鄰近地鐵的建筑深基坑的設計與施工

中建三局集團有限公司工程總承包公司 武漢 430064

1 研究背景

隨著社會不斷發(fā)展，城市公交及出租車已不能滿足人們日?？焖俪鲂械男枨?，城市開始發(fā)展軌道交通即地鐵。然而在進行地鐵工程施工時，往往會伴隨著地鐵沿線的建設與開發(fā)，勢必存在深基坑工程鄰近地鐵隧道的支護設計與施工難題。眾所周知，深基坑施工會造成建筑物地面土層松動，致使建筑物發(fā)生側移或者沉降[1-3]。因此，在地鐵保護區(qū)域范圍內，我們需要對在建深基坑工程施工技術進行深入研究與分析，總結一套毗鄰地鐵復雜多變條件下的基坑設計及施工技術。

中南路建設廳及配套用房土建工程位于武漢市軌道交通2號線中南路車站旁，包含主樓、綜合樓及純地下室部分，周邊建筑物較多、環(huán)境復雜。工程占地面積約7 000 m2，地下3 層，基坑最深達20 m，距離地鐵邊緣僅15 m（圖1），基坑施工期間的安全及對地鐵工程的影響是該工程基坑支護設計與施工的技術難點。

該工程場地極為狹窄，基坑邊環(huán)境復雜。場地西側緊鄰中南路地鐵站，北側緊鄰發(fā)展大廈及建設廳15#住宅樓；東側與建研院相隔一條寬7 m瀝青道路；東南側緊鄰建設廳2#住宅樓；南側與世紀大廈相距13 m左右?；趶碗s建筑環(huán)境，基坑設計優(yōu)化、施工交通組織、安全監(jiān)測等較為復雜。經(jīng)過深入分析研究，該基坑支護設計采用高壓旋噴樁止水帷幕+鋼筋混凝土灌注樁+3 道鋼筋混凝土內支撐的支護方式，明挖順作施工工藝。考慮到對地鐵工程的影響，支護施工部署采取“先淺后深、分段施工、優(yōu)先毗鄰段”的原則，先行施工距離地鐵最近且基坑較淺的純地下室區(qū)域基坑支護及地下室結構，待該區(qū)域地下室結構形成后，利用該部分結構對鄰近地鐵土體的支護作用，進行主樓及綜合樓區(qū)域的深基坑工程施工，為工程施工安全性提供了保障，并節(jié)約了施工工期。

圖1 工程周邊環(huán)境示意

2 鄰近城市地鐵建筑深基坑設計

2.1 基坑支護設計概況

基于復雜多變的周邊環(huán)境，結合分區(qū)設計與施工的原則，本工程基坑分3 個區(qū)分別支護，即Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)及Ⅲ區(qū)（圖2）。其中，Ⅰ區(qū)與Ⅱ區(qū)之間、Ⅰ區(qū)與Ⅲ區(qū)之間均采用隔離樁分隔。

圖2 基坑分區(qū)示意

因地制宜，根據(jù)開挖深度合理選擇支護形式，保障安全的同時，避免支護強度浪費。由于Ⅰ區(qū)、Ⅲ區(qū)開挖深度較大，選擇高壓旋噴樁止水帷幕+鋼筋混凝土灌注樁+3 道鋼筋混凝土內支撐的支護方式（圖3）；Ⅱ區(qū)開挖深度較小，采用鋼筋混凝土灌注樁+1 道鋼筋混凝土內支撐的支護方式。

圖3 Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)基坑支護剖面

2.2 支護樁設計

結合上述支護方案，經(jīng)計算確定支護樁參數(shù)如下：Ⅰ區(qū)支護樁采用φ1 200 mm@1 400 mm/1 500 mm鉆孔灌注樁，樁長為26.3～31.3 m；Ⅱ區(qū)支護樁采用φ1 000 mm@1 500 mm鉆孔灌注樁，樁長為9.3～17.3 m。Ⅲ區(qū)東、南、北側支護樁采用φ1 200 mm@1 400 mm鉆孔灌注樁，樁長為29.3 m（圖4）；Ⅰ區(qū)與Ⅲ區(qū)之間隔離樁為φ1 000 mm@1 300 mm，樁長為26.3 m。

