李建峰，尹文龍，李文旭，代 龍，祁重申，付 偉，聞伍陽

（1.中建三局集團有限公司，湖北 武漢 430064；2.天津市中隆豐泰置業(yè)有限公司，天津 300000）

隨著城市的發(fā)展，地鐵建設(shè)在我國一、二線城市不斷推進，地鐵側(cè)建筑施工逐漸增多，更有一些建筑場地區(qū)域為軟土地基，此類工程安全隱患多，施工風(fēng)險大，基坑和地鐵結(jié)構(gòu)的變形控制是保障此類工程施工安全的關(guān)鍵。

1 工程概況

天津市地鐵3 號線王頂?shù)陶菊淼貕K（迎順大廈）項目，成功應(yīng)用緊鄰地鐵車站深基坑變形控制技術(shù)，不僅提高了逆作法土方開挖效率，而且監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示實際施工過程對周圍建筑及地鐵結(jié)構(gòu)的影響較小，保證了施工安全。

該項目基坑工程涉及隧道區(qū)間為3 號線王頂?shù)陶緝蓚?cè)，區(qū)間長度分別為1.069km 和0.798km。該兩個區(qū)間段為雙線盾構(gòu)區(qū)間，每環(huán)由6 塊管片拼裝而成，隧道外徑6.2m，內(nèi)徑5.85m，厚0.35m?；佑绊懛秶鷥?nèi)隧道平均覆土深度11m 左右?；邮┕^(qū)域距離地鐵車站結(jié)構(gòu)最近僅2.875m（圖1）。

圖1 基坑與地鐵車站結(jié)構(gòu)剖面示意圖

該基坑大面開挖深度11.75m，辦公樓區(qū)域開挖深度12.75m，智能停車庫區(qū)域開挖深度13.15m，局部電梯井位置最大開挖深度16.4m。

根據(jù)巖土工程勘察報告，地層自上而下分別為素填土層（厚1.50～3.50m），粉質(zhì)黏土層（厚3.20～8.90m），淤泥質(zhì)黏土層（厚1.00～4.50m），粉質(zhì)黏土 層（厚3.90～12.00m），粉砂層（厚6.0～10.40m），在基坑開挖范圍內(nèi)存在淤泥質(zhì)土。

根據(jù)勘察期間測得的數(shù)據(jù)，場區(qū)內(nèi)地下潛水穩(wěn)定水位在2.10m 左右，主要由大氣降水補給，以蒸發(fā)形式排泄，水位年變幅0.5～1.0m。場地第一微承壓含水層承壓水水頭埋深3.30m。

2 基坑支護方案比選

該工程基坑周邊可用地非常緊張，周邊環(huán)境復(fù)雜且緊鄰地鐵車站，有以下3 種基坑施工方案可供考慮：整體順做法、順作分倉法及部分逆作法。

2.1 整體順作法

整體順作法方案在軟土地區(qū)基坑工程中應(yīng)用最為廣泛。其優(yōu)點是施工便捷、經(jīng)濟性和施工進度比較均衡，而且由于是傳統(tǒng)工藝，對施工單位的管理和技術(shù)水平要求一般。另外，整體順作法相對于逆作法而言，其基坑支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計與主體設(shè)計關(guān)聯(lián)性較低，受主體設(shè)計進度的制約小，基坑工程有條件盡早開工。然而，整體順做法的變形控制能力差，臨時支撐的拆除易擾民，在基坑大面積開挖時易造成周邊居民恐慌，影響正常施工。

2.2 順作分倉法

順作分倉法就是將大基坑劃分成2 個或者2 個小基坑分別開挖，逐個施工小基坑的地下結(jié)構(gòu)，最后完成整體地下結(jié)構(gòu)的澆筑。該方法適用基坑周邊存在須特殊保護的建構(gòu)筑物，主要應(yīng)用于基坑周邊存在地鐵的工程中。分倉施工，能夠縮小基坑的面積，增加支護結(jié)構(gòu)整體剛度大，安全度高，出現(xiàn)險情能及時控制。然而，該方法施工工期長，造價較高，支撐拆除易擾民，結(jié)構(gòu)閉合處理煩瑣。

