軟土地區(qū)緊鄰地鐵隧道條件下基坑支護(hù)方案優(yōu)化設(shè)計研究

薛

中煤科工集團(tuán)武漢設(shè)計研究院有限公司（430000）

1 工程概況

武漢某地區(qū)商業(yè)建筑項(xiàng)目，設(shè)計有3 層地下車庫，基坑開挖深度為13.5～14.5 m，總面積約27 207 m2。 該項(xiàng)目地層表層為深度約 2 m 的雜填土，2～1層為呈流塑狀態(tài)的淤泥質(zhì)黏土，含水量較多；4 層為中密含有礫石與粗砂夾層的中細(xì)砂；5 層為泥質(zhì)膠結(jié)狀粉砂礦物。 地下水方面，表層土與淤泥質(zhì)黏土為潛水地下水，埋深為1.2～3.5 m；其下為弱承壓水，埋深為4.1 m，需采取針對性的降水措施。整體分析，該項(xiàng)目地層為典型的二元化結(jié)構(gòu)，屬于較為復(fù)雜的軟土地基，對基坑支護(hù)設(shè)計要求較高。該項(xiàng)目東側(cè)、南側(cè)為市政道路，西側(cè)為居住小區(qū)。 北側(cè)緊鄰市區(qū)地鐵盾構(gòu)隧道，項(xiàng)目基坑外沿距離隧道最近處約為15 m。 該隧道為當(dāng)?shù)匦陆ǖ罔F線路，尚處于盾構(gòu)施工階段。

2 基坑支護(hù)的特征分析

該項(xiàng)目所處軟土地區(qū)的土壤密實(shí)度較低，呈松散、流塑的形狀，在基坑施工中易于出現(xiàn)土體變形、塌落等問題，因而需要采取更加完善的支護(hù)方案以確保施工安全。軟土地區(qū)基坑支護(hù)多采取復(fù)合式的設(shè)計方案，并根據(jù)科學(xué)計算在控制指標(biāo)與施工成本間尋找可能的最優(yōu)解。地鐵隧道作為重要的市政工程，其周邊土壤的穩(wěn)定性對公共交通安全有重要影響。當(dāng)在軟土地區(qū)遇有緊鄰地鐵隧道進(jìn)行土方作業(yè)時，在基坑支護(hù)中需要充分考慮環(huán)境影響因素。 除軟土土壤的基本特性外，地下水下降、地層移動等情況均可能對地鐵或隧道的附加應(yīng)力造成不利影響。因而，在軟土地區(qū)緊鄰地鐵隧道條件下，基坑支護(hù)方案優(yōu)化需要充分考慮地質(zhì)條件與周邊環(huán)境，采取有針對性的策略以確保方案的安全性。

3 基坑支護(hù)方案設(shè)計優(yōu)化

該項(xiàng)目設(shè)計單位結(jié)合實(shí)際情況，認(rèn)為大面積深基坑作業(yè)環(huán)境對支護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度要求較高，但經(jīng)過現(xiàn)場勘查發(fā)現(xiàn)支護(hù)施工空間較為狹小，且弱承壓水層較厚，地下水豐富。因項(xiàng)目工期較為緊張，需要在較短時間內(nèi)完成支護(hù)架設(shè)與土方作業(yè)，最終排除了樁錨結(jié)構(gòu)等設(shè)計方案，決定采用地下連續(xù)墻+ 鋼筋混凝土支撐設(shè)計方案。 考慮到軟土地區(qū)土壤工程力學(xué)性能不足，且臨近地鐵隧道，設(shè)計方案應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制變形標(biāo)準(zhǔn)，將混凝土支撐設(shè)計為3 層。 同時，針對各關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化，以確保支護(hù)施工質(zhì)量。

3.1 隔離柱

該項(xiàng)目基坑支護(hù)需進(jìn)行地下連續(xù)墻與三軸深攪樁作業(yè)。 上述工程施工易于對地鐵隧道產(chǎn)生不利影響。 為解決該問題，設(shè)計單位經(jīng)計算后在項(xiàng)目基坑北側(cè)地下連續(xù)墻外2 m 處設(shè)計Φ500@1000 的鉆孔灌注樁。 通過該設(shè)計可以最大限度地降低后續(xù)施工對隧道的影響。 作為組合支護(hù)結(jié)構(gòu)的一部分，其發(fā)揮隔離樁作用，起到控制基坑變形傳導(dǎo)的作用，有利于穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。 因而設(shè)計要求該項(xiàng)目支護(hù)方案首先安排此部分施工。

