地鐵結(jié)構(gòu)上方基坑土體開挖施工工藝研究

王大偉

摘 要：本文以合肥市懷寧路下穿天鵝湖隧道工程為例，對地鐵結(jié)構(gòu)上方基坑開挖施工工藝，流程等進(jìn)行分析研究，最后給出施工要點(diǎn)，以供參考。

關(guān)鍵詞：基坑開挖;施工工藝;流程;要點(diǎn)

0 前言

隨著時(shí)代的發(fā)展，地下快速干道開發(fā)也處于建設(shè)高潮時(shí)期，但也存在一些問題，在區(qū)間地鐵隧道上方進(jìn)行土方開挖施工，當(dāng)開挖卸載時(shí)會(huì)導(dǎo)致隧道上浮，影響地鐵行車安全，施工風(fēng)險(xiǎn)非常大，傳統(tǒng)的基坑施工工藝已不能滿足其安全要求。

1 工程概況

合肥市懷寧路下穿天鵝湖隧道工程北起南二環(huán)，南至祁門路，為城市主干路，雙向六車道，全長約1公里，為雙孔型式，結(jié)構(gòu)寬度30.4 m，隧道凈高4.5 m。天鵝湖隧道結(jié)構(gòu)垂直上跨地鐵3號(hào)線，上跨位置地鐵管片覆土深度17.4 m，與天鵝湖隧道底板豎向最小凈距7.5 m，因此涉軌段基坑需下挖約10 m。

2 基坑開挖施工工藝分析

按照懷寧路下穿天鵝湖隧道工程施工安評(píng)報(bào)告的要求，地鐵上浮允許值為11.5 mm。傳統(tǒng)基坑施工工藝無論是圍護(hù)開挖還是放坡開挖，都無法對地鐵結(jié)構(gòu)上浮進(jìn)行有效控制。為解決土方開挖卸載造成的地鐵結(jié)構(gòu)上浮問題，本項(xiàng)目將涉軌段基坑利用圍護(hù)樁分成四個(gè)倉進(jìn)行開挖，開挖到位后，采用壓底板與圍護(hù)樁形成“門式”框架抑制土體上浮的施工工藝。涉軌段基坑采用鉆孔灌注樁+2道支撐進(jìn)行圍護(hù)，同時(shí)在隧道兩側(cè)分別設(shè)置1排隔離樁，涉軌段基坑用隔離樁分為4個(gè)區(qū)域，每個(gè)平面分區(qū)內(nèi)土體開挖豎向分4層，每層分為3塊，按照“先兩側(cè)，后中間”的原則進(jìn)行土體開挖，并分部澆筑坑底壓板。壓底板與隔離樁采用植筋方式連接，最終與隔離樁形成“門式”框架結(jié)構(gòu)。

3 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1 涉軌段基坑施工工藝流程

圍護(hù)樁、隔離樁施工→冠梁及混凝土支撐施工→Ⅰ部分分層開挖→鋼支撐安裝→Ⅰ部分分層開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)→施工Ⅰ部分壓底板→Ⅱ部分分層開挖→鋼支撐安裝→Ⅱ部分分層開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)→施工Ⅱ部分壓底板→中間圍護(hù)樁鑿除→Ⅰ、Ⅱ部分隧道主體結(jié)構(gòu)施工……→施工Ⅳ部分壓底板→拆除基坑中間圍護(hù)樁→Ⅳ、Ⅴ部分隧道主體結(jié)構(gòu)施工。

3.2 施工操作要點(diǎn)

3.2.1 靜壓鉆孔灌注樁施工方法

利用全套管對樁身進(jìn)行保護(hù)減少圍護(hù)樁施工對既有地鐵結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)。

（1）導(dǎo)墻施工。為了提高靜壓旋挖鉆樁孔口的定位精度并提高就位效率，在樁頂上部施作混凝土導(dǎo)墻。導(dǎo)墻板厚不小于50 cm，強(qiáng)度等級(jí)為C20混凝土，導(dǎo)墻板的寬度應(yīng)保證導(dǎo)墻的整體穩(wěn)定，并滿足圍護(hù)樁的施工精度要求。導(dǎo)墻達(dá)到強(qiáng)度后，才可進(jìn)行灌注樁施工。

