保證既有線路安全運(yùn)營(yíng)的地鐵換乘站深基坑施工

趙廣民，楊建峰，馬俊雨

（中交一航局第四工程有限公司，天津 300456）

1 工程概況

天津地鐵6號(hào)線北站位于河北區(qū)中山路西側(cè)，橫跨于三馬路與調(diào)緯路相交的十字路口，與已建成的3號(hào)線車(chē)站形成59°斜十字型換乘。本基坑開(kāi)挖面積約3 000 m2，以換乘節(jié)點(diǎn)及主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)地連墻將該基坑分為2個(gè)獨(dú)立基坑：其中小里程基坑1 601 m2，大里程1 409 m2，開(kāi)挖深度較大，普遍挖深25.63 m，局部端頭井挖深27.33 m，換乘節(jié)點(diǎn)被3號(hào)線地連墻隔斷，已完成主體結(jié)構(gòu)，但未與6號(hào)線連接，后期需要破除地連墻進(jìn)行3、6號(hào)線結(jié)構(gòu)的連接，除基坑自身的施工風(fēng)險(xiǎn)和基坑施工對(duì)周邊建（構(gòu)）筑物的影響外，已經(jīng)運(yùn)行換乘節(jié)點(diǎn)處的3號(hào)線車(chē)站安全是本工程管理的重中之重，務(wù)必做到萬(wàn)無(wú)一失，以確保既有線路安全運(yùn)營(yíng)。

整個(gè)工程圍繞保證既有3號(hào)線的正常運(yùn)營(yíng)為中心，從圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工、內(nèi)支撐體系、基坑內(nèi)降水、土方開(kāi)挖、換乘節(jié)點(diǎn)后澆帶施工和全過(guò)程的監(jiān)控，進(jìn)行了全面的策劃。

2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

2.1 將原45 m地連墻加深至49 m

地連墻作為隔水帷幕需考慮其隔水作用，以是否隔斷承壓水層確定其入土深度。本車(chē)站標(biāo)準(zhǔn)段地下連續(xù)墻設(shè)計(jì)深度為45 m，盾構(gòu)井段設(shè)計(jì)深度為47 m，可滿足基坑各項(xiàng)穩(wěn)定性要求，但地連墻墻底坐落在⑨1，⑨2，⑨4粉土粉砂層上，未能完全阻斷外承壓水，只需將地連墻加長(zhǎng)至49 m，即可深入至⑨8黏土層內(nèi)，降低坑外承壓水沿地連墻墻底繞流至基坑內(nèi)的可能，提高基坑抗突涌安全系數(shù)，進(jìn)而降低基坑施工對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生的影響。目前工程已成功完成混凝土底板施工，地連墻下部素混凝土段有效地隔斷了第3層承壓水。

2.2 地連墻無(wú)接頭接縫處理

3號(hào)線車(chē)站施工圍護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，未考慮遠(yuǎn)期6號(hào)線的結(jié)構(gòu)，地連墻未留有接頭，在施工6號(hào)線圍護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，留下了4條無(wú)接頭的接縫，換乘節(jié)點(diǎn)部分未設(shè)計(jì)抗拔樁。此接縫的滲漏水是基坑施工的主要風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，在這4條接縫處設(shè)計(jì)4幅素混凝土地連墻及433根雙高壓旋噴樁，并將旋噴樁樁長(zhǎng)增至49 m，降低此處在基坑開(kāi)挖過(guò)程中涌水涌砂的可能性，增加了基坑施工的安全性。

3 內(nèi)支撐體系的優(yōu)化

由于本基坑處在地下水豐富的軟土地基環(huán)境下，開(kāi)挖深度超過(guò)25 m，周邊分布市政管線及建筑物，安全等級(jí)為一級(jí)?？紤]基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)體系安全，將原車(chē)站主體基坑鋼支撐加混凝土支撐支護(hù)體系，變更為全混凝土支撐支護(hù)體系，增設(shè)混凝土腰梁，增強(qiáng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體性和剛度，有效地協(xié)調(diào)支撐與圍護(hù)結(jié)構(gòu)間的受力與變形，大大提高了基坑的安全系數(shù)。基坑支護(hù)體系安全控制指標(biāo)驗(yàn)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1基坑支護(hù)體系驗(yàn)算Table 1 Calculating thefoundation pit supporting system

