某引發(fā)地鐵隧道變形的深基坑搶險復(fù)工設(shè)計

林作忠

(中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司， 湖北武漢 430063)

某引發(fā)地鐵隧道變形的深基坑搶險復(fù)工設(shè)計

林作忠

(中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司， 湖北武漢 430063)

位于即將開通運營某地鐵線路一側(cè)的商務(wù)中心大型基坑采用樁錨支護形式。由于基坑大范圍開挖至基底，圍護結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了較大位移，導(dǎo)致臨近的地鐵盾構(gòu)隧道發(fā)生了嚴(yán)重變形。為了保證隧道的安全，立即對基坑進行了回填土反壓處理。通過監(jiān)測，在明確隧道的變形和基坑的位移趨于穩(wěn)定后，設(shè)計方編制了基坑的搶險復(fù)工方案，施工方根據(jù)該方案，采取了分塊開挖的方式，完成了商務(wù)中心地下室結(jié)構(gòu)的施工。隧道的后續(xù)變形控制在設(shè)計方提出的建議值之內(nèi)，隧道管片經(jīng)過加固處理后能夠繼續(xù)使用。

嚴(yán)重變形；回填土反壓；分塊開挖；搶險措施

1 工程概況

某商務(wù)中心基坑包含該商務(wù)中心的四層地下商場及車庫，場地位于某市東南部新區(qū)，距市區(qū)中心約26 km。場地東鄰正在開發(fā)地塊，北側(cè)為空地、南及西側(cè)均為市政道路，該市軌道交通1號線區(qū)間隧道位于西側(cè)道路正下方。本項目對應(yīng)基坑開挖面積約23 958 m2；基坑支護周長約639 m，按勘察現(xiàn)狀地面高程計算，基坑周邊開挖深度13.70～20.50 m，其中基坑西南角深度較大，西北角深度較小(圖1)。

圖1 某商務(wù)中心基坑平面

2 圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計概況

基坑深度范圍內(nèi)從上往下依次分布有填土、粉質(zhì)黏土、粉細(xì)砂、粉砂、礫砂、泥炭質(zhì)土等土層，地下水位為地面以下4～5 m。

基坑的支護形式結(jié)合現(xiàn)場的實際情況進行選擇：基坑北側(cè)和東側(cè)現(xiàn)場有放坡條件，采用復(fù)合土釘墻進行支護；基坑的西側(cè)和南側(cè)，采用“頂部放坡+旋挖灌注樁+預(yù)應(yīng)力錨索”的支護方案，放坡段根據(jù)基坑場地條件以及土層情況的不同，采用不同的坡率以及平臺寬度。當(dāng)頂部放坡空間有限時，采用長螺旋灌注短樁和人工挖孔短樁進行加固。由于基坑西側(cè)臨近地鐵隧道，南側(cè)是剛剛竣工的市政道路，在圍護樁外側(cè)設(shè)置了落地止水帷幕，以確保基坑開挖過程中的環(huán)境安全(圖2)。

圖2 某商務(wù)中心基坑圍護剖面(單位：mm)

3 基坑應(yīng)急處理措施

基坑大面積開挖至基底時，業(yè)主方要求增加地下室的高度，基坑的實際開挖深度比原設(shè)計加深了1 m，基坑最深處為21.5 m。7月份正值該地區(qū)雨季，連日下雨，大片底板未能及時澆筑，基坑暴露時間長，基坑西側(cè)尤其是南角的圍護結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較大變形。

根據(jù)現(xiàn)場了解，該商務(wù)中心基坑分別出現(xiàn)兩次較大變形，第一次變形較大的時間為7月11日，變形較大部位位于基坑中部靠近西南角，施工方采取了應(yīng)急措施，回填了部分反壓土；第二次基坑出現(xiàn)較大變形時間為7月17日，基坑西北側(cè)出現(xiàn)了滑坡?；映霈F(xiàn)較大變形，與大面積開挖有關(guān)，同時也與基坑超挖有關(guān)(比原設(shè)計加深1 m)。

7月25日下午，地鐵方施工人員對該商務(wù)中心基坑事故區(qū)域的區(qū)間隧道進行巡視時發(fā)現(xiàn)：編號222、234、235、236、238的管片左側(cè)拱腰位置出現(xiàn)碎裂裂紋，裂紋位置位于隧道東側(cè)，呈南北走向，裂紋最大寬度約2 cm(編號238管片)。同時，管片表面出現(xiàn)較多的混凝土脫落現(xiàn)象，情況危急。該區(qū)間隧道已于此前一年7月10日貫通，同年12月移交鋪軌單位施工，隧道移交前，隧道防水堵漏、斷面測量等工作均按設(shè)計要求完成。在管片開裂之前，各工序工作基本完成，已經(jīng)具備試通車條件。

