關(guān)于土巖復(fù)合地層條件地鐵保護(hù)區(qū)基坑支護(hù)方案選型的探討

宋繼庭

摘 要：土巖復(fù)合地層相較于軟土地層具有更高的穩(wěn)定性，通過(guò)充分發(fā)揮其自穩(wěn)能力，可在較大程度上優(yōu)化基坑支護(hù)體系，使多數(shù)類似地區(qū)巖土設(shè)計(jì)形成固有的設(shè)計(jì)慣性。地鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)的基坑工程，通常對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)安全控制指標(biāo)有更高要求，而保護(hù)區(qū)相關(guān)管理標(biāo)準(zhǔn)不健全、基坑支護(hù)設(shè)計(jì)思路不統(tǒng)一，容易導(dǎo)致對(duì)基坑工程安全冗余度控制失當(dāng)，設(shè)計(jì)方案選型不合理，進(jìn)而影響地鐵結(jié)構(gòu)及運(yùn)營(yíng)安全?；谇鄭u市地鐵保護(hù)區(qū)基坑工程設(shè)計(jì)管理經(jīng)驗(yàn)，探討在土巖復(fù)合地層條件下的地鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)開展基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的工作原則、總體設(shè)計(jì)思路和方案選型建議，形成較為規(guī)范化的工作體系，以期能為相關(guān)領(lǐng)域從業(yè)者提供參考。

關(guān)鍵詞：土巖復(fù)合地層;地鐵保護(hù)區(qū);基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

0 引言

在土巖復(fù)合地層分布地區(qū)的地鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)開展基坑支護(hù)設(shè)計(jì)，為確保地鐵結(jié)構(gòu)及運(yùn)營(yíng)安全，對(duì)臨近地鐵的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)安全控制指標(biāo)仍有極高的要求[1]。而與之相對(duì)的是，在上述區(qū)域地鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)工作缺乏規(guī)范性和統(tǒng)一性。導(dǎo)致這種情況主要有以下原因：①土巖復(fù)合地層相較于軟土地層具有更高的穩(wěn)定性，通過(guò)充分發(fā)揮其自穩(wěn)能力，可在較大程度上優(yōu)化基坑支護(hù)體系、節(jié)約工程造價(jià)，使從業(yè)人員形成固有的設(shè)計(jì)慣性，對(duì)基坑工程安全冗余度、結(jié)構(gòu)安全控制指標(biāo)始終采取同一標(biāo)準(zhǔn)，忽略地鐵保護(hù)區(qū)建設(shè)環(huán)境的特殊性;②基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)作為臨時(shí)結(jié)構(gòu)，許多工程建設(shè)單位對(duì)該環(huán)節(jié)的重視程度和資金投入嚴(yán)重不足;③上述地區(qū)的地鐵管理部門對(duì)保護(hù)區(qū)內(nèi)基坑支護(hù)設(shè)計(jì)工作尚未形成規(guī)范化的管控要求和管理標(biāo)準(zhǔn)。

本文基于青島市地鐵保護(hù)區(qū)基坑工程設(shè)計(jì)管理經(jīng)驗(yàn)，著重探討在土巖復(fù)合地層條件下的地鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)開展基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的工作原則、總體設(shè)計(jì)思路和方案選型建議，形成較為規(guī)范化的工作體系。

1 地鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)基坑支護(hù)設(shè)計(jì)原則

1.1 安全凈距控制原則

住建部發(fā)布實(shí)施的《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范》CJJ/T202-2013對(duì)地鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)各種類型的外部作業(yè)與地鐵結(jié)構(gòu)、設(shè)施的安全凈距有著明確的要求。其中，與基坑支護(hù)設(shè)計(jì)相關(guān)的凈距控制管理值包括：①圍護(hù)樁或地下連續(xù)墻與地鐵結(jié)構(gòu)的安全凈距不小于5.0 m;②錨桿、錨索、土釘?shù)哪┒伺c地鐵結(jié)構(gòu)的安全凈距不小于6.0 m;③淺孔爆破、深孔爆破的實(shí)施位置與地鐵結(jié)構(gòu)的安全凈距分別為15.0 m、50.0 m。此外，還須嚴(yán)格控制基坑開挖邊線的設(shè)置，不得侵入規(guī)定限界。

