紧邻地铁运营线路的深基坑施工
[ 摘 要] 太平洋广场二期基坑围护结构距离正在运营的地铁隧道外边线仅318 m 。通过科学的施工方法、信息化监控等措施使其对地铁隧道的影响控制在允许范围内,本文对这一成功经验进行有益的总结,为今后同类工程的设计与施工提供参考价值。[ 关键词] 深基坑;土方开挖;变形控制;地铁监护太平洋广场二期工程由一幢39 层高的办公楼、三层商业楼、三层会所组成,东靠襄阳北路,西连东湖路,南临淮海中路,距地铁一号线隧道外边线仅318 m , 隧顶埋深约 -12170 m 。基坑占地面积4 400 m2 , 周边裙房区开挖深度912 m , 塔楼区及襄阳北路一侧挖深约11 m , 属深基坑工程, 基础采用钻孔灌注桩及3 m 厚承台板。
1 施工区域地质情况
基坑土体自上而下分为以下土层: ① 杂填土,上部夹碎砖、石子等杂物,下部以素填土为主,层厚1100～3140 m ; ② 粘土,含云母及铁锰结核,层厚015～211 m ; ③ 灰色淤泥质粉质粘土,饱和,中～高压缩性,夹粉砂薄层,层厚为2155～ 5160 m ; ④ 灰和淤泥质粘土,流塑,中压缩性,夹薄层粉砂,层厚为7140 m～1010 m ; ⑤ 粘土,饱和软塑,中～ 高压缩性,层厚3100～5160 m , 地下水位在地面下015 m 处。
2 基坑围护及支撑方案
该基坑围护结构为宽600～800 mm 、深18～20 m 地下连续墙,北侧采用钻孔灌注桩(桩径Φ = 1 000 mm , 桩长l = 18 m) ,桩后运用两排搅拌桩止水,墙顶设置钢筋混凝土压顶圈梁以增强维护结构的整体性。基底以下采用水泥搅拌桩满堂加固,深度为5 m , 地铁隧道侧加固宽度达10 m , 水泥掺量为15 % , 基底以上为8 % , 深层搅拌桩加固区与地墙的缝隙处进行了压密注浆。
东湖路三角区侧墙体平面形状曲折,采用钢筋混凝土支撑和围囹,其余区域支撑采用双肢钢管支撑2Φ609 ×16 mm , 上、下两道支撑同轴布置,中心标高为-2140 m 和-7100 m , 平面形式为网格状纵横布置,八字撑采用型钢H400 ×20 , 支撑由组合钢构架600 mm ×600 mm ×20 mm 组合箱形钢围囹立柱支承,既加快施工速度又保证支撑的刚度,如图1 。
3 施工期间地铁保护措施
本工程区段地铁隧道处于含水量高、压缩性高、强度低、流变性大的饱和软粘土层中,极易受到毗邻的深基坑开挖而造成的周边土层移动的影响。
在施工工艺和施工参数上采用先中间后四周的盆式挖土方式,做到“分层、分区、分块、对称、平衡、限时”挖土支撑。地铁侧开挖留土宽度不小于4 倍层深,增加基坑内近地铁侧区域内被动土体的保留时间以控制墙体位移,单块土体的挖土支撑控制在16～24 h , 垫层厚度增至300 mm , 当地下墙位移过大时采用在垫层内加设型钢支撑的应急预案,加强对周围环境、地铁隧道及基坑的监测,通过监测数据的反馈指导施工。
4 基坑开挖
第一层土方开挖深度不足3 m , 由于基坑面积大,土体卸载后无任何支护措施达15 d , 对周边环境影响明显。基坑土体最大位移量累计达8 mm , 地铁隧道沉降为2 mm , 第一道钢支撑施力后,损失率达39 %～57 % 。
图1 基坑平剖面
