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        巖溶地區(qū)基坑工程及樁基礎(chǔ)施工對地鐵結(jié)構(gòu)影響的風(fēng)險(xiǎn)分析

        2023-01-21 03:05:24羅春華
        建筑與裝飾 2022年24期
        關(guān)鍵詞:坑底巖溶基坑

        羅春華

        廣州軌道交通建設(shè)監(jiān)理有限公司 廣東 廣州 510000

        引言

        隨著廣州地鐵不斷發(fā)展,越來越多的地鐵線路建成并投入運(yùn)營,既有地鐵結(jié)構(gòu)受鄰近外部項(xiàng)目施工的影響現(xiàn)象不斷增加,控制外部項(xiàng)目施工對地鐵隧道的影響成為越來越重要的工作。鑒于廣州已進(jìn)行多個(gè)巖溶區(qū)域鄰近地鐵結(jié)構(gòu)的外部工程設(shè)計(jì)與施工,且部分工程對地鐵結(jié)構(gòu)及運(yùn)營造成較大影響,筆者通過收集、分析和總結(jié)類似工程案例,結(jié)合地鐵保護(hù)工作經(jīng)驗(yàn),針對實(shí)施的廣州設(shè)計(jì)之都聯(lián)合基坑項(xiàng)目進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析,并擬定相應(yīng)的管控措施[1]。

        1 項(xiàng)目概況

        廣州設(shè)計(jì)之都基礎(chǔ)設(shè)施綜合開發(fā)項(xiàng)目由30幅地塊以及地塊之間的公共空間組成。地下環(huán)路為單層結(jié)構(gòu),地塊內(nèi)為2~4層地下室。以地下室大空間建設(shè)、聯(lián)合開發(fā)的原則,共享與私密結(jié)合使用的理念進(jìn)行聯(lián)合基坑建設(shè)模式開發(fā)地下空間。聯(lián)合基坑長約460m、寬約370m,周長約1769m,基坑深度約10.5m,面積約170km2。該項(xiàng)目采用聯(lián)合基坑建設(shè)模式,即在用地外圍做統(tǒng)一基坑支護(hù),統(tǒng)一開挖聯(lián)合基坑底,地下空間所有地塊和公共空間共用一個(gè)大基坑,各地塊根據(jù)建設(shè)面積分?jǐn)偦油顿Y的模式?;覨區(qū)采用0.8m厚地連墻+三道鋼筋砼桁架撐的支護(hù)形式,基坑深度約16.6m;基坑G區(qū)采用0.8m厚格柵式地連墻進(jìn)行支護(hù),基坑開挖深度約6.6m;H區(qū)基坑采用0.8m厚地連墻+三道鋼筋砼桁架撐的支護(hù)形式,基坑開挖深度約14m。

        2 工程與地鐵結(jié)構(gòu)關(guān)系

        2.1 基坑F區(qū)與地鐵關(guān)系

        黃邊地鐵站Ⅳ號(hào)出入口及F6、F7號(hào)風(fēng)亭與F區(qū)基坑地連墻的最小水平凈距為10m,其中地連墻距離Ⅳ號(hào)出入口原土釘?shù)淖钚∷骄嚯x約為3m,基坑底標(biāo)高約-1.60m,地鐵站底板標(biāo)高約4.80m,基坑深地鐵車站約6.40m;區(qū)間隧道與基坑F區(qū)地連墻的最小水平凈距為18m。

        2.2 基坑F區(qū)與地鐵關(guān)系

        基坑G區(qū)地連墻結(jié)構(gòu)外邊線與區(qū)間隧道的最小水平凈距為14.1m,基坑底標(biāo)高約7.90m,地鐵隧道底標(biāo)高約為3.40~4.28m,基坑淺于地鐵隧道約3.62~4.50m。

        2.3 基坑F區(qū)與地鐵關(guān)系

        基坑H區(qū)地連墻結(jié)構(gòu)外邊線與區(qū)間隧道的最小水平凈距為20.6m,基坑底標(biāo)高約-0.50m,地鐵隧道底標(biāo)高約為2.90~3.40m,基坑深地鐵隧道約3.40~3.90m。

        3 對地鐵影響的風(fēng)險(xiǎn)評估

        3.1 風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測與識(shí)別

        3.1.1 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

        3.1.1.1 由于本次聯(lián)合基坑設(shè)計(jì)僅考慮開挖至-2F層,局部地塊基坑比聯(lián)合基坑深時(shí),由地塊方獨(dú)立開挖支護(hù),后續(xù)各地塊獨(dú)立建設(shè)過程中,涉及建設(shè)單位多,受各建設(shè)方企業(yè)管理、領(lǐng)導(dǎo)理念影響大。