圖4 Ⅲ區(qū)支護樁平面

2.3 止水帷幕設計

結合本工程地勘情況，中南路區(qū)域地下水水位較高，需采取嚴密的止水方案，以確?；影踩榇?，Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)基坑止水帷幕采用φ800 mm@650 mm高壓旋噴樁，沿Ⅰ區(qū)北側、東側至東南角布置。高壓旋噴樁長度為6 m，即基坑底上下各3 m設置。

如圖5所示，Ⅲ區(qū)基坑止水帷幕AB、BD及EE’段為φ800 mm@650 mm高壓旋噴樁，DE段高壓旋噴樁位于支護樁間。高壓旋噴樁長為6 m，即基坑底上下各3 m設置。

圖5 支護樁及止水帷幕設計布置

2.4 支撐設計

依據(jù)基坑深度及周邊情況設置內支撐數(shù)量及位置，其中Ⅰ區(qū)設置3 道鋼筋混凝土支撐，3 道支撐中心標高依次為-1.5 m、-7.5 m、-13.5 m，Ⅱ區(qū)設置1 道混凝土支撐，中心標高-1.5 m，Ⅲ區(qū)設置3 道鋼筋混凝土支撐，3 道支撐底標高依次為-1.80 m、-7.40 m、-13.00 m。支撐具體布置如圖6～圖8所示。

圖6 Ⅰ區(qū)混凝土內支撐布置示意

圖7 Ⅱ區(qū)混凝土內支撐布置示意

圖8 Ⅲ區(qū)混凝土內支撐布置示意

2.5 立柱樁設計

綜合部署，合理設置立柱樁，保證承載力。在Ⅰ區(qū)及Ⅱ區(qū)內支撐體系中設置33 根立柱樁，立柱樁在基礎底板底以上為角鋼格構柱，基礎底板底以下為鉆孔灌注樁。角鋼格構柱截面尺寸為460 mm×460 mm，角鋼規(guī)格160 mm×14 mm。立柱樁底部為φ1 000 mm～1 200 mm鉆孔灌注樁，樁端采用后壓漿工藝，每根樁端注漿量不小于1.5 t，混凝土強度等級C30。

Ⅲ區(qū)內支撐體系中設置17 根立柱樁，立柱樁在基礎底板底以上為角鋼格構柱，基礎底板底以下為鉆孔灌注樁。角鋼格構柱截面尺寸為460 mm×460 mm，角鋼規(guī)格160 mm×14 mm。立柱樁底部為φ1 200 mm的鉆孔灌注樁，樁端采用后壓漿工藝，每根樁端注漿量不小于1.5 t，混凝土強度等級C30。

3 鄰近城市地鐵建筑深基坑施工部署創(chuàng)新

結合工程場地狹窄的特點，經(jīng)研究分析與對比，選取了“先淺后深、分段施工、優(yōu)先毗鄰段”的部署原則。即先行施工毗鄰地鐵的純地下室區(qū)域的基坑支護、土方開挖及地下室結構施工，由于該區(qū)域基坑深度及面積均相對較小，可組織充足的勞動力盡快完成該區(qū)域的地下室結構施工，并利用該部分地下室結構形成對地鐵保護區(qū)域土體的反壓，保證基坑安全（圖9、圖10）。

圖9 基坑施工部署組織示意

圖10 基坑施工流程

毗鄰段純地下室結構完工后，隨即開始次深區(qū)域的基坑支護、土方開挖及地下室結構施工，同樣待該區(qū)域結構施工基本完成后，展開進行最深區(qū)域（主樓）的基坑支護、土方開挖及地下室結構施工。因此，通過分級分區(qū)域的施工部署，既保證了工程基坑施工的安全，避免了對地鐵工程的影響，同時也為該工程臨街區(qū)域的形象進度贏得了時間，保證了工程進度及城市形象建設。