第二层土方开挖具有深度大、难度高的特点,为确保地铁运营安全,首先开挖栈桥以西土体并架设支撑,南北向M、L、K支撑区域由北向南分层开挖且淮海路侧预留10 m 宽左右土体最后挖除,缩短围护墙无支撑暴露时间,接着掏槽开挖贯通东西向C、D、E 支撑后完成钢栈桥以东及C 撑以西的东北角,最后东南角全线贯通,施工期间每贯通一根支撑便立即施加预应力。第二层K撑区域土体开挖时支撑未能及时架设,淮海路侧基坑暴露时间超过36 h , 土体测斜日变化量持续大于1 mm , 之后邻近的地铁隧道沉降量陡升至013～ 015 mmΠd , 隧道管片收敛向基坑卸土方向拉伸量最大可达013 mmΠd。第三层土体开挖时施工方增加挖土及支撑补焊工作的力量,分块挖土后立即浇注垫层,较快地完成了淮海路侧混凝土垫层,并对第二道钢支撑按原设计的120 % 复加轴力,有效地控制了基坑土体位移,淮海路侧基本保持稳定的状态, 日变形量控制在015 mm 以内。土方挖除结束后的一个月内加强截桩凿桩及钢筋绑扎的工作,完成了大底板混凝土的浇筑。从地下室结构施工至首层楼面结构全部浇筑完成的七个月时间内,地铁隧道变形总沉降量在815 mm 以内,管片未出现因施工造成的渗漏水、裂缝等异常现象,满足地铁保护技术标准和要求。
5 施工监测结果及分析
5. 1 基坑开挖阶段监测工况
分为九个工况: 第一层土方开挖前、第一道支撑完成(25 d) 、第二层土方及支撑完成(32 d) 、第一次复加轴力、第二次复加轴力、春节七天长假后、第三层土方及垫层完成(60 d) 、底板钢筋绑扎及浇筑完成(34 d) 、地下结构完成(52 d) 。
5. 2 基坑施工监测
1998 年完工的地下连续墙内测斜管因保护不当受损,基坑开挖前在地墙外侧增设深达30 m 的土体测斜点,每6 m 左右布置一个测点,近地铁侧共6 孔土体测斜,土体开挖阶段测斜如图3。
图2 不同工况下隧道沉降曲线
图3 土体测斜
另设钢支撑轴力测试、分层沉降、土压力、基坑回弹、周边环境地表监测等项目,基坑开挖阶段观测频率1 次Π天,第二层土方开挖期间支撑轴力损失较严重,且土体测斜值持续增长,监测频率调整为2 次Π天。5. 3 地铁结构监测
根据地铁保护等级要求,在地铁一号线隧道内受太平洋广场二期工程施工影响区域设置隧道沉降、水平位移及收敛监测点。控制指标:地铁结构最终绝对沉降量及水平位移量 ≤20 mm; 隧道最终收敛变化值< 20 mm , 日变化量≤1 mm 。基坑开挖阶段观测频率为一日一次,地铁隧道沉降曲线如图3。
5. 4 监测结果分析
第一层开挖深度不足3 m , 但由于第一道支撑架设时间延迟,对坑外土体位移及地面沉降均有较大影响,影响程度 都占总变形量的25 % 左右;图2 中地铁隧道沉降曲线斜率明显减小说明对支撑施加预应力及适当复加轴力对减少支护结构的位移以保护邻近的地铁隧道作用明显;大底板浇筑后与桩基协同受力,基坑及周边环境逐渐稳定;地铁隧道作为用纵、横向螺栓连接柔性管,在受外力扰动后有一定的传递应力及自身调整变形能力,底板浇筑后表现为略有回弹和收敛变形恢复。
6 结论
a) 紧临地铁运营线路的深大基坑施工时在隧道内同步布设监测系统、及时采集分析数据以优化施工参数,对保证地铁结构的意义重大;
b) 合理安排人力、物力,减少基坑无支护暴露及支撑的架设时间,对保护基坑周边环境作用非常明显; c) 在基坑开挖过程中坑内土体加固对周边环境影响控制显著,但对挖土带来一定的难度。
参考文献
1 刘建航, 侯学渊. 基坑工程手册. 北京: 中国建筑工业出版社, 1997
2 王如路,朱蕾,杨国伟. 软土深基坑工程时空效应理论简析. 中国土木工程学会隧道及地下工程学会地下铁道专业委员会第十四届学术交流会论文集. 北京:中国科学技术出版社,2000
3 王如路,周贤浩. 近年来上海地铁监护发现的问题及对策. 中国土木工程学会隧道及地下工程学会地下铁道专业委员会第十四届学术交流会论文集. 北京:中国科学技术出版社,2000
原作者：朱 蕾 叶耀东 张柏平来源：《筑技术开发》