        3.1.1.2 該工程及地鐵結(jié)構(gòu)周邊地質(zhì)條件差,軟塑、可塑性粉質(zhì)黏土層較厚,砂層級配不良。

        3.1.1.3 該區(qū)域?yàn)閹r溶強(qiáng)烈發(fā)育場地、以無充填或充填少為主,受廣從斷裂帶影響,基巖張性裂隙發(fā)育,坑底溶洞可能與地鐵結(jié)構(gòu)下方溶洞通過巖層裂隙帶、破碎帶連通,與上面砂層相連通,地下水量豐富[2]。

        3.1.1.4 受該工程基坑H區(qū)影響范圍內(nèi)對應(yīng)的地鐵左、右線隧道現(xiàn)狀累計(jì)最大沉降分別為-10.1mm、-7.38mm;受該工程基坑F區(qū)和G區(qū)對應(yīng)范圍內(nèi)的地鐵隧道基本表現(xiàn)為向上方隆起,其中左、右線隧道最大隆起分別為9.3mm、5.9mm。

        3.1.1.5 地鐵隧道及車站結(jié)構(gòu)均采用明挖現(xiàn)澆施工,存在大量施工鋒和變形縫。

        3.1.2 施工組織風(fēng)險(xiǎn)。①各地塊獨(dú)立建設(shè)過程中,涉及建設(shè)、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理單位多,溝通協(xié)調(diào)難度大,聯(lián)合基坑與獨(dú)立基坑交接時(shí)間長。②施工單位可能存在不按圖施工、違規(guī)施工等行為。③基坑開挖過程中超挖,不及時(shí)架設(shè)支撐,不遵循分區(qū)、分塊、分層的原則。④基坑體量龐大,施工組織不當(dāng),不及時(shí)回筑地下室結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致坑底暴露時(shí)間長。⑤施工單位為節(jié)省成本,在坑底進(jìn)行樁基礎(chǔ)施工。⑥基坑邊堆載、吊裝造成基坑支護(hù)超限。

        3.1.3 施工工法、工藝及質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。①圍護(hù)結(jié)構(gòu)嵌固深度不足、剛度小,支撐高度及角撐受力不合理。②連續(xù)墻質(zhì)量缺陷,基坑側(cè)壁滲漏水;大量抽排地下水。③連續(xù)墻、基礎(chǔ)樁及支撐立柱施工過程中未采取相關(guān)防止塌孔措施,大量抽排地下水或巖溶水。④連續(xù)墻、基礎(chǔ)樁及支撐立柱施工工法不當(dāng),采用沖孔、振動(dòng)、爆破施工造成溶土洞坍塌。⑤坑底溶洞可能與地鐵結(jié)構(gòu)下方溶洞通過巖層裂隙、破碎帶連通,大量抽排巖溶水可能會(huì)導(dǎo)致地鐵下方溶洞坍塌。⑥坑底溶洞可能與上面砂層相連通,大量抽排巖溶水可能導(dǎo)致地鐵結(jié)構(gòu)周邊土層壓縮,造成地鐵結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不均勻變形。⑦基坑施工過程中,地鐵結(jié)構(gòu)周邊設(shè)置回灌井過度回灌地下水,造成地鐵結(jié)構(gòu)周邊軟塑黏土軟化、可塑黏土軟化崩塌。⑧砂層級配不良,基坑施工抽排地下水、回灌地下水均可能導(dǎo)致地鐵隧道周邊沙土流失[3]。

        3.2 風(fēng)險(xiǎn)定性評估

        3.2.1 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

        3.2.1.1 后續(xù)各地塊獨(dú)立建設(shè)過程中,涉及建設(shè)單位多,受各建設(shè)方企業(yè)管理、領(lǐng)導(dǎo)理念影響大,靠近地鐵的基坑F、H區(qū)開挖深度控制難度大。由于地鐵保護(hù)專家評審會(huì)議一致認(rèn)為,F(xiàn)、H區(qū)基坑若開挖三層地下室將會(huì)對地鐵結(jié)構(gòu)造成重大影響,但后續(xù)各地塊的業(yè)主均為參與地鐵保護(hù)審查及專家評審工作,獨(dú)立基坑施工前須繼續(xù)進(jìn)行地鐵保護(hù)報(bào)審工作,溝通、協(xié)商及現(xiàn)場管控將會(huì)相當(dāng)困難。