2.3 部分逆作法

如圖2 所示，部分逆作法是利用地下結(jié)構(gòu)梁板作為支撐體系，車庫框架結(jié)構(gòu)逆作塔樓區(qū)域順作。該方法適用于周邊環(huán)境復(fù)雜，對變形控制要求嚴格的工程。其優(yōu)點是：①利用地下結(jié)構(gòu)梁板作為支撐體系，支撐剛度大，可有效控制基坑變形，提高基坑的穩(wěn)定性；②利用地下結(jié)構(gòu)梁板作為水平支撐，避免了大量臨時支撐的架設(shè)和拆除；③將地下室頂板加固作為施工平臺和材料堆場。

圖2 部分逆作法示意圖

該方法技術(shù)難度較高，對施工單位的管理、協(xié)調(diào)、技術(shù)水平以及施工經(jīng)驗的要求比較高。

2.4 最終方案

經(jīng)過前期內(nèi)部多次討論、反復(fù)論證，考慮到地鐵結(jié)構(gòu)的保護等多方面的因素，最終確定采用部分逆作法進行基坑施工。

3 緊鄰地鐵車站深基坑施工技術(shù)

施工工藝流程如圖3 所示。

圖3 總體施工流程圖

3.1 施工重難點應(yīng)對措施

1）施工中結(jié)構(gòu)與基坑變形 首先為保證結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)裂縫與結(jié)構(gòu)破壞，要把沉降差異控制在報警值內(nèi)，需從一柱一樁受力均衡及質(zhì)量控制，土方對稱、分層、限時開挖、及時進行墊層澆筑，一柱一樁保護，局部加荷、減荷以及應(yīng)急預(yù)案編制及演練等方面進行組織，確保結(jié)構(gòu)安全。其次為確保基坑安全，周邊建筑、管線及道路正常運行，對周邊管線、建筑物垂直度、周邊地表沉降、水平梁板及一柱一樁應(yīng)力應(yīng)變及墻體土壓力等進行系統(tǒng)的監(jiān)測與反饋，從而實現(xiàn)信息化施工，隨時掌握基坑變形情況，有針對地進行安排各項安全技術(shù)保障措施。

2）開挖區(qū)域出現(xiàn)淤泥質(zhì)土層 針對淤泥質(zhì)土，提前進行降水作業(yè)，將土中水分降至最低。如有必要可采用拌白灰的措施進行處理，白灰摻量根據(jù)現(xiàn)場土質(zhì)條件適時確定。設(shè)計并應(yīng)用新型逆作法梁板施工懸掛支撐體系，避免在淤泥質(zhì)土層上搭設(shè)架體施工水平結(jié)構(gòu)。

3.2 土方開挖施工工序

土方開挖整體遵循“由遠及近（地鐵側(cè)）、分段分塊、隨挖隨撐、及時封閉”的原則。結(jié)合實際情況設(shè)計土方開挖階段的劃分，豎向劃分為3個施工階段（表1、圖4）；水平向分成A、B、C3 個大區(qū)，A 區(qū)分為3 個小區(qū)，B 區(qū)分為3 個小區(qū)（圖5）。

表1 土方開挖豎向劃分

圖4 豎向分段示意圖

圖5 水平分區(qū)示意圖

1）第一階段土方開挖 在樁基和基坑支護施工養(yǎng)護完成，水位降至-9.85m 時，開始地下車庫的第一步土方開挖。第一階段設(shè)計開挖至地庫地下一層頂板下1.6m，首先自南向北開挖C-1區(qū)土方（兩出土口中間區(qū)域），形成該區(qū)域內(nèi)的零層梁板結(jié)構(gòu)，待混凝土強度達到100%，將基坑南北向支撐起來，再進行其他區(qū)域的第一階段土方開挖。A、B 區(qū)土方開挖，整體按照由西向東、由北向南退挖的原則開挖土方。開挖靠近地鐵一側(cè)即A-2、B-1 區(qū)土方時，采用分塊抽條開挖，每次開挖面積不超過400m2，將土方開挖對地鐵結(jié)構(gòu)的影響降到最小。

2）后續(xù)土方開挖 第一階段土方開挖完成后，在土方開挖完成面上鋪設(shè)縱橫向木跳板搭設(shè)滿堂支撐架再進行施工地庫頂板及出土口處混凝土角撐，其中水平鋼筋綁扎前先進行預(yù)壓處理。后續(xù)土方開挖步驟與第一階段土方開挖一致。

3.3 新型逆作法梁板施工懸掛支撐體系施工技術(shù)