（2）鉆機(jī)就位。移動(dòng)套管鉆機(jī)至正確位置，使套管鉆機(jī)抱管器中心對應(yīng)定位在導(dǎo)墻孔設(shè)計(jì)樁位中心。

（3）取土成孔。施工時(shí)采用鋼護(hù)筒作為套管對樁身進(jìn)行保護(hù)，在樁機(jī)就位后，吊裝第一節(jié)鋼套管在樁機(jī)鉗口中，校正鋼套管垂直度后，磨樁下壓鋼套管，壓入深度約為1.5 m

～2.5 m，然后用旋挖鉆從鋼套管內(nèi)取土，一邊取土、一邊繼續(xù)下壓套管，始終保持套管底口超前于開挖面的深度≥2.5 m。第一節(jié)套管全部壓入土中后（地面以上要留1.2 m～1.5m，以便于接管），檢測垂直度，如不合格則進(jìn)行糾偏調(diào)整;如合格則安裝第二節(jié)套管繼續(xù)下壓取土。如此繼續(xù)，直至設(shè)計(jì)標(biāo)高，進(jìn)入設(shè)計(jì)標(biāo)高后改用旋挖機(jī)配合進(jìn)行開挖，直至設(shè)計(jì)孔底標(biāo)高。

（4）鋼筋籠制作、吊放及混凝土澆筑。鋼筋籠在加工場內(nèi)焊接成型后分段運(yùn)至現(xiàn)場，在孔口用汽車吊吊放，下放前檢查鋼筋籠的垂直度，確保上下節(jié)鋼筋籠連接時(shí)中心線保持一致。鋼筋籠入孔時(shí)應(yīng)慢慢放下，嚴(yán)禁擺動(dòng)碰撞孔壁。孔口連接時(shí)要保證焊接質(zhì)量，整孔鋼筋籠下放完畢后焊接吊筋，確保鋼筋籠的平面和標(biāo)高準(zhǔn)確。

樁身混凝土澆筑前試驗(yàn)室人員應(yīng)現(xiàn)場檢查混凝土的塌落度，保證混凝土的和易性和流動(dòng)性，在灌注過程中按試驗(yàn)要求做混凝土試塊?；炷敛捎霉捃囘\(yùn)輸，吊車配合導(dǎo)管灌注。灌注開始后，應(yīng)緊湊連續(xù)地進(jìn)行，嚴(yán)禁中途停工。

（5）拔管成樁。邊澆注混凝土邊利用引拔機(jī)提升套管，應(yīng)注意始終保持套管底低于混凝土面不小于2 m。在灌注將近結(jié)束時(shí)，由于導(dǎo)管內(nèi)混凝土柱高減小，超壓力降低，而導(dǎo)管外的泥漿及所含渣土稠度增加，相對密度增大。如在這種情況下出現(xiàn)混凝土頂升困難時(shí)，可在孔內(nèi)加水稀釋泥漿，并掏出部分沉淀土，使灌注工作順利進(jìn)行。在拔出最后一段長導(dǎo)管時(shí)，拔管速度要慢，以防止樁頂沉淀的泥漿擠入導(dǎo)管下形成泥心。為確保樁頂質(zhì)量，在樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高0.5 m～1 m以上。

3.2.2 冠梁及鋼筋混凝土支撐梁施工

（1）冠梁及混凝土支撐施工。冠梁和鋼筋混凝土支撐同步施工，確保支撐體系的整體性。先挖除圍護(hù)樁頂土方，鑿除樁頂混凝土至設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高，然后將混凝土支撐底標(biāo)高以上土體全部挖除，再進(jìn)行混凝土冠梁及混凝土支撐的制作?；炷林螡仓炷恋南鲁袑映休d力需滿足要求，確?；炷林纬手本€，保證軸心受力。具體工藝流程如下： 施工準(zhǔn)備→測量放樣、定位出鋼筋混凝土支撐的中心位置→破除基坑內(nèi)路面、挖除土體→破樁頂部劣質(zhì)混凝土、樁基檢測→冠梁及混凝土支撐鋼筋綁扎→安裝冠梁及鋼筋混凝土支撐模板→澆筑冠梁及支撐混凝土。