        3.2.1.2 該工程及地鐵結(jié)構(gòu)周邊地質(zhì)條件差,軟塑、可塑性粉質(zhì)黏土層較厚,砂層級配不良,基坑支護(hù)、開挖、降水以及樁基礎(chǔ)施工等稍有不慎將會(huì)引起地鐵結(jié)構(gòu)周邊土層發(fā)生變化,從而導(dǎo)致地鐵結(jié)構(gòu)變形。

        3.2.2 施工組織風(fēng)險(xiǎn)。

        3.2.2.1 各地塊獨(dú)立建設(shè)過程中,涉及建設(shè)、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理單位多,溝通協(xié)調(diào)難度大,聯(lián)合基坑與獨(dú)立基坑交接時(shí)間長;且基坑體量龐大,施工組織不當(dāng),不及時(shí)回筑地下室結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致坑底暴露時(shí)間長,致使圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形持續(xù)發(fā)展,影響周邊地層應(yīng)力的原有平衡,造成地鐵結(jié)構(gòu)變形。

        3.2.2.2 設(shè)計(jì)計(jì)算、驗(yàn)算及相關(guān)專家評審均是在合理施工條件下評定為基本可行,但如果現(xiàn)場施工單位不按圖施工,基坑超挖、不及時(shí)架設(shè)支撐,不遵循分區(qū)、分塊、分層的原則等違規(guī)施工行為,將對周邊環(huán)境造成重大影響,嚴(yán)重地威脅地鐵結(jié)構(gòu)安全。

        3.2.2.3 施工單位為節(jié)省成本,在坑底進(jìn)行樁基礎(chǔ)施工,會(huì)導(dǎo)致坑底長期暴露,造成支護(hù)結(jié)構(gòu)變形超限,增加地鐵安全風(fēng)險(xiǎn)。

        3.2.2.4 基坑邊堆載、吊裝,將會(huì)造成基坑支護(hù)超限,并導(dǎo)致地鐵結(jié)構(gòu)側(cè)的土層壓縮固結(jié),容易導(dǎo)致地鐵結(jié)構(gòu)變形。

        3.2.3 施工工法、工藝及質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

        3.2.3.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)嵌固深度不足、剛度小,支撐高度及角撐受力不合理,將會(huì)造成基坑坑底隆起、圍護(hù)結(jié)構(gòu)踢腳、變形超限、周邊地層水土流失。

        3.2.3.2 該區(qū)域?yàn)閹r溶強(qiáng)烈發(fā)育場地、以無充填或充填少為主,受廣從斷裂帶影響,基巖張性裂隙發(fā)育,坑底溶洞可能與地鐵結(jié)構(gòu)下方溶洞通過巖層裂隙帶、破碎帶連通,連續(xù)墻、基礎(chǔ)樁及支撐立柱施工過程中未采取相關(guān)防止塌孔措施,大量抽排地下水或巖溶水將會(huì)導(dǎo)致地鐵結(jié)構(gòu)下方溶洞壓縮或坍塌,地鐵結(jié)構(gòu)變形縫將會(huì)出現(xiàn)不均勻沉降。

        3.2.3.3 坑底溶洞可能與地鐵結(jié)構(gòu)周邊級配不良的砂層相連通,連續(xù)墻質(zhì)量缺陷、基坑側(cè)壁滲漏水或施工過程中大量抽排地下水,使得坑內(nèi)外產(chǎn)生水力梯度,導(dǎo)致土中水分流動(dòng),然后帶走砂粒,且產(chǎn)生對土體的壓縮,也會(huì)對地鐵隧道的變形有一定程度的影響。

        3.2.3.4 連續(xù)墻、基礎(chǔ)樁及支撐立柱施工工法不當(dāng),采用沖孔、振動(dòng)、爆破施工造成溶土洞坍塌,同時(shí)可能導(dǎo)致地鐵結(jié)構(gòu)周邊砂層液化。

        3.2.3.5 基坑施工過程中,地鐵結(jié)構(gòu)周邊設(shè)置回灌井過度回灌地下水,造成地鐵結(jié)構(gòu)周邊軟塑黏土軟化、可塑黏土軟化崩塌[4]。

        3.3 風(fēng)險(xiǎn)管控措施

        針對以上風(fēng)險(xiǎn)分析,結(jié)合多年的地鐵保護(hù)工作經(jīng)驗(yàn),提出以下管控措施,供后續(xù)地保工作參考。

        3.3.1 針對各地塊獨(dú)立建設(shè)過程中,涉及建設(shè)、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理單位多,溝通協(xié)調(diào)難度大的問題,地鐵保護(hù)工作人員應(yīng)提前介入,與鄰近地鐵地塊的建設(shè)單位溝通,督促提醒對方按《廣州市城市軌道交通管理?xiàng)l例》及地鐵集團(tuán)復(fù)函、會(huì)議紀(jì)要等相關(guān)要求進(jìn)行執(zhí)行。

