跨越運營地鐵上方的淺基坑工程快速施工技術(shù)

徐一博

上海建工一建集團有限公司 上海 200120

隨著我國城市建設(shè)的發(fā)展，城市化進程的加快，城市核心區(qū)域的建筑逐漸進入更新?lián)Q代的階段。在城市已建成地鐵附近的建設(shè)工程不斷增加，導(dǎo)致諸多建筑工程鄰近、緊貼地鐵區(qū)間，甚至位于地鐵區(qū)間的正上方。位于地鐵正上方的工程，對建筑施工單位提出了巨大的考驗。在該類工程施工過程中，必須嚴(yán)格控制開挖、施工速度，并且嚴(yán)格控制基坑、地鐵的變形[1-6]。本文以上海市靜安大中里46號地塊項目為例，研究跨越運營地鐵上方的淺基坑工程快速施工技術(shù)，以期為今后類似工程提供借鑒。

1 工程概況

上海市靜安大中里46號地塊項目（以下簡稱“46號地塊”）基坑?xùn)|側(cè)、南側(cè)分別為青海路和吳江路，基坑北側(cè)為南京西路，西側(cè)為石門一路，場地內(nèi)擬建1層和3層的休閑商業(yè)廣場（含劇院），總建筑面積58 460 m2，無地下室。1層建筑范圍采用天然地基基礎(chǔ)，3層建筑范圍均采用灌注樁基礎(chǔ)。46號地塊位于上海軌道交通2號線（以下簡稱“軌交2號線”）隧道正上方，運營中的軌交2號線隧道從場地東西方向穿越基坑，隧道頂距離基坑底板4.0～5.0 m（圖1）。區(qū)間隧道直徑6.2 m，管壁厚度350 mm，隧道頂埋深約9.0 m，位于基坑下方的區(qū)間隧道長約100 m。

圖1 46號地塊建筑與軌交2號線位置示意

2 運營地鐵上方淺基坑開挖

46號地塊位于運營中的軌交2號線的正上方，因此在施工過程中，對基坑變形控制的要求極高。地鐵監(jiān)護方要求，基坑范圍內(nèi)墻體最大水平位移不超過12 mm，坑外最大地表沉降不超過10 mm，同時坑底最大隆起不超過10 mm。根據(jù)周邊環(huán)境保護要求以及基坑開挖深度，46號地塊基坑安全等級為三級，環(huán)境保護等級為一級，如何實現(xiàn)地鐵上方淺基坑工程的快速施工是46號地塊基坑變形控制的關(guān)鍵。

46號地塊基坑面積約為4 300 m2，針對地鐵監(jiān)護方7 h完成從開挖至混凝土澆筑的要求，需對整個基坑進行分塊，難點在于確定基坑的分塊原則。同時，46號地塊下方為運營中的軌交2號線，對地鐵的保護要求較高，因此采用了坑內(nèi)土體全加固的方式。在土體加固施工期間，土體加固的水泥摻量達到了土體總質(zhì)量的42%，如何對高度加固的土體進行合理有效的開挖也是難點之一。

2.1基坑挖土分塊的設(shè)計與優(yōu)化

46號地塊面積按照開挖深度分為2個分區(qū)：深基礎(chǔ)范圍（A區(qū)）基坑開挖深度3.95～4.55 m，面積約3 810 m2，采用明挖順作施工，圍護結(jié)構(gòu)采用φ850 mm的SMW工法樁，內(nèi)插H型鋼（隔一插一）；淺基礎(chǔ)范圍（B區(qū)）基礎(chǔ)面積約350 m2，開挖深度1.55 m，采用放坡開挖，放坡坡度控制在1∶1。B區(qū)挖深較淺，對下臥隧道影響較小，原設(shè)計方案考慮B區(qū)后作，但因場地狹窄，先施工B區(qū)可為A區(qū)施工提供必要的施工場地。B區(qū)根據(jù)設(shè)計挖土分塊劃分為6個區(qū)域先行施工，每個挖土分塊面積約為60 m2（圖2），順序挖土并施工結(jié)構(gòu)底板，至西側(cè)SMW圍護樁時，底板與其留置一段距離并設(shè)置傳力帶以確保水平力可靠傳遞。待A區(qū)底板結(jié)構(gòu)完成后拆除部分圍護樁，再補最后一段底板。

圖2 B區(qū)挖土及底板分塊流程

A區(qū)單塊從挖土至底板澆筑完成原則上應(yīng)控制在7 h以內(nèi)，但原挖土分塊設(shè)計面積均為100 m2左右，導(dǎo)致單塊施工時間為10 h左右，對地鐵隆沉變形控制極為不利。同時，原對撐區(qū)域挖土順序不利于對撐的及時形成。因此，在與設(shè)計單位協(xié)調(diào)后，將A區(qū)基坑按照非運營中地鐵正上方、運營中地鐵正上方的不同要求進行優(yōu)化分區(qū)，并且確保每塊底板均與2根工程樁相連：

1）先施工運營隧道正上方分塊，再施工非運營隧道正上方分塊。

2）位于隧道正上方的每分塊底板施工時，兩端須與工程樁連接，共同抵抗隧道的上浮。在門式結(jié)構(gòu)形成前，應(yīng)有必要的壓重措施預(yù)防地鐵上浮，一般考慮采用砂袋壓重，預(yù)先放置于現(xiàn)場。

3）分塊應(yīng)便于及時形成對撐及斜拋撐，單塊隧道上方分塊面積不大于60 m2。

2.2基于分塊開挖快速施工的場地布置優(yōu)化

在原施工方案中，開挖流程為先A區(qū)后B區(qū)，場地出入口開設(shè)在B區(qū)兩側(cè)，南北向各分布1個，較影響場內(nèi)通行及場地利用效率，因此在分塊調(diào)整后，優(yōu)先施工B區(qū)，在B區(qū)底板完成后施工A區(qū)。

整體施工場地布置根據(jù)A區(qū)優(yōu)化后的基坑分塊進行，在分塊調(diào)整后，A區(qū)基坑整體施工順序自西向東進行，且先施工完成的B區(qū)作為對撐區(qū)域施工階段的鋼筋籠預(yù)制場地，同時在拋撐區(qū)域南側(cè)暫借吳江路部分道路充當(dāng)材料堆場。為便于通行，將場地出入口調(diào)整為東西向各1個，以滿足基坑快速施工的場地面積和車輛通行要求。

2.3淺基坑開挖的施工工藝

基坑施工須在地鐵停運后，在地鐵監(jiān)護部門指定的時段內(nèi)進行施工，各分塊從土方開挖到澆筑完畢須控制在7 h內(nèi)（每天23時至次日6時）。根據(jù)快速施工要求，確定46號地塊基本施工流程如下：鋼筋籠預(yù)制→土體開挖→樁頭鑿除→墊層