（2）支撐的拆除。待隧道主體混凝土澆注完成后并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%時(shí)，可拆除相應(yīng)鋼筋混凝土支撐，鋼筋混凝土支撐拆除采用繩鋸配合人工手持風(fēng)稿進(jìn)行，鑿出的鋼筋采用氧割進(jìn)行割斷，鑿除時(shí)，破成2 m～4 m左右的分段，吊車調(diào)運(yùn)至場地上方，再采用振動(dòng)錘破碎成小塊便于裝車運(yùn)出。

3.2.3 土方開挖施工

在完成圍護(hù)樁、冠梁及混凝土支撐施工后，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度開始進(jìn)行基坑土方開挖。基坑開挖施工時(shí)，按照水平分倉、豎向分層、預(yù)留核心土的原則實(shí)施。按圍護(hù)結(jié)構(gòu)，分成四部分，按Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的施工順序進(jìn)行。

每一分倉土方開挖豎向分4層，第1層整體開挖至冠梁以下，開挖深度約1.5 m;第2～4層開挖深度約3.0 m，分為3塊，先對稱開挖區(qū)間上方兩側(cè)土體，再開挖區(qū)間正上方土體。

3.2.4 壓底板施工

壓底板采用C35補(bǔ)償收縮早強(qiáng)混凝土澆筑，厚度為80 cm。鋼筋混凝土壓板與隔離樁采取植筋方式連接，植筋用的膠粘劑必須采用A級(jí)改性環(huán)氧類或改性乙烯基脂類的膠黏劑。每根隔離樁在壓底板上下兩層主筋的位置，各植入4根φ22鋼筋，間距20 cm，植筋錨入樁體內(nèi)長度不小于50 cm。綁扎壓底板鋼筋后澆筑混凝土，壓低板最終與隔離樁連接形成“門式”框架結(jié)構(gòu)，保護(hù)地鐵結(jié)構(gòu)不上浮。

3.2.5 預(yù)壓水帶

在壓低板混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度前，為盡量抑制基坑底土體上浮，待混凝土壓板混凝土初凝后，在上方臨時(shí)壓重穩(wěn)定坑底土體，使用2 m×3 m×6 m的PVC專業(yè)橋梁預(yù)壓水袋滿鋪一層，并進(jìn)行注水壓重。水袋壓重工藝流程：

基底清理→水袋鋪設(shè)定位→水袋充氣輔助展開→水袋注水加載→日常安全巡查→水袋卸水 →水袋打包拆除。

3.2.6 基坑監(jiān)測

基坑施工過程中對基坑及區(qū)間隧道的監(jiān)測十分重要，必須選擇專業(yè)的監(jiān)控量測單位對基坑及隧道進(jìn)行監(jiān)測，并與地鐵單位共同建立監(jiān)測成果交流群，每天將監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳，通報(bào)監(jiān)測結(jié)果。并一起制定綜合應(yīng)急預(yù)案，確定監(jiān)測預(yù)警值及應(yīng)急措施。采用“底層-結(jié)構(gòu)法”結(jié)合有限元理論進(jìn)行分析，得出每一工況安全控制標(biāo)準(zhǔn)并制定預(yù)警值與應(yīng)急措施。

4 結(jié)語

懷寧路下穿天鵝湖隧道在施工過程中，嚴(yán)格按照工藝要求，分倉、分塊、分層施工，并加強(qiáng)監(jiān)控量測工作。目前涉軌段隧道主體已基本完成，地鐵結(jié)構(gòu)上浮僅3.95 mm，遠(yuǎn)小于安評(píng)報(bào)告的允許值11.5 mm，達(dá)到了安全跨越地鐵3號(hào)線的目標(biāo)。有效控制地鐵隧道變形，圓滿完成涉軌段基坑的施工任務(wù)。本施工工藝對于跨地鐵段基坑開挖施工有較強(qiáng)的指導(dǎo)性，尤其適用于城市環(huán)境，施工場地受限，周邊環(huán)境復(fù)雜，安全風(fēng)險(xiǎn)大、社會(huì)關(guān)注度高的工程項(xiàng)目。