陳 穎 張冬梅
1. 同濟(jì)大學(xué) 上海 200092;2. 上海申通地鐵集團(tuán)有限公司 上海 200070
中美信托大廈工程地處上海市虹口區(qū),位于吳淞路、蘇州路、乍浦路及天潼路合圍地塊內(nèi),項(xiàng)目由2座15~23層塔樓及4層商業(yè)裙樓組成,基坑普通區(qū)域設(shè)置4層地下室,鄰近地鐵區(qū)域設(shè)置2層地下室。塔樓上部建筑外邊線與地鐵盾構(gòu)外邊線最小凈距為11.5 m。鄰近地鐵側(cè)地下2層區(qū)域挖深約10.4 m,結(jié)構(gòu)圍護(hù)外邊線與地鐵結(jié)構(gòu)外邊線最小凈距10.2 m;普遍區(qū)域?yàn)榈叵?層,挖深18.75~19.35 m,結(jié)構(gòu)圍護(hù)外邊線與地鐵結(jié)構(gòu)外邊線最小凈距22.2 m,基坑開挖總面積約10 000 m2,詳見圖1。
圖1 項(xiàng)目總平面
項(xiàng)目對應(yīng)的地鐵區(qū)間為天潼路站—國際客運(yùn)中心站,該段區(qū)間為單圓通縫隧道,所處地層為④—⑤1,基坑位于隧道南側(cè),基坑北面與隧道近似水平,最小水平凈距10 m,靠近基坑一側(cè)為地鐵上行線,隧道頂部埋深23.70~25.30 m,基坑與地鐵線路平行長度約為110 m。
根據(jù)歷年來“深、大、近”這類基坑項(xiàng)目對隧道結(jié)構(gòu)的影響數(shù)據(jù)分析,地鐵監(jiān)護(hù)管理部門已逐漸形成了一套較為適合上海軟土地質(zhì)情況的設(shè)計(jì)要求,主要有以下幾個(gè)方面[1-4]:
1)時(shí)空效應(yīng)(總體指導(dǎo)原則):按照“先遠(yuǎn)后近”分區(qū)開挖支撐施工,各區(qū)應(yīng)嚴(yán)格按照“分區(qū)、分塊、對稱、平衡、限時(shí)”原則指導(dǎo)開挖。
2)“大坑”+“小坑”模式:適用于基坑與軌道交通距離近且對基坑變形控制要求較高的項(xiàng)目,通過設(shè)置1道臨時(shí)分隔墻,將大基坑分為遠(yuǎn)離軌道交通的大基坑和鄰近軌道交通的窄條基坑,從而使深大基坑相對遠(yuǎn)離軌道交通,先開挖遠(yuǎn)處的大基坑,通過快速施工完成大基坑底板澆筑,控制大坑卸荷產(chǎn)生的坑內(nèi)隆起和坑外沉降。同時(shí)由于窄條基坑坑內(nèi)回彈及深層土地滑移較小,因此窄條基坑開挖時(shí)可通過重點(diǎn)控制窄條基坑的側(cè)向變形以達(dá)到控制隧道結(jié)構(gòu)變形的目的。
3)條坑鋼支撐軸力伺服系統(tǒng):為更好控制基坑變形對隧道結(jié)構(gòu)的影響,小坑長度一般不超過20 m,便于設(shè)置鋼支撐軸力伺服系統(tǒng),其特點(diǎn)在于24 h實(shí)時(shí)監(jiān)控,低壓自動(dòng)補(bǔ)償、高壓自動(dòng)報(bào)警,全方位多重安全保障。同樣,該措施適用于對基坑變形嚴(yán)格控制的工程項(xiàng)目。
4)條坑坑內(nèi)土體加固:如小坑與軌道交通結(jié)構(gòu)距離較近、挖深較深或項(xiàng)目對應(yīng)范圍隧道結(jié)構(gòu)狀態(tài)較差,一般會(huì)要求小坑進(jìn)行滿堂加固,以增加圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)土體的被動(dòng)土壓力,提高土體抗側(cè)向的變形能力。
結(jié)合隧道結(jié)構(gòu)情況并根據(jù)指導(dǎo)意見形成以下方案:
1)分區(qū)及開挖順序:整個(gè)基坑分為A、B、C、D共4個(gè)分區(qū)。A、B區(qū)基坑開挖面積共8 660 m2,普遍挖深18.75~19.35 m。C、D區(qū)基坑開挖面積共1 340 m2,挖深10.4 m。工程采用順作法施工,擬開挖順序?yàn)椋菏紫仁┕區(qū)基坑,待A區(qū)基坑地下室結(jié)構(gòu)施工完成后同時(shí)施工B區(qū)基坑及C區(qū)基坑,B區(qū)基坑及C區(qū)基坑地下室結(jié)構(gòu)施工完成后,最后施工D區(qū)基坑。