3.2 地下連續(xù)墻

為防止出現(xiàn)地下水滲漏，設(shè)計地下連續(xù)墻，發(fā)揮其豎向止水功能。 管涌等問題則依靠現(xiàn)場降水與排水施工解決。 擋土墻設(shè)計厚度為1.2 m，為控制隧道附近軟土位移，在北側(cè)靠近地鐵隧道的區(qū)域?qū)跬翂穸仍黾又?.4 m。 采用地下連續(xù)墻設(shè)計的優(yōu)勢在于提升安全性，對臨近道路和建筑的影響較小。 該支護(hù)方法在單施工段內(nèi)為一個大剛度的整體結(jié)構(gòu)，在與軟土應(yīng)力長期接觸中可以穩(wěn)定受力，對土層的反作用力也較為平均。 此設(shè)計可以滿足地鐵隧道較高的表現(xiàn)控制要求，避免破壞隧道施工的力學(xué)環(huán)境。

3.3 地下連續(xù)墻加固

該項(xiàng)目所處軟土地區(qū)的地質(zhì)條件對地下連續(xù)墻作業(yè)造成一定阻礙。 為避免開槽作業(yè)中因土層穩(wěn)定性較差導(dǎo)致槽壁坍塌，在設(shè)計中增加了攪拌樁對土層進(jìn)行加固。 攪拌樁設(shè)計為直徑Φ800 mm 的三軸深攪樁，布置于槽壁兩側(cè)，電梯井區(qū)域設(shè)計中心間距為1 700 mm，其余區(qū)域?yàn)? 200 mm。 在靠近地鐵隧道的北側(cè)，同樣以三軸深攪樁進(jìn)行加固，加固樁設(shè)計為Φ850 mm，主動區(qū)采用雙排設(shè)計，被動區(qū)采取格柵式布局。為確保施工質(zhì)量，應(yīng)加強(qiáng)對三軸深攪樁的施工控制。設(shè)計采用1.5 的水灰比，水泥用量取樁截面積、水泥摻入量、樁長及1.8 的土比重相乘計算，得出控制標(biāo)準(zhǔn)為14.780 t。在施工設(shè)計中控制鉆機(jī)下沉速度為0.5 m/min， 提升速度為1 m/min，需嚴(yán)格按照套接一孔技術(shù)施工。 考慮到地下連續(xù)墻與三軸深攪樁缺乏一體性，在兩者之間設(shè)計滿足密貼所需直徑的高壓旋噴樁，利用旋噴樁改變軟土地層結(jié)構(gòu)， 從而硬化連續(xù)墻與深攪樁間的土壤結(jié)構(gòu)，以提升支護(hù)的穩(wěn)定性。

3.4 混凝土支撐

該項(xiàng)目為大面積深基坑，需采取一定的內(nèi)支撐設(shè)計以降低連續(xù)墻頂端位移，確保結(jié)構(gòu)安全。 軟土地層環(huán)境下，對內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)的受力計算較為復(fù)雜。為確保設(shè)計控制標(biāo)準(zhǔn)可以較好地控制現(xiàn)場環(huán)境，采取了受力明確的桁架支撐體系。 根據(jù)基坑深度與土質(zhì)情況，采取3 層設(shè)計，采用逐層挖土、逐層架設(shè)的方式。 為降低支撐變形度，設(shè)計在北側(cè)布置四組對撐、設(shè)置雙排邊桁架。 該設(shè)計的優(yōu)勢還體現(xiàn)在施工進(jìn)度方面，為施工中分區(qū)流水作業(yè)提供了必要條件。

4 監(jiān)測結(jié)果

該項(xiàng)目基坑作業(yè)已于2019 年3 月完工。 相關(guān)監(jiān)測結(jié)果顯示：深層土最大位移符合控制標(biāo)準(zhǔn)要求，采取加固措施的地鐵隧道一側(cè)最大位移為24.65 mm，顯著低于其他區(qū)域43.55 mm 的最高值。 施工期間地下水位測量點(diǎn)資料顯示，地下水位變化控制在1.8 m 以內(nèi)， 對地層的影響在可控范圍內(nèi)。 根據(jù)地鐵盾構(gòu)施工單位的通報，采取該設(shè)計施工未對隧道造成影響，收斂變形始終控制在20 mm 以下。 該設(shè)計優(yōu)化方案在實(shí)踐中解決了軟土地區(qū)緊鄰地鐵隧道條件下施工面臨的諸多問題。

5 結(jié)語

綜上所述，軟土地區(qū)緊鄰地鐵隧道條件下基坑支護(hù)方案的設(shè)計優(yōu)化，需根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況采取科學(xué)措施。 尤其需要注意土壤位移、地下水沉降對隧道周邊地質(zhì)環(huán)境的影響。 因地制宜地采取復(fù)合支護(hù)設(shè)計，以滿足項(xiàng)目的個性化需求。