為克服地下室水平結(jié)構(gòu)施工的困難，該項目自主研發(fā)了一種用于逆作法梁板施工的懸掛支撐體系。該體系采用型鋼作為水平結(jié)構(gòu)模板支撐，利用吊桿將支撐體系懸掛在上層水平結(jié)構(gòu)上，不需搭設(shè)架體，施工方便，可大大縮短工期，也可有效保證結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量，解決軟土地基承載力不足等難題。如圖6 所示，該體系還設(shè)計了電動升降裝置，每層結(jié)構(gòu)施工完成后，可將懸掛體系下放至下層標高直接使用，直至基礎(chǔ)底板施工。新型逆作法梁板施工懸掛支撐體系施工技術(shù)工藝流程如圖7 所示。

圖6 升降裝置示意圖

圖7 施工工藝流程圖

施工關(guān)鍵步驟：①在零層板澆筑時通過預(yù)埋PVC 管預(yù)留吊桿孔，吊桿孔孔徑為50mm。吊環(huán)采用?14 圓鋼制作，與零層板上排鋼筋連接固定；②提前計算工字鋼及方鋼使用量，待土方開挖完成后通過出土口由塔吊運至坑內(nèi)。按照方案要求對工字鋼進行雙拼連接，并擺放到設(shè)計位置，然后按照方案間距安裝方鋼管，方鋼管與工字鋼采用焊接連接；③第二步土方開挖至地下二層頂板下300mm 左右，為梁板支撐懸掛體系提供組裝使用空間；④電動葫蘆上部與預(yù)埋吊環(huán)連接固定，下部與主梁上吊耳連接固定，利用電動葫蘆將懸掛平臺整體提升至地下二層頂板設(shè)計標高，并通過吊桿、墊板、螺母固定在零層板上；⑤梁板木枋、模板安裝，要求拼縫嚴密，所有木枋施工前均雙面壓刨平整以保證梁板的平整度，要求所有木枋找平后方可鋪設(shè)膠合板，以確保頂板模板平整；⑥在懸掛支撐體系上按照圖紙要求綁扎鋼筋。鋼筋綁扎、驗收完成后澆筑混凝土，混凝土澆筑時應(yīng)在相應(yīng)位置預(yù)留吊桿孔及電動葫蘆吊耳預(yù)留孔。

4 基坑與地鐵保護監(jiān)測

4.1 基坑監(jiān)測

該基坑為一級基坑，基坑監(jiān)測從開始施工水泥土連續(xù)墻到降水井全部封閉的時間段內(nèi)進行，以便信息化施工。基坑監(jiān)測分為水平位移監(jiān)測、豎向位移監(jiān)測、支護結(jié)構(gòu)內(nèi)力監(jiān)測和地下水位監(jiān)測4 項，監(jiān)測內(nèi)容有：地連墻墻頂?shù)乃胶拓Q向位移、地連墻的深層水平位移、立柱的豎向位移、水平支撐的內(nèi)力、周邊地表豎向位移、周邊的管線位移、周邊建筑物沉降/傾斜、基坑外地下水水位。

水平位移監(jiān)測中，測定特定方向上的水平位移時，采用視準線法、投點法；測定監(jiān)測點任意方向的水平位移時，視監(jiān)測點的分布情況，采用前方交會法和極坐標法；當測點與基準點無法通視或距離較遠時，采用GPS 測量法與基準線法相結(jié)合的綜合測量方法。

豎向位移監(jiān)測采用幾何水準方法?？拥茁∑穑ɑ貜棧┩ㄟ^設(shè)置回彈監(jiān)測標，采用幾何水準并配合傳遞高程的輔助設(shè)備進行監(jiān)測，傳遞高程的金屬桿或鋼尺等進行溫度、尺長和拉力等修正。

內(nèi)力監(jiān)測傳感器在基坑開挖前1 周埋設(shè)，并取開挖前連續(xù)2d 獲得的穩(wěn)定測試數(shù)據(jù)的平均值作為初始值。支護結(jié)構(gòu)內(nèi)力采用安裝在結(jié)構(gòu)表面的應(yīng)變計進行測量?；炷翗?gòu)件采用鋼筋應(yīng)力計測量，鋼構(gòu)件采用應(yīng)變計測量。