        3.3.2 嚴(yán)格控制鄰近地鐵側(cè)基坑F區(qū)和H區(qū)開挖深度,將F區(qū)和H區(qū)控制為二層地下室,避免基坑開挖過深對鄰近地鐵結(jié)構(gòu)造成威脅。

        3.3.3 要求設(shè)計(jì)單位核算基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)布置體系,圍護(hù)結(jié)構(gòu)須有足夠的嵌固深度,確保連續(xù)墻、支撐有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。

        3.3.4 施工過程嚴(yán)格控制地下水位,嚴(yán)禁采取深層降水措施,確保地下水位下降幅度控制在1.0m以內(nèi)。施工前在地鐵側(cè)布置水位回灌井,但須采用無壓回灌,嚴(yán)格控制回灌速度,避免砂層中出現(xiàn)沙土流失現(xiàn)象及軟塑、可塑性粉質(zhì)黏土層遇水軟化、崩塌。

        3.3.5 要求設(shè)計(jì)單位制定巖溶處理專項(xiàng)方案,現(xiàn)場施工須有針對性地采取相關(guān)措施,確保該項(xiàng)目及地鐵結(jié)構(gòu)安全。

        3.3.6 鑒于該基坑體量龐大、實(shí)施時(shí)長為管控重點(diǎn),須嚴(yán)控開挖及封底時(shí)間。基坑開挖應(yīng)遵循分區(qū)、分塊、分層、及時(shí)封閉的原則;嚴(yán)禁超挖,及時(shí)架設(shè)支撐;當(dāng)挖至基坑底設(shè)計(jì)高程時(shí),應(yīng)立即施做地下室結(jié)構(gòu),避免因基坑長時(shí)間暴露增加地鐵安全風(fēng)險(xiǎn)。

        3.3.7 連續(xù)墻、基礎(chǔ)樁及支撐立柱禁止采用趕作業(yè)成孔、禁止抽排地下水;須采用泥漿護(hù)壁施工,并采取有針對性措施防止塌孔;工程樁應(yīng)從地面施工,減少基坑暴露時(shí)間。

        3.3.8 要求施工單位制定完善的施工方案、地鐵保護(hù)專項(xiàng)方案及應(yīng)急預(yù)案,施工前須對現(xiàn)場管理人員及操作人員進(jìn)行交底。

        3.3.9 地下工程實(shí)施須遵循先監(jiān)測后施工的原則,加強(qiáng)對基坑及地鐵結(jié)構(gòu)變形及周邊地下水位監(jiān)測,重點(diǎn)監(jiān)測地鐵車站主體與附屬結(jié)構(gòu)、車站主體與隧道結(jié)構(gòu)及相關(guān)變形縫的差異沉降。

        3.3.10 值得注意的是,數(shù)值分析過程中不考慮變形的時(shí)空效應(yīng),然而地層變化具有時(shí)空效應(yīng),外部項(xiàng)目對地鐵隧道的影響傳遞過程一般為:基坑-基坑周圍地層-地鐵隧道周圍土層(圍巖)-隧道管片-道床。而目前對地鐵隧道變形監(jiān)測對象是隧道管片內(nèi)部結(jié)構(gòu)和道床,以至于監(jiān)測數(shù)據(jù)對危險(xiǎn)預(yù)測存在滯后性。因此,后續(xù)監(jiān)控管理工作不僅限于監(jiān)測數(shù)據(jù)關(guān)注,要把地保工作重點(diǎn)放在現(xiàn)場監(jiān)管[5]。

        4 結(jié)束語

        鑒于廣州已進(jìn)行過多項(xiàng)巖溶地區(qū)地鐵車站及區(qū)間隧道的側(cè)方深基坑工程設(shè)計(jì)和施工,其中綠地金融中心、中國南方航空大廈、廣州無限極廣場等項(xiàng)目均位于該工程周邊,擁有類似的地質(zhì)條件,均對地鐵結(jié)構(gòu)造成不可挽回?fù)p傷。前事不忘、后事之師,地鐵保護(hù)工作人員應(yīng)整理過往案例、總結(jié)經(jīng)驗(yàn),嚴(yán)格監(jiān)督該工程施工過程,做好充分的溝通,盡量避免施工過程中出現(xiàn)上訴風(fēng)險(xiǎn)源,執(zhí)行好風(fēng)險(xiǎn)控制及規(guī)避措施。

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