4 深化降水

結(jié)合3號(hào)線基坑降水經(jīng)驗(yàn)對(duì)基坑降水進(jìn)行了深化設(shè)計(jì)，使降水方案更加科學(xué)，將63 m深度范圍內(nèi)的地層簡(jiǎn)化為9層，運(yùn)用flac3d軟件建立三維可視化模型，并模擬抽水對(duì)基坑周邊環(huán)境的影響（見(jiàn)表2），預(yù)測(cè)方案的可行性。

表2 周邊環(huán)境沉降值預(yù)測(cè)Table 2 Thesurroundingssubsidenceprediction

在基坑內(nèi)布置17口33 m深疏干井，疏干坑內(nèi)土體，提高土體的抗剪強(qiáng)度，保證坑底干燥，給基坑開(kāi)挖及支撐梁、主體結(jié)構(gòu)底板施工提供良好的作業(yè)環(huán)境。

在基坑外側(cè)設(shè)置8口23 m淺層水位觀測(cè)井、4口42 m（37~41 m為濾水管）第2層微承壓水觀測(cè)井、3口55 m（50~54 m為濾水管）第3層微承壓水觀測(cè)井，分層觀測(cè)坑外水位變化情況。其中55 m深觀測(cè)井觀測(cè)未被圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔斷的微承壓水水位變化，同時(shí)還兼做基坑防突涌減壓備用井?？油庥^測(cè)井要進(jìn)行防護(hù)，防止挖土設(shè)備、場(chǎng)內(nèi)機(jī)動(dòng)車(chē)碰撞，同時(shí)避免雨水、廢水流入井內(nèi)，影響監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)真實(shí)性。

5 科學(xué)管理土方開(kāi)挖，減少基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形

1）科學(xué)制定土方開(kāi)挖順序

根據(jù)本工程支撐布置情況，土方開(kāi)挖嚴(yán)格遵循“時(shí)空效應(yīng)”理論，按照“分層、分段、對(duì)稱、平衡、限時(shí)”和“先撐后挖”的原則進(jìn)行[1]，每層土方開(kāi)挖以3號(hào)線為中線由遠(yuǎn)及近對(duì)稱開(kāi)挖，保證3號(hào)線兩側(cè)土體壓力卸載對(duì)稱均衡。

每層土方開(kāi)挖時(shí)，先在盾構(gòu)井處采用盆式開(kāi)挖，留土護(hù)坡減少圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻暴露時(shí)間，利用被動(dòng)土壓力控制圍護(hù)墻變形，開(kāi)挖到支撐底標(biāo)高時(shí)再?gòu)亩祟^井向換乘段退臺(tái)開(kāi)挖，充分利用時(shí)空效應(yīng)，降低對(duì)周邊環(huán)境的影響。

2）土方開(kāi)挖時(shí)間控制

支撐混凝土澆筑時(shí)，留置5組同條件試塊，分別在3、7、10、14、28 d進(jìn)行抗壓試驗(yàn)，通過(guò)試塊強(qiáng)度報(bào)告數(shù)據(jù)及時(shí)掌握混凝土支撐強(qiáng)度發(fā)展情況，達(dá)到100%后，在支撐梁上予以標(biāo)識(shí)，將試驗(yàn)數(shù)據(jù)及時(shí)通知施工員，確認(rèn)后，簽發(fā)開(kāi)挖令后進(jìn)行土方開(kāi)挖。

3）采用新設(shè)備、新技術(shù)保證土方開(kāi)挖安全

土方開(kāi)挖前先對(duì)4條無(wú)接頭接縫處進(jìn)行洛陽(yáng)鏟探縫，接縫處土體含水量正常，再進(jìn)行土方開(kāi)挖，正常的地連墻施工接縫開(kāi)挖至承壓水隔水層上2 m后執(zhí)行探挖制度。

