5mm,水平位移為0.7mm。

        2.2 隧道結(jié)構(gòu)加固措施

        第一,隧道周邊注漿加固。對(duì)隧道周邊土體進(jìn)行注漿,增大隧道周邊土體的強(qiáng)度和剛度,提高土層地基基床系數(shù),改善隧道結(jié)構(gòu)與周圍土體的接觸特性,從而增大隧道的縱向剛度。如有研究表明,當(dāng)隧道周邊砂層加固體水灰比為0.6時(shí),深基坑開(kāi)挖引起的隧道豎向位移減小9.9mm,減小了28.1%;當(dāng)隧道周邊砂層加固體水灰比為1.2時(shí),深基坑開(kāi)挖引起的隧道豎向位移減小5.2mm,減小了14.8%。

        第二,隧道管片加固。內(nèi)貼鋼板加固法是在隧道內(nèi)側(cè)粘貼鋼板,利用鋼板和管片間填充高粘結(jié)能力、高強(qiáng)度的膠結(jié)材料及膨脹螺栓,使鋼板和管片成為整體以提高結(jié)構(gòu)剛度,抵抗結(jié)構(gòu)變形。如有研究表明,當(dāng)隧道內(nèi)側(cè)加固鋼板厚度為20mm時(shí),深基坑開(kāi)挖引起的隧道豎向位移減小9.5mm,減小了27.0%;當(dāng)隧道內(nèi)側(cè)加固鋼板厚度為50mm時(shí),深基坑開(kāi)挖引起的隧道豎向位移減小13.3mm,減小了37.8%。

        2.3 施工過(guò)程監(jiān)測(cè)

        自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)可以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)掌握深基坑開(kāi)挖引起的地鐵隧道變形,以便采取針對(duì)性預(yù)防措施,及時(shí)消除影響地鐵隧道安全的隱患,切實(shí)做到動(dòng)態(tài)施工。監(jiān)控中心服務(wù)器統(tǒng)一管理多臺(tái)功控計(jì)算機(jī),每臺(tái)計(jì)算機(jī)通過(guò)供電與通訊系統(tǒng)控制一臺(tái)自動(dòng)全站儀,自動(dòng)全站儀能自動(dòng)搜索、跟蹤、識(shí)別和精確照準(zhǔn)目標(biāo),獲取距離、角度、坐標(biāo)和影像等信息,自動(dòng)完成對(duì)監(jiān)測(cè)斷面的變形觀測(cè)。

        在布置及使用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí),需要遵循如下原則:以地鐵隧道結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)為主,選取反映地鐵隧道結(jié)構(gòu)整體或局部變形和重要結(jié)構(gòu)部位設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn),布置監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備,構(gòu)建監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(施工期間,監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)在水平方向及垂直沉降方向的變形變位值進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量);監(jiān)測(cè)系統(tǒng)同時(shí)配備專業(yè)系統(tǒng)維護(hù)人員及監(jiān)測(cè)工程技術(shù)人員,以確保系統(tǒng)正常運(yùn)行和及時(shí)提供信息;監(jiān)測(cè)精度必須控制到位,水平位移、變形及沉降監(jiān)測(cè)需要滿足二級(jí)變形測(cè)量的精度要求(優(yōu)于1mm精度),每一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)每次測(cè)量不少于2測(cè)回,監(jiān)測(cè)頻率根據(jù)基坑施工深度確定,根據(jù)施工對(duì)地鐵隧道的影響減小或增加頻度;當(dāng)監(jiān)測(cè)到地鐵隧道結(jié)構(gòu)突然發(fā)生較大量的變形和不均勻變形,立即通知監(jiān)理、施工及設(shè)計(jì)等單位,加密監(jiān)測(cè)周期,采取措施防止地鐵隧道變形破壞。

        結(jié)語(yǔ):

        深基坑開(kāi)挖勢(shì)必會(huì)引起周圍土體和地鐵隧道的位移變形,因此在實(shí)際工程中,要事先做好變形預(yù)測(cè),盡量使施工荷載遠(yuǎn)離隧道并控制隧道與基坑的高差,規(guī)范好地鐵的最小覆土深度。

        參考文獻(xiàn):

        [1]侍虎.淺談深基坑開(kāi)挖對(duì)臨近地鐵隧道影響[J].中國(guó)科技縱橫,2019,000(008):109-110.

        [2]劉探梅,李玎.基坑開(kāi)挖引起下部地鐵隧道變形的有效控制分析[J].工程技術(shù)研究,2019(9):36-36.

        作者簡(jiǎn)介:

        芮開(kāi)虎(1986.04.30),男,大學(xué)本科,江蘇南京,工程師,研究方向?yàn)閹r土工程。

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