2)圍護(hù)形式:鄰近地鐵側(cè)C、D區(qū)基坑挖深10.4 m,外側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)及坑內(nèi)分區(qū)臨時(shí)中隔墻采用800 mm厚地下連續(xù)墻+φ850 mm三軸水泥土攪拌樁夾心槽壁加固,外側(cè)地下連續(xù)墻深32 m,加固范圍與地下連續(xù)墻同深。A、B區(qū)基坑挖深18.8~19.60 m,基坑外側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)及坑內(nèi)分區(qū)臨時(shí)中隔墻采用1 000 mm厚地下連續(xù)墻,墻深約50 m,地下連續(xù)墻外側(cè)墻縫設(shè)置φ1 000 mm@700 mm高壓旋噴樁加強(qiáng)接縫止水。
3)加固形式:鄰近地鐵側(cè)窄條基坑內(nèi)采用φ850 mm三軸水泥土攪拌樁滿堂加固,自第2道支撐底至坑底以下12 m(比大坑坑底深3 m),大坑采用φ850 mm三軸水泥土攪拌樁裙邊滿堂加固,加固寬度約8 m,加固深度自第2道支撐至坑底以下6 m。
4)支撐形式:A、B區(qū)基坑豎向設(shè)4道鋼筋混凝土支撐,井字形對撐,支撐間距不宜超過9 m。C、D區(qū)采用1道鋼筋混凝土支撐+2道鋼支撐,鋼支撐要求采用自動(dòng)軸力補(bǔ)償系統(tǒng)。
場地范圍內(nèi)影響C、D區(qū)地下連續(xù)墻及三軸攪拌樁加固施工需拔樁的老樁共20根,樁徑600~800 mm,樁長約36 m,清障深度26.4~42.4 m,與隧道結(jié)構(gòu)外邊線凈距10 m,施工時(shí)采用鋼套筒沉入土體,將樁身與土體分離減小摩阻后,將老樁分段拔除,使用RT-200H全套管全回轉(zhuǎn)鉆孔機(jī)驅(qū)動(dòng)鋼套管360°旋轉(zhuǎn)切割沉入,進(jìn)行樁身與土體有效分離并輔以專用設(shè)備將鋼絲繩下方與樁身牢固鎖扣后,采用大型起重設(shè)備將樁段拔除。選用的鋼套管直徑為2 000 mm,鋼套管長度為54 m(6 m長度9節(jié)),并配備120 t履帶吊配合清障和拔樁。
本文監(jiān)測數(shù)據(jù)主要針對隧道內(nèi)變形監(jiān)測,包括沉降、收斂和水平位移,地鐵隧道監(jiān)測點(diǎn)布置見圖2(因上行線與基坑距離更近且變化趨勢一致,故本次數(shù)據(jù)分析均針對上行線)。
圖2 監(jiān)測點(diǎn)布置
整個(gè)監(jiān)測周期主要可分為以下12個(gè)階段:拔樁施工、停工、樁基施工、A區(qū)基坑開挖、A區(qū)地下結(jié)構(gòu)施工、C區(qū)基坑開挖、C區(qū)地下結(jié)構(gòu)施工、B區(qū)基坑開挖、B區(qū)地下結(jié)構(gòu)施工、D區(qū)基坑開挖、地上結(jié)構(gòu)施工、后期跟蹤。
結(jié)合圖3、圖4曲線可以看出:
圖3 上行線道床沉降階段變形曲線1
圖4 上行線道床沉降階段變形曲線2
1)縱觀整個(gè)監(jiān)測期間,施工正投影范圍內(nèi)上行線道床沉降變形由東向西呈現(xiàn)上坡形狀。最大下沉和上抬變形均超過報(bào)警值±5 mm。施工正投影范圍內(nèi)下沉為-7 mm,最.大上抬+8 mm。監(jiān)測范圍內(nèi)存在差異沉降約18 mm。
2)拔樁施工導(dǎo)致B、D區(qū)域正投影范圍內(nèi)隧道上行線道床產(chǎn)生顯著沉降,對應(yīng)區(qū)域內(nèi)SX12—SX19監(jiān)測點(diǎn)段在拔樁期間累計(jì)變形均超過報(bào)警值±5 mm,最大累計(jì)下沉-9 mm。
3)A區(qū)基坑開挖階段,上行線道床累計(jì)變形量約-8 mm;C區(qū)基坑開挖階段,監(jiān)護(hù)監(jiān)測范圍內(nèi)上行線道床階段變形表現(xiàn)為整體上抬,累計(jì)最大上抬+11 mm;B區(qū)基坑開挖階段,影響區(qū)域內(nèi)隧道上行線道床階段變形不明顯,監(jiān)護(hù)監(jiān)測范圍內(nèi)累計(jì)最大下沉量-5 mm,累計(jì)變形量+10 mm;D區(qū)基坑開挖階段,影響區(qū)域內(nèi)隧道上行線道床階段變形表現(xiàn)為明顯上抬,施工正投影范圍內(nèi)累計(jì)最大上抬+12 mm,沉降變形受基坑開挖影響較明顯。
結(jié)合圖5、圖6曲線可以看出:
圖5 上行線收斂階段變形曲線1
圖6 上行線收斂階段變形曲線2