基坑開(kāi)挖至14 m深后，長(zhǎng)臂挖機(jī)小臂上安裝高清攝像頭，將基坑開(kāi)挖面實(shí)時(shí)畫(huà)面?zhèn)髦榴{駛室內(nèi)，提高開(kāi)挖作業(yè)的準(zhǔn)確性和安全性，同時(shí)在上一道支撐梁上刷黃黑相間的警示標(biāo)志，可提高挖機(jī)司機(jī)注意力，防止碰撞支撐。

6 優(yōu)化換乘節(jié)點(diǎn)后澆帶施工，控制結(jié)構(gòu)上浮

6.1 控制既有線結(jié)構(gòu)上浮

地連墻的破除使換乘節(jié)點(diǎn)處既有線車(chē)站結(jié)構(gòu)脫離原地連墻的約束，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)上浮，影響運(yùn)營(yíng)的安全。

具體預(yù)防措施主要從幾個(gè)方面考慮：

1）施工前增加既有線的抗浮儲(chǔ)備，在6號(hào)線出入口位置處設(shè)置抗浮壓梁，增加6號(hào)線車(chē)站主體的抗浮儲(chǔ)備。同時(shí)在施工現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)備堆載物資，監(jiān)測(cè)上浮趨勢(shì)過(guò)大時(shí)，可以在既有3號(hào)線的地下3層底板和1層頂板上堆載，抑制上浮。

2）破除地連墻從上向下進(jìn)行，換乘節(jié)點(diǎn)后澆帶結(jié)構(gòu)逆做[2]。破除采用分層破除，每到結(jié)構(gòu)板后先進(jìn)行板的連接，頂板及中板混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定后再繼續(xù)進(jìn)行地連墻的破除。為了減小上浮的趨勢(shì)，在頂板達(dá)到強(qiáng)度后，可進(jìn)行土方回填。

3）加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，換乘節(jié)點(diǎn)頂板上設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)工作可以不受運(yùn)營(yíng)的影響，可以根據(jù)工況要求加大監(jiān)測(cè)頻率，做到1次/d的頻率，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題可及時(shí)處理。

4）提前與運(yùn)營(yíng)方溝通，此站雖在施工且客流量少，但是列車(chē)不能直接過(guò)站，要利用列車(chē)進(jìn)站出站的減速慢行，來(lái)保證列車(chē)運(yùn)行的安全，同時(shí)根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)值，當(dāng)結(jié)構(gòu)上浮達(dá)到報(bào)警值時(shí)，調(diào)節(jié)軌道釘?shù)乃删o度，控制軌道以免被結(jié)構(gòu)剪斷。

6.2 無(wú)接頭接縫的滲漏及粉塵控制

1）在破除內(nèi)支撐混凝土?xí)r，為減小對(duì)無(wú)接頭接縫的振動(dòng)且不影響主體結(jié)構(gòu)的施工，采用繩鋸切割混凝土支撐梁，此工藝低噪音、低粉塵、低振動(dòng)，對(duì)結(jié)構(gòu)及既有線的影響最小。同時(shí)還可以利用繩鋸精確切割的優(yōu)點(diǎn)，利用已有的腰梁結(jié)構(gòu)作為車(chē)站抗浮壓梁，多余部分使用繩鋸切除。

2）換乘節(jié)點(diǎn)后澆帶地連墻破除，采用人工+機(jī)械破除，先鑿除地連墻保護(hù)層，剝離地連墻鋼筋，再使用小型機(jī)械邊鑿除邊灑水，最后進(jìn)行清理；同時(shí)在墻兩側(cè)提前破除一條應(yīng)力釋放帶，能減少震動(dòng)導(dǎo)致地連墻冷接縫滲水的可能。

3）換乘節(jié)點(diǎn)無(wú)接頭接縫處地連墻鑿除后兩側(cè)無(wú)接頭接縫可能透水，同時(shí)換乘節(jié)點(diǎn)地連墻和防水卷材之間可能出現(xiàn)滲水，在施作圍護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)提前與設(shè)計(jì)溝通進(jìn)行了優(yōu)化考慮，在新老地連墻交接處外側(cè)采用1 m厚素地連墻+旋噴樁止水。若無(wú)接頭接縫處出現(xiàn)大的滲漏水，根據(jù)土方開(kāi)挖過(guò)程中分析出的水源走向，留有注漿孔及時(shí)注漿堵漏。