1.2 支護(hù)體系變形控制原則

各地基于工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件的差異，對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)體系的變形控制要求也有所不同，但管控要求一般要高于現(xiàn)行基坑支護(hù)設(shè)計(jì)、監(jiān)測(cè)規(guī)范的相關(guān)規(guī)定。軟土地區(qū)一般要求基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大深層水平位移不得超過(guò)基坑開挖深度的0.14%～0.18%，而在土巖復(fù)合地層分布區(qū)域尚無(wú)相對(duì)統(tǒng)一的控制標(biāo)準(zhǔn)?？刂茦?biāo)準(zhǔn)的提高必然導(dǎo)致圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體剛度的提高，甚至支護(hù)方案的改變。

1.3 基坑時(shí)空效應(yīng)控制原則

為有效降低基坑開挖對(duì)周邊環(huán)境的不利影響，必須考慮基坑的時(shí)空效應(yīng)。尤其對(duì)于地鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)的基坑工程，在極高的圍護(hù)結(jié)構(gòu)安全控制指標(biāo)限制下，單純依靠提高圍護(hù)體系強(qiáng)度往往無(wú)法滿足要求，而且還會(huì)造成極為高昂的資金投入。因此，須根據(jù)基坑工程自身規(guī)模和特點(diǎn)，設(shè)置基坑開挖分區(qū)并合理安排開挖步序，同時(shí)基于土巖復(fù)合地層條件下石方破除速度慢、振動(dòng)大的特點(diǎn)，盡量減少基坑石方開挖量[2]，采用直立開挖或半直立開挖形式。

2 總體設(shè)計(jì)思路

基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案在安全性與經(jīng)濟(jì)性兩方面往往存在對(duì)立關(guān)系，而為了有效響應(yīng)前述設(shè)計(jì)原則，當(dāng)?shù)罔F保護(hù)區(qū)內(nèi)擬建基坑外部作業(yè)影響等級(jí)為二級(jí)及以上時(shí)[3]，在土巖復(fù)合地層條件下進(jìn)行基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的總體思路應(yīng)遵循：

①盡量減少地鐵結(jié)構(gòu)周邊巖土體的卸載，采用垂直開挖的方式，減少基坑土石方開挖量、縮短施工周期;②盡量減少支護(hù)體系的空間占用，嚴(yán)格控制施工擾動(dòng)范圍;③根據(jù)擬建場(chǎng)地地層情況，圍護(hù)體系盡量選用變形控制效果相對(duì)良好的板式結(jié)構(gòu)，支撐體系優(yōu)先選用內(nèi)支撐（包括水平內(nèi)撐或斜撐）;④盡量減少或規(guī)避使用向基坑外打設(shè)的支護(hù)構(gòu)件，降低對(duì)地鐵周邊地層的擾動(dòng);⑤充分考慮基坑巖土方開挖方式，合理劃分開挖分區(qū)。

3 基坑支護(hù)選型建議

3.1 板式圍護(hù)體系+內(nèi)支撐

當(dāng)?shù)罔F保護(hù)區(qū)內(nèi)擬建地下主體結(jié)構(gòu)外墻非常接近地鐵特別保護(hù)區(qū)，可提供給支護(hù)結(jié)構(gòu)施工的有效空間范圍極為有限，或地層自身性質(zhì)較差，圍護(hù)體系位移控制難度較大，須選用板式圍護(hù)體系+內(nèi)支撐方案。