1)正對投影及西延伸區(qū)域內(nèi)上行線累計(jì)收斂變形全部超過報(bào)警值±5 mm,正對投影范圍內(nèi)累計(jì)最大變形量+53 mm。
2)拔樁施工階段,A、C投影范圍內(nèi)收斂變形不明顯,B、D投影范圍有明顯拉伸現(xiàn)象,且累計(jì)變化量超過報(bào)警值+5 mm,主要受B、D區(qū)清障影響。
3)A區(qū)基坑開挖階段,A、C區(qū)投影范圍內(nèi)收斂變形表現(xiàn)為明顯拉伸,階段最大變形量+12 mm。后期地下結(jié)構(gòu)施工階段,監(jiān)護(hù)監(jiān)測范圍內(nèi)收斂整體表現(xiàn)為拉伸,最大階段拉伸量+6 mm。
4)C區(qū)基坑開挖階段,A、C區(qū)投影范圍內(nèi)收斂有輕微拉伸。其余區(qū)域未有明顯變化趨勢。
5)B區(qū)基坑開挖階段,B、D區(qū)正投影范圍內(nèi)收斂階段變形表現(xiàn)為明顯拉伸,最大階段變形量+14 mm,累計(jì)變化量約+40 mm。
6)D區(qū)基坑開挖階段,B、D區(qū)投影范圍內(nèi)收斂最大累計(jì)變化量+50 mm。
結(jié)合圖7~圖9曲線可以看出:
圖7 上行線水平位移階段變形曲線1
圖8 上行線水平位移階段變形曲線2
圖9 上行線水平位移部分特征點(diǎn)累計(jì)變形曲線
1)在整個(gè)施工過程中,盾構(gòu)隧道水平向變形主要表現(xiàn)為向基坑方向位移,并且基坑開挖引起的水平位移基本大于樁基施工和地下結(jié)構(gòu)施工階段的隧道位移。
2)在項(xiàng)目A、C區(qū)基坑開挖完成時(shí),上行線隧道大部分監(jiān)測點(diǎn)位移已超過報(bào)警值±5 mm,最大累計(jì)變化量位于正對投影范圍內(nèi),為+8 mm。在B、D區(qū)基坑施工完成時(shí),隧道正對基坑B、D區(qū)域的水平位移已基本超過+20 mm,最大累計(jì)變化量+25 mm。
3)監(jiān)護(hù)范圍內(nèi)隧道最終水平位移呈拋物線形狀,正對基坑范圍內(nèi)的隧道水平位移最大,延伸范圍內(nèi)的水平位移到基坑的距離逐漸減小。
大量工程案例表明,在軟土地區(qū),基坑開挖過程中鄰側(cè)土體的卸荷作用導(dǎo)致基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)變形,從而帶動(dòng)坑外隧道隨著土體一并產(chǎn)生相應(yīng)位移變形??油饧扔兴淼酪蚺c基坑的距離、開挖深度、現(xiàn)場土層條件、設(shè)計(jì)方案(支護(hù)形式)、施工工法等諸多因素有關(guān),不同條件會(huì)產(chǎn)生較大差異影響。通過對本項(xiàng)目施工過程和監(jiān)測數(shù)據(jù)的對比分析,有如下特點(diǎn):
1)清障施工對隧道沉降和收斂影響較大,B區(qū)清障施工時(shí)監(jiān)測范圍內(nèi)上行線收斂累計(jì)變形量接近10 mm。因老樁與隧道結(jié)構(gòu)距離較近,且深度超過隧道底埋深,拔樁時(shí)對隧道側(cè)向土體產(chǎn)生多次擾動(dòng),從而產(chǎn)生較大變形。
2)等到項(xiàng)目基坑開挖時(shí),鑒于基坑設(shè)計(jì)按照“大坑+小坑”模式,在A區(qū)開挖時(shí)應(yīng)離隧道結(jié)構(gòu)較遠(yuǎn),地鐵側(cè)留土寬度約20 m,所以大坑開挖對沉降和收斂的影響仍在可控范圍內(nèi),等到B區(qū)開挖時(shí)因受清障施工影響,導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)變形出現(xiàn)“先沉后隆的現(xiàn)象”,且發(fā)展速率較快。
3)隧道水平位移方面表現(xiàn)為施工過程中持續(xù)向基坑方向發(fā)展,并且呈現(xiàn)大區(qū)開挖影響大于小區(qū)開挖的影響;后開挖比先開挖基坑造成的隧道水平變形更大,這是由于后開挖相當(dāng)于對土體進(jìn)行多次擾動(dòng)。
4)在拔樁施工和停工階段,項(xiàng)目對隧道水平向變形影響較小,但在樁基和地下連續(xù)墻施工階段前期,地下連續(xù)墻槽壁加固對周圍土體產(chǎn)生擠壓效果,造成隧道向背離基坑的方向發(fā)生位移,當(dāng)槽壁加固完成后,地下連續(xù)墻施工會(huì)造成周圍土體應(yīng)力釋放,從而導(dǎo)致隧道重新向基坑方向位移。