彭 真(上海市基礎工程集團有限公司,上海 200433)
上海世博會地區(qū) A 片區(qū)“綠谷”地下空間工程(A10A、 A10B 地塊)地處世博會地區(qū),周邊環(huán)境復雜,受道路、地下管線等諸多因素制約,對施工環(huán)境要求較高。該工程基坑開挖深度深,最深處達到地下 22 m,開挖面積約3.8 萬 m2,屬大面積基坑施工,項目四周為市政道路、西藏南路隧道、共同溝及管線。
基坑劃分成 I、II、III 3 個區(qū),其中鄰近隧道側(cè)的 II 區(qū)又分為 4 個小區(qū)。西藏南路隧道位于基坑西側(cè)的高科西路下方,埋深 20~25m,結(jié)構外邊線距離基坑邊線最近約為9.7 m;盾構機工作井位于高科西路、規(guī)劃交叉口下方,坑底埋深約 22.5 m,距離本基坑邊線最近約 10.4 m。共同溝位于基坑東側(cè),為高 3.8 m 的鋼筋混凝土箱涵,埋深6.0 m,距離基坑邊最近 3.0 m。周邊主要分布有φ300 mm污水、φ3 000 mm 雨水管、φ200 mm 燃氣管,距離基坑圍護外邊線約 3.6 m、4.2 m 和 8.4 m。據(jù)相關管理單位與產(chǎn)權單位要求,西藏南路隧道沉降、收斂水平位移監(jiān)測控制值為 10 mm,共同溝沉降控制值為 20 mm,管線水平及沉降控制值為 10 mm。
I 區(qū)基坑長 236 m、寬約 90 m,與西藏南路隧道的距離約 22 m,設置三道混凝土支撐,采用盆式開挖,先形成對稱,再形成角撐,土方開挖完成及時形成底板,底板完成后逐層形成結(jié)構板,拆除相應支撐。
I 區(qū)基坑北側(cè)主要有市政雨水、污水、煤氣、電力管線,西側(cè)距基坑約 22 m 是西藏南路隧道(其中隔 II 區(qū)未開挖基坑),東側(cè)距基坑約 130 m 為共同溝(其中隔 III 區(qū)未開挖基坑),南側(cè)為空地。土方開挖采取分塊盆式、留土護壁進行開挖,限時形成支撐及底板。開挖前設置 6 口降壓井及 56 口疏干井,開挖第一、二、三層土,均只開啟疏干井,抽取潛水,開挖第四層土至 15 m 時,局部樁周有滲水現(xiàn)象,此時開始啟動承壓井,降低承壓水水位。
對周邊環(huán)境的保護措施如下。
(1)基坑采取盆式分塊開挖,留土護壁,增加人力物力,36 h 形成支撐。
(2)設置東西南北棧橋,其中南北方向為運輸主棧橋,大量土方通過主棧橋運輸,減少運輸對坑邊土體的碾壓。
(3)在靠近西藏南路側(cè)道路,設置加筋道路,道路上鋪設鋼板。
(4)北側(cè)考慮雨污水管離基坑比較近,除坑內(nèi)挖土與支撐形成的時間控制外,還考慮預埋注漿管,根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù),進行跟蹤后注漿。
(5)每層結(jié)構施工,分 3 段進行,先中間后兩邊,待結(jié)構達到設計強度后,對影響上層結(jié)構的支撐進行人工拆除,剩余部分支撐待上層結(jié)構施工完成,達到一定強度后,拆其下剩余支撐,可更好地控制基坑變形。
II 區(qū)基坑靠近西藏南路隧道,基坑寬為 12~24 m,長162 m,分為 4 個小坑,開挖深度 12.06~15.67 m,地下 3層結(jié)構,距西藏南路隧道約 10 m,設置 1 道鋼筋混凝土支撐+(3~4)道鋼支撐,其中第 3 道鋼支撐采用自動補償系統(tǒng);為隧道的安全,II 區(qū)基坑在 I 區(qū)基坑施工完成后進行施工,II 區(qū)基坑 4 個小坑跳坑進行施工,即先施工 II-1 坑與II-3 坑,待其施工完成后,再進行 II-2 坑與 II-4 坑施工。
II 區(qū)基坑西側(cè)外約 10 m 是西藏南路隧道,東側(cè)為宜完成 I 區(qū)基坑及正施工 III 區(qū)基坑,南側(cè)為空地。土方開挖沿基坑長邊方向進行、開挖后限時形成支撐及底板。該基坑為滿堂加固,未設置降水井,開挖至 15 m 時,利用 I 區(qū)基坑的 2 口降壓井減壓處理。
在施工II 區(qū)基坑時,由于I 區(qū)基坑已施工完成,施工道路只能依靠西藏南路隧道側(cè) 9 m 施工便道進行施工,2 小坑同時開挖,土方運輸與支撐開挖要短時間完成,帶來很大的難度;同時大量車輛頻繁在施工道路上行駛,給基坑安全帶來一定影響。為解決上述問題,采取如下技術措施。
(1)道路采用 200 mm 厚度的鋼筋混凝土重型道路,道路上鋪設 2 mm 厚鋼板。
(2)土方運輸車輛選用載重<10 t 的小型土方車輛。
(3)開設門頭及相應配套沖洗設施,使其車輛分散出入運土。
(4)第三道鋼支撐上增設自動補償系統(tǒng)。