受施工空間的限制，僅可設(shè)置單排板式圍護(hù)結(jié)構(gòu)，根據(jù)基坑開挖深度的不同，可酌情選用鋼板樁或灌注樁，同時(shí)設(shè)置內(nèi)支撐提供水平支撐力。在土巖復(fù)合地層分布地區(qū)，內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)應(yīng)用相對(duì)較少。由于支撐結(jié)構(gòu)僅為臨時(shí)性結(jié)構(gòu)，尤其是滿布式的支撐體系造價(jià)極高，不易被工程建設(shè)單位所接受。因此，支撐體系可進(jìn)行以下優(yōu)化：①當(dāng)設(shè)置一道內(nèi)支撐可滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，可優(yōu)先采用斜撐，斜撐一端錨固于地下結(jié)構(gòu)底板，一端與圍護(hù)結(jié)構(gòu)圍檁或腰梁連接;②當(dāng)設(shè)置一道支撐無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求，基坑支護(hù)與主體結(jié)構(gòu)聯(lián)合設(shè)計(jì)，在基坑臨近地鐵一側(cè)留土，設(shè)置后澆帶，先施工其他區(qū)域地下結(jié)構(gòu)，待結(jié)構(gòu)施工完畢后，將水平支撐一端與圍護(hù)結(jié)構(gòu)圍檁或腰梁連接，一端與主體結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)連接。

3.2 雙排樁

當(dāng)?shù)罔F保護(hù)區(qū)內(nèi)擬建地下主體結(jié)構(gòu)外墻與地鐵結(jié)構(gòu)或設(shè)施水平凈距相對(duì)較小，且地層自身性質(zhì)相對(duì)理想、穩(wěn)定性較好，可選用雙排樁方案。該方案適用于以下情況：采用單排樁懸臂結(jié)構(gòu)無(wú)法滿足基坑抗傾覆穩(wěn)定性要求及圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移要求，而地層物理力學(xué)性質(zhì)較好，設(shè)置內(nèi)支撐的必要性不足。

雙排樁結(jié)構(gòu)的主要工作機(jī)理為內(nèi)排樁抵擋水土壓力等水平力，外排樁提供抗拔力，起到支撐或錨固的作用。根據(jù)基坑開挖深度確定圍護(hù)樁形式，可選用鋼板樁、微型樁或灌注樁[4]。當(dāng)采用微型樁或灌注樁時(shí)，可采用內(nèi)外排等間距布樁，也可根據(jù)外排樁抗拔力計(jì)算要求，采用不等間距布樁。若擬建場(chǎng)地基巖埋深較深，外排樁提供同等抗拔力經(jīng)濟(jì)性較差，可用豎向預(yù)應(yīng)力錨索與外排樁間隔布置，通過(guò)錨索錨入基巖提供所需抗拔力，確保支護(hù)體系整體穩(wěn)定、位移受控。

3.3 板式圍護(hù)體系+錨桿/錨索

當(dāng)?shù)罔F保護(hù)區(qū)內(nèi)擬建地下主體結(jié)構(gòu)外墻與地鐵結(jié)構(gòu)或設(shè)施水平凈距相對(duì)較大，可選用板式圍護(hù)體系+錨桿/錨索方案。在土巖復(fù)合地層分布地區(qū)，該方案是基坑工程最常用的方案選型之一，可為地下結(jié)構(gòu)施工創(chuàng)造充足的施工作業(yè)面。在地鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)采用該方案，須嚴(yán)格控制錨桿/錨索末端與地鐵結(jié)構(gòu)及設(shè)施的安全凈距，同時(shí)確保支護(hù)構(gòu)件施工振動(dòng)滿足相關(guān)要求。

4 結(jié)語(yǔ)

盡管土巖復(fù)合地層有利于基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、簡(jiǎn)化，但地鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)充分兼顧基坑自身穩(wěn)定與地鐵運(yùn)營(yíng)安全，從施工可行性、結(jié)構(gòu)可靠度、基坑時(shí)空效應(yīng)、監(jiān)測(cè)預(yù)警與應(yīng)急等多個(gè)維度綜合考慮，形成符合該地區(qū)區(qū)域特點(diǎn)的規(guī)范化工作體系。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉動(dòng).地鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)研究[J].土工基礎(chǔ)，2015，29（3）：48-52.

[2]劉宇.地鐵深基坑支護(hù)和石方開挖施工工藝[J].交通世界，2021（1）：34-35.

[3]CJJ/T202-2013，城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范（附條文說(shuō)明）[S].2013.

[4]吳學(xué)鋒，寇海磊.土巖復(fù)合地層注漿微型鋼管樁-錨桿聯(lián)合支護(hù)研究[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2012，8（4）：836-841.