地鐵試運行在即，突然出現(xiàn)了嚴(yán)重的變形和開裂，軌道公司、相關(guān)主管部門、隧道施工單位高度重視，立即召開專家討論會，分析得出隧道的嚴(yán)重變形是由于該基坑大面積開挖和超挖產(chǎn)生的側(cè)向變形引起的(圖3)，圍護樁發(fā)生較大的側(cè)移，樁后土體也隨之發(fā)生了側(cè)移，樁錨體系的側(cè)移導(dǎo)致區(qū)間隧道管片兩側(cè)土體壓力失衡，隧道管片處于偏壓狀態(tài)，產(chǎn)生了水平位移和豎向位移，隧道出現(xiàn)較大開裂。軌道公司、相關(guān)主管部門責(zé)成商務(wù)中心地產(chǎn)方立即啟動應(yīng)急預(yù)案，停止底板施工，并對基坑西側(cè)進行回填土反壓處理，同時地鐵隧道施工方立即對出現(xiàn)嚴(yán)重開裂的隧道管片增加了鋼托架，以控制管片的變形，同時加強了商務(wù)中心基坑的監(jiān)測和管片的變形監(jiān)測。

圖3 商務(wù)中心基坑與隧道位置關(guān)系

回填反壓后，對基坑及隧道管片進行了連續(xù)一周的加密監(jiān)測，二者的變形均趨于穩(wěn)定。在此期間，軌道公司委托某高校對變形嚴(yán)重的隧道管片進行了檢測和鑒定，給出的意見是隧道管片經(jīng)過加固可以繼續(xù)使用，但變形已經(jīng)達(dá)到臨界狀態(tài)。相關(guān)主管部門向商務(wù)中心地產(chǎn)方下達(dá)了停工令，防止任何未經(jīng)許可的取土行為，以確保地鐵隧道的安全。

4 基坑復(fù)工方案

4.1 復(fù)工方案的提出

在回填反壓處理之后，商務(wù)中心地產(chǎn)方為趕工期繼續(xù)進行基坑中部和西側(cè)的土體開挖以及地下室結(jié)構(gòu)的施工，在相關(guān)主管部門的嚴(yán)密監(jiān)察下才未對反壓土進行取土。當(dāng)時面臨的一個問題就是地鐵要保證如期試運行，而商務(wù)中心地下室的后續(xù)施工又必須涉及到再次取土的問題。

根據(jù)收集到的現(xiàn)場資料以及基坑的原設(shè)計文件，我方針對目前的開挖現(xiàn)狀做了圍護結(jié)構(gòu)的驗算。結(jié)果顯示，在基坑普遍超挖1 m的條件下，圍護結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性、坑底抗隆起勉強滿足設(shè)計規(guī)范要求，計算所得到的圍護結(jié)構(gòu)水平位移值較原設(shè)計大，超挖條件下，樁錨支護體系的圍護結(jié)構(gòu)水平位移難以得到有效控制。

與隧道順行的基坑西側(cè)范圍，是圍護結(jié)構(gòu)水平位移較大的范圍，管片開裂最嚴(yán)重的幾個環(huán)片也對應(yīng)在這個范圍內(nèi)。

我方設(shè)計人員根據(jù)現(xiàn)場的監(jiān)測數(shù)據(jù)提出了基于錨索未完全失效情況下的復(fù)工方案，大致思路是將影響隧道的順行區(qū)域反壓土體分成若干條塊，并采取跳倉開挖的方式，對于每一倉的反壓土，均采取分層取土的方法，分兩次取土，第一次取土的深度不超過隧道的頂高程。取土完畢后，施做腰梁，并利用基坑中部已施工的結(jié)構(gòu)底板設(shè)置斜向混凝土支撐，支撐以底板上的支墩和混凝土腰梁為支點。經(jīng)過分析計算，混凝土支撐采用600X800、C30現(xiàn)澆混凝土支撐，水平間距約為8 m(與某商務(wù)中心地下室結(jié)構(gòu)柱距大致保持相同，以方便結(jié)構(gòu)施工)?；炷林卧诮Y(jié)構(gòu)回筑階段考慮為不拆除支撐，支撐與即將施工的側(cè)墻之間采用防水接頭處理，結(jié)構(gòu)施工完畢后予以割除。對應(yīng)于本方案，設(shè)計方提出，在后續(xù)抽條挖取反壓土?xí)r，圍護結(jié)構(gòu)的新增水平位移控制在15 mm以內(nèi)，同時要求隧道管片監(jiān)測與基坑變形監(jiān)測進行聯(lián)測，并做到監(jiān)測結(jié)果相互反饋和共享。在圍護結(jié)構(gòu)新增水平位移15 mm以內(nèi)的條件下，結(jié)合高校出具的管片檢測報告和建議，設(shè)計方提出的盾構(gòu)隧道管片的新增變形不得超過10 mm。

4.2 復(fù)工方案的實施

在方案實施前，必須對復(fù)工方案作專家評審。9月11日，由相關(guān)主管部門組織召開了專家討論會，專家針對我方提出的復(fù)工方案，主要提出以下意見：

①應(yīng)全面調(diào)查基坑現(xiàn)狀，盡快組織對現(xiàn)有支護結(jié)構(gòu)(支護樁、錨索)進行必要的檢測，設(shè)計應(yīng)根據(jù)檢測情況對現(xiàn)設(shè)計方案進行復(fù)核驗算，以保證工程安全。