III 區(qū)基坑長 236 m,寬約 124 m,基坑西側(cè)是已施工的 I 區(qū)基坑,基坑北側(cè) 3 m 處有雨污水管,基坑東側(cè)3 m 處有一共同溝,共同溝內(nèi)為市政管線?;娱_挖深度12.67~15.67 m,其中靠近 I 區(qū)基坑處有 1 個 3 000 m2的能源中心深坑,深坑開挖深度為約 22 m;基坑普遍設置 3 道混凝土支撐,能源中心深坑另設置 1 道鋼筋混凝土支撐。
III 區(qū)基坑土方開挖及結(jié)構施工主要考慮東側(cè)共同溝與西側(cè)雨污水管的變形,尤其是共同溝,在圍護階段清障時,共同溝就有所沉降,沉降最大處達到 -12.6 mm;為確保開挖過程中共同溝的安全,必須嚴格控制開挖的順序及形成支撐的時間,在共同溝底采取一定加固措施。
由于I 區(qū)基坑結(jié)構已施工完成,開挖過程中,為保證東側(cè)共同溝及北側(cè)雨污水管的安全,采用半盆式開挖,從靠近 I 區(qū)開始開挖成盆,再向東側(cè)、北側(cè)延伸開挖,先形成對稱,再形成角撐,土方開挖完成及時形成底板,底板完成后逐層形成結(jié)構板,拆除相應支撐。
考慮基坑周邊有共同溝及管線,土方開挖及地下結(jié)構施工過程中,設置棧橋做為施工便道,保證車輛通行、材料運輸?shù)龋瑸楸WC運輸便利,I 區(qū)東西向棧橋保留,滿足 III 區(qū)基坑土方開挖及結(jié)構施工需要。
開挖過程中為確保周邊共同溝及管線的安全,針對博成路側(cè)基坑,考慮市政管線安全,擬預留 8 m(2 倍挖深)土進行護壁,放坡比例為 1.0:1.5;針對白蓮涇路側(cè)基坑,考慮共同溝安全,預留 10 m(2.5倍挖深)土進行護壁,放坡比例為 1.0:1.5。通過對共同溝側(cè)面垂直劈裂注漿及打傾斜孔劈裂注漿的方式進行保護,根據(jù)共同溝具體位置及基坑周邊管線及設計圖紙,布置注漿孔位。跟蹤劈裂注漿工藝的注漿孔間距 1 500 mm。低壓慢速,根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行跟蹤注漿。
西側(cè)西藏南路隧道受 I 區(qū)基坑開挖的影響較大,從開挖第二土方開始,西藏南路隧道與工作井均成上浮趨勢,其中工作井最大值為 9.29 mm,隧道最大值為 7.62 mm。當?shù)装逍纬珊螅ぷ骶八淼谰邢蛳鲁两第厔?。分析其原因為,?I 區(qū)大量土方開挖后,土體應力釋放,導致土體回彈,從而帶動隧道底部土體上浮,以至于隧道上浮,當?shù)装逍纬珊?,在后續(xù)結(jié)構施工過程中,大量鋼筋混凝土形成壓重,制止了土體繼續(xù)回彈,由此隧道及工作井停止上浮,呈下降趨勢。II 區(qū)基坑結(jié)構封頂完成,工作井最大沉降為 1.29 mm,隧道最大沉降為 10.78 mm,隧道處于安全狀態(tài)。
東側(cè)共同溝受 III 區(qū)基坑開挖的影響較大,從開挖第二土方開始,共同構成下沉趨勢,其中共同溝在土方開挖完成后 GN69 點達到 -19.9 mm。分析共同溝變化曲線可知,變化最大區(qū)域為原拔樁影響區(qū)域,其他區(qū)域變化較小,總體屬于安全狀態(tài)。
北側(cè)雨水、污水、煤氣管線距基坑較近,I 區(qū)基坑施工對其影響較大,其中開挖第三層、第四層土方時,對其影響較明顯,當?shù)装迨┕ず?,管線趨于穩(wěn)定;II 區(qū)基坑距離管線最近,施工對其有一定影響,但 II 區(qū)基坑截面較小,加上 I區(qū)基坑開挖后土體已基本變形穩(wěn)定,故影響較小,當?shù)装迨┕ず?,管線趨于穩(wěn)定,影響均在可控范圍內(nèi)。
(1)基坑施工過程中,考慮對周邊環(huán)境的應影響,設置棧橋作為運輸主要通道,減小了施工過程中土方車輛及材料運輸車輛對基坑周邊的影響,對基坑周邊環(huán)境保護取得了很好效果。
(2)基坑施工過程中,充分分析土層及地下水情況,制訂了降水方案。施工過程中,對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析以及現(xiàn)場基坑水位進行觀測,合理開啟降壓井,使得施工順利進行。
(3)施工前對各區(qū)施工方案的分析與論證,最終形成切實可行的施工方案,施工過程中,對每塊土方從人、機、料等方面進行控制,通過限時開挖限時支撐的方式,完成開挖任務。
(4)在施工過程中,對因前期拔樁施工影響較大的管線與共同溝實行跟蹤注漿,有效控制共同溝的變形。
本項目系統(tǒng)地提出了地下空間與周邊地下構筑物保護性施工技術和方法,通過對基坑工程施工的研究分析,提高施工技術水平,減少由于施工技術水平給地下空間開發(fā)建設帶來的制約,通過不斷提高施工技術水平和改善施工工藝來降低施工風險,為基坑工程提供強有力的技術保障,從而降低地下空間開發(fā)的投資成本。