4）破除至地下一層頂板前，對(duì)影響既有3號(hào)線車(chē)站的揚(yáng)塵和噪音進(jìn)行控制，破除第1層內(nèi)襯墻時(shí)，需要在節(jié)點(diǎn)內(nèi)設(shè)置臨時(shí)隔墻，吊頂以上部分（有1.0~1.2 m高）應(yīng)予以封閉，防止車(chē)站內(nèi)揚(yáng)塵。破除地下3層墻時(shí)，首先與地鐵3號(hào)線運(yùn)營(yíng)方面進(jìn)行溝通，提前利用彩條布密封住，3、6號(hào)線換乘站預(yù)留的上下樓梯口，然后在鋪設(shè)裝飾綠草，減少破除過(guò)程中揚(yáng)塵進(jìn)入站臺(tái)層，影響乘客乘車(chē)環(huán)境。

6.3 受承壓水影響，破除至基底可能出現(xiàn)涌水

1）在破除地連墻到地下3層底板以前，通過(guò)斜向注漿對(duì)既有線底板下的土體進(jìn)行固結(jié)，減少承壓水涌出的可能，注漿孔為每2延米1個(gè)，同步監(jiān)測(cè)既有線的沉降情況，若無(wú)變化則繼續(xù)進(jìn)行雙液漿的灌注（見(jiàn)圖1），若結(jié)構(gòu)出現(xiàn)上浮，則在注漿孔處進(jìn)行聚氨酯封堵既有線底板與地連墻交接處，同樣能起到止水的目的，同時(shí)利用聚氨酯漿液對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加壓力比較小，不會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)繼續(xù)上浮。

圖1換乘節(jié)點(diǎn)基底注漿示意圖Fig.1 Schematic diagram of transfer nodesbasal grouting

2） 破除地連墻至基底時(shí)留0.5 m墻（從底板墊層開(kāi)始計(jì)算）用來(lái)壓住底板承壓水，防止涌砂（見(jiàn)圖2）。同時(shí)在3.7 m后澆帶底板處留有集水坑進(jìn)行排水，然后快速施工底板，減少后澆帶的暴露時(shí)間，使結(jié)構(gòu)形成整體。

圖2 破除至基底示意圖Fig.2 Schematic diagram of breaking to basal

7 嚴(yán)密監(jiān)測(cè)基坑施工，及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患

1）基坑內(nèi)外布置了地連墻測(cè)斜、墻頂水平、豎向位移、立柱樁沉降、地面沉降、坑外水位觀測(cè)井、支撐鋼筋應(yīng)力計(jì)、建筑物沉降及傾斜、裂縫、既有線沉降位移等監(jiān)測(cè)點(diǎn)，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊建筑物管線（2倍基坑深度）全面覆蓋，施工過(guò)程中注意監(jiān)測(cè)點(diǎn)的保護(hù)，保證各項(xiàng)目監(jiān)測(cè)點(diǎn)正常發(fā)揮作用[3]?；邮┕で皩?duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行初始值采集，通過(guò)監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)掌握基坑結(jié)構(gòu)受力變形及周邊環(huán)境的細(xì)微變化，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)突變或累計(jì)接近報(bào)警值時(shí)及時(shí)分析原因，對(duì)可能危及結(jié)構(gòu)、施工、環(huán)境安全的隱患盡早做出應(yīng)對(duì)措施，降低深基坑施工風(fēng)險(xiǎn)。

2）針對(duì)既有線監(jiān)測(cè)

確定監(jiān)測(cè)頻率見(jiàn)表3。

表3 既有線監(jiān)測(cè)頻率Table3 Existing metro line monitoring frequency

確定監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)及報(bào)警值見(jiàn)表4。各項(xiàng)監(jiān)測(cè)的數(shù)值達(dá)到一定范圍（即：即將產(chǎn)生不可接受的負(fù)面影響時(shí)）要進(jìn)行報(bào)警，各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目控制標(biāo)準(zhǔn)最大值的80%設(shè)定為報(bào)警值，日?qǐng)?bào)警值為各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目每日控制標(biāo)準(zhǔn)的最大值，當(dāng)日變化量大于或等于日控制標(biāo)準(zhǔn)的最大值時(shí)也應(yīng)及時(shí)報(bào)警。