②應(yīng)完善斜撐構(gòu)造設(shè)計，保證樁-錨-撐整體受力體系的可靠性。

③應(yīng)對現(xiàn)有止水帷幕有效性進行合理評估，盡快封閉滲漏點，鑒于本場地存在粉土、粉砂層，降水不當(dāng)將可能形成流砂，現(xiàn)設(shè)計方案應(yīng)補充完善對地下水的控制措施，以保證彩云南路坑邊與地鐵隧道之間地下水的穩(wěn)定。

④應(yīng)進一步完善監(jiān)測方案，設(shè)置土體深層位移監(jiān)測孔，并對變形速度和控制值提出要求。

⑤專家組原則上同意設(shè)計方提出的搶險復(fù)工設(shè)計方案，但應(yīng)完善設(shè)計依據(jù)，按照相關(guān)規(guī)范要求，認(rèn)真細(xì)化設(shè)計，對加固支護機構(gòu)設(shè)計及隧道提出明確的預(yù)警值及控制值。

縱觀專家組的意見，無疑都集中在確保隧道安全的基礎(chǔ)上，但對于專家提出的要求對錨索進行檢測的意見，設(shè)計方認(rèn)為存在一定的難度，且沒有必要性。針對目前的現(xiàn)狀，最能反映現(xiàn)狀問題的就是基坑和隧道的各項監(jiān)測結(jié)果。如何檢驗圍護樁和錨索是否失效或者一旦失效了，如何檢驗失效的程度，都不是現(xiàn)場檢測實驗?zāi)軌驕?zhǔn)確得出的。對于專家提出的意見，設(shè)計方提出一個大膽的設(shè)想，即在順行隧道的西側(cè)反壓土中部，拉開一條約為10 m的槽段，槽段直接拉到基坑底部，且不增加任何支撐，并對槽段范圍內(nèi)的樁及錨索進行位移監(jiān)測和內(nèi)力監(jiān)測，而主要重點在圍護結(jié)構(gòu)的水平位移監(jiān)測上。通過7天的連續(xù)監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)新增的位移約為5 mm，隧道新增的變形約為4 mm，且趨于穩(wěn)定。由此，設(shè)計方判斷，樁錨體系并未失效，采取增加腰梁和混凝土支撐的補救措施，能夠滿足再次取土?xí)r圍護結(jié)構(gòu)以及盾構(gòu)管片的變形要求。

9月19日，施工現(xiàn)場開始復(fù)工，進行西側(cè)的取土作業(yè)。在此之前，設(shè)計方就復(fù)工方案的要點和注意事項等內(nèi)容向施工方進行了詳細(xì)交底并要求施工方嚴(yán)格遵照執(zhí)行，同時施工單位必須根據(jù)復(fù)工方案編制詳盡的應(yīng)急預(yù)案，確保隧道的安全。

首先實施的就是拉槽的區(qū)段，經(jīng)過一周左右的時間，該區(qū)段的地下室結(jié)構(gòu)基本施工完畢，在基坑西側(cè)中間位置形成了強有力的板撐(圖4)。以此段支撐為分界，向基坑南側(cè)和北側(cè)同時進行跳倉開挖，分層取土，施做混凝土支撐，同時加強隧道和基坑的監(jiān)測，并將二者的監(jiān)測進行連動比較。監(jiān)測結(jié)果反映，采用設(shè)計方提出的分塊分層開挖土體并增加混凝土支撐的方案，實施過程中基坑圍護結(jié)構(gòu)水平位移和隧道管片的變形均滿足設(shè)計方提出的控制值，整個施工過程得到了較好的把控。經(jīng)過約2個半月的施工，順行地鐵隧道的西側(cè)基坑部分地下室結(jié)構(gòu)全部完成，既滿足了該商務(wù)中心的工期要求，也保證了地鐵的順利試運行，取得了良好的社會效益。

圖4 基坑抽條開挖施工過程

5 結(jié)束語

某商務(wù)中心樁錨支護基坑，由于基坑大范圍超挖，圍護結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了較大水平位移，導(dǎo)致臨近的地鐵盾構(gòu)隧道發(fā)生了嚴(yán)重變形。為了保證隧道的安全，立即對基坑進行了回填土反壓處理。通過監(jiān)測，在明確隧道的變形和基坑的位移趨于穩(wěn)定后，設(shè)計方編制了基坑的復(fù)工方案并通過了專家評審。施工方根據(jù)該方案，采取了抽條開挖的方式，完成了商務(wù)中心地下室結(jié)構(gòu)的施工，同時隧道的后續(xù)變形控制在設(shè)計方提出的建議值之內(nèi)，既保證了某商務(wù)中心的工期，又滿足地鐵開通試運行的條件，是一次成功的基坑病害整治過程，收到了良好的效果，可為今后同類工程提供參考和借鑒。

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DesignofEmergencyDealingandRestorationConstructionforDeepFoundationPitWhichCausedDeformationofSubwayTunnel

LIN Zuo-zhong

2014-06-05

林作忠(1971—)，男，1994年畢業(yè)于同濟大學(xué)地下工程與隧道工程專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，高級工程師。

1672-7479(2014)04-0040-04

TU922

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