為確?；影踩?，Ⅱ區(qū)結構施工時需分段間隔施工，分段破除車站主體的地下連續(xù)墻。根據(jù)通道結構特點，將Ⅱ區(qū)分為Ⅱ-1區(qū)、Ⅱ-2區(qū)、Ⅱ-3區(qū)。根據(jù)土方開挖順序及結構特點，底板及頂板結構的施工流水為：Ⅱ-1區(qū)、Ⅱ-3區(qū)、Ⅱ-2區(qū)。底板施工時，同時破除底板底至底板以上1 m的地下連續(xù)墻；豎向結構及頂板施工時，先破除Ⅱ-1區(qū)、Ⅱ-3區(qū)的地下連續(xù)墻，再破除Ⅱ-2區(qū)的地下連續(xù)墻。頂板結構施工時，地下連續(xù)墻破除至頂板頂以上1 m處，為施工留足施工面（圖11）。

圖11 平面分區(qū)

結合Ⅲ區(qū)基坑內支撐布置情況，將該區(qū)基坑分為2 個區(qū)，即為Ⅲ-A區(qū)、Ⅲ-B區(qū)（圖12）。

圖12 綜合樓基坑平面分區(qū)

樁基及土方開挖施工順序均為先施工Ⅲ-A區(qū)，再施工Ⅲ-B區(qū)。在進行Ⅲ-B區(qū)樁基施工時就提前插入Ⅲ-A區(qū)第1層土方開挖及第1道混凝土內支撐的施工。經(jīng)過現(xiàn)場實施，在該基坑施工部署創(chuàng)新原則下，80 d完成了緊鄰地鐵Ⅱ區(qū)基坑工程施工，將地鐵保護區(qū)域的風險周期有效壓縮在3 個月以內。隨即插入的Ⅰ區(qū)、Ⅲ區(qū)相繼在110 d及150 d內完成了基坑及地下結構的施工，有效實現(xiàn)了基坑全面部署下的流水作業(yè)，贏得了工程總體工期，效益顯著。

4 鄰近城市地鐵建筑深基坑安全監(jiān)測

為確保基坑施工期間基坑本身及周邊建筑物的安全，本工程設置了全面、系統(tǒng)的監(jiān)測體系并保證實施。其中，監(jiān)測頻率方面，基坑進行開挖施工時，監(jiān)測頻率為每天1 次；當基坑頂板澆筑結束，監(jiān)測頻率調整為半月1 次，直到回填土結束，監(jiān)測停止。監(jiān)測報警指標以總變化量和變化速率2 個量控制，累計變化量的報警指標一般不宜超過設計限值。監(jiān)測報警值及實測值統(tǒng)計如表1所示。

表1 監(jiān)測報警值表

經(jīng)系統(tǒng)化監(jiān)測，本支護體系及施工部署條件下，各項監(jiān)測指標均遠低于警戒值，基坑安全系數(shù)較大，本支護設計體系完全滿足地鐵周邊復雜條件下的基坑施工需求。

5 結語

本項目研究了鄰近地鐵建筑深基坑工程的設計、施工及監(jiān)測技術，通過分區(qū)域支護體系優(yōu)化、先深后淺分段開挖的基坑施工部署創(chuàng)新、系統(tǒng)有效的基坑全方位監(jiān)測，確保了地處武漢中心城區(qū)中南建設廳在建樓工程的順利建造。在該技術的指導下，武漢地鐵2號線中南路保護區(qū)域的超深基坑得以在業(yè)主要求的工期時間節(jié)點內順利完成土方開挖及地下室結構施工工作，為創(chuàng)新深基坑設計施工理念、維護“大武漢”城市形象建設等提供了有力支撐[4-6]。