表4 既有線控制標(biāo)準(zhǔn)及報(bào)警值Table 4 Existing metro line control standardsand alarm value

3）分階段的既有線監(jiān)測(cè)情況

2013年6月份車(chē)站主體基坑開(kāi)挖，監(jiān)測(cè)同步進(jìn)行，既有線兩側(cè)各設(shè)置11個(gè)點(diǎn)，共22個(gè)點(diǎn)位，12月份完成基坑的開(kāi)挖，期間既有線的沉降變化較為明顯，其他監(jiān)測(cè)項(xiàng)目無(wú)明顯的變化（見(jiàn)圖3）。

2014年1月開(kāi)始進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)施工，2014年5月完成主體結(jié)構(gòu)，既有線沉降監(jiān)測(cè)較為平緩；同年7月開(kāi)始換乘節(jié)點(diǎn)后澆帶地連墻的破除，在此期間既有線的結(jié)構(gòu)存在上浮趨勢(shì)，為減小上浮的趨勢(shì)，后澆帶結(jié)構(gòu)采用逆做進(jìn)行，至11月完成結(jié)構(gòu)的逆做及破除作業(yè)，既有線的沉降監(jiān)測(cè)具體如圖4。

綜上兩圖沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，換乘車(chē)站在基坑土方開(kāi)挖階段的上浮尤為明顯，最大點(diǎn)數(shù)值達(dá)11.5 mm，主體結(jié)構(gòu)施工階段和換乘節(jié)點(diǎn)后澆帶破除階段既有線上浮情況較為平緩，后澆帶未進(jìn)行結(jié)構(gòu)逆做時(shí)，既有線在破除過(guò)程中達(dá)到最大點(diǎn)為11.8 mm，結(jié)構(gòu)進(jìn)行逆做及地連墻破除到底后的最大數(shù)值為9.11 mm。說(shuō)明后澆帶采用逆做結(jié)構(gòu)的方式施工，增強(qiáng)了既有線的抗浮儲(chǔ)備，而且9-11月天津地區(qū)承壓水水位在降低，更有利地減小了對(duì)既有線結(jié)構(gòu)的上浮。

圖3基坑開(kāi)挖至基底既有線沉降示意圖Fig.3 Settlement of existing metro line during foundation pit excavation to the base

圖4主體結(jié)構(gòu)施工至后澆帶施工完成既有線沉降示意圖Fig.4 Settlement of existing metro lineduring main structure construction to complete of post-cast strip

8 結(jié)語(yǔ)

位于既有線施工存在較大風(fēng)險(xiǎn)，與周邊環(huán)境、地質(zhì)情況息息相關(guān)，通過(guò)天津地鐵3、6號(hào)線北站站換乘節(jié)點(diǎn)施工，總結(jié)出幾點(diǎn)意見(jiàn)：

1）土方開(kāi)挖階段，充分考慮既有線結(jié)構(gòu)的上浮，根據(jù)北站站施工經(jīng)驗(yàn)，土方開(kāi)挖與支撐體系進(jìn)行工況轉(zhuǎn)換時(shí)，既有線的上浮最明顯，也最危險(xiǎn)，故要根據(jù)基坑內(nèi)支撐體系確定開(kāi)挖順序和方向，減小土方卸載對(duì)既有線上浮的影響。

2）換乘車(chē)站要留有接頭，尤其是圍護(hù)結(jié)構(gòu)，交叉換乘車(chē)站施工界面距運(yùn)營(yíng)車(chē)站軌行區(qū)越遠(yuǎn)越有利，建議控制在10 m以外，有利于后續(xù)車(chē)站的施工，減少對(duì)既有線的影響。

3）對(duì)于先開(kāi)始的車(chē)站一定要在換乘的區(qū)域提前設(shè)計(jì)抗拔樁，抑制換乘節(jié)點(diǎn)施工過(guò)程中既有線路的上浮，保證運(yùn)營(yíng)線路的安全，

4） 必須提前與運(yùn)營(yíng)溝通，做好車(chē)站內(nèi)的防塵、降噪措施，給上下乘客提供舒適的環(huán)境。