水位管在基坑開始降水前1 周埋設(shè)，且逐日連續(xù)觀測水位并取得穩(wěn)定初始值。

4.2 地鐵保護區(qū)監(jiān)測

具體監(jiān)測內(nèi)容有：車站及隧道結(jié)構(gòu)豎向位移、車站及隧道結(jié)構(gòu)、軌道道床豎向位移、軌道道床豎向位移、軌道道床縱向差異沉降、車站及隧道結(jié)構(gòu)收斂、結(jié)構(gòu)變形縫開合度、結(jié)構(gòu)變形縫水平差異、結(jié)構(gòu)變形縫差異沉降、風(fēng)道結(jié)構(gòu)沉降、風(fēng)道結(jié)構(gòu)水平位移、通道結(jié)構(gòu)沉降。

該項目豎向位移監(jiān)測點根據(jù)實際情況布設(shè)若干個靜力水準監(jiān)測點。在基坑影響范圍外布設(shè)2個靜力水準基準點，靜力水準基準點布設(shè)在遠離變形區(qū)以外，并遠離承壓水影響范圍。

結(jié)構(gòu)縫差異沉降監(jiān)測采用靜力水準測量系統(tǒng)，在結(jié)構(gòu)縫兩側(cè)0.5～1m 處各布設(shè)一個結(jié)構(gòu)豎向位移監(jiān)測點，通過對結(jié)構(gòu)縫兩側(cè)結(jié)構(gòu)進行沉降監(jiān)測，計算結(jié)構(gòu)縫差異沉降值。

車站結(jié)構(gòu)、盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)水平位移監(jiān)測。在上行線路和下行線路進行雙線監(jiān)測，在車站與隧道結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)，按每10m 布設(shè)一個監(jiān)測斷面。

4.3 監(jiān)測結(jié)果

基坑區(qū)域監(jiān)測數(shù)據(jù)如表2 所示，可看出基坑及各支護結(jié)構(gòu)均沒有過大變形，變化量均在設(shè)計值之內(nèi)，表中累計最大變化量是所有監(jiān)測點位中變化最大量。可見基坑整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。地鐵保護區(qū)監(jiān)測數(shù)據(jù)如表3 所示，監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示風(fēng)道結(jié)構(gòu)豎向位移最大，超過5mm。當時施工進度處于地下一層、地下二層頂板結(jié)構(gòu)已經(jīng)施工完成，正在進行地下二層土方開挖及底板結(jié)構(gòu)施工，1#風(fēng)道結(jié)構(gòu)最大隆起達到5.2mm，最終拓展至5.5mm。但其水平位移及沉降均在允許值范圍內(nèi)。結(jié)構(gòu)未出現(xiàn)裂縫、滲漏等病害情況，地鐵處于安全狀態(tài)，不影響正常運營。

表2 基坑區(qū)域監(jiān)測數(shù)據(jù)記錄表

表3 地鐵保護區(qū)域監(jiān)測數(shù)據(jù)記錄表

5 結(jié)語

本文依托天津市地鐵3 號線王頂?shù)陶菊淼貕K（迎順大廈）項目，結(jié)合項目情況進行逆作法施工，采用結(jié)合現(xiàn)場實際的控制變形技術(shù)與監(jiān)測技術(shù)，保證了基坑施工的安全與地鐵車站及其附屬結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。最后對本技術(shù)的實際效益進行總結(jié)。

1）利用地下結(jié)構(gòu)梁板作為水平支撐體系，避免了大量臨時支撐的架設(shè)和拆除，不僅減少了臨時支撐體系架設(shè)及拆除時基坑的變形，而且避免了支撐拆除過程噪音對周圍居民的影響。

2）合理設(shè)計了土方開挖專項方案，設(shè)計了分部、分層等開挖和轉(zhuǎn)運工序，保證了基坑施工安全和較高的施工效率。

3）將地下室頂板適當區(qū)域加固作為施工平臺和材料堆場，可有效解決基坑周邊場地狹小的問題，為后續(xù)工程的施工提供便利，在一定程度上加快整個工程的施工進度。

4）逆作法施工階段，從施工場地上方僅能看到范圍不大的臨時出土口，不易使周邊居民視覺上恐懼。保障了施工順利進行。

5）研發(fā)利用了一種用于逆作法梁板施工的懸掛支撐體系施工地下水平結(jié)構(gòu)，大大提高了施工自動化水平，降低了施工風(fēng)險，提高了施工效率。并且本技術(shù)不局限于本工程，在地下層數(shù)更多的建筑上，能發(fā)揮出更卓越的效益優(yōu)勢。

6）自基坑工程施工至結(jié)束，基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)與地鐵保護區(qū)監(jiān)測數(shù)據(jù)始終保持穩(wěn)定。為逆作法施工領(lǐng)域又提供了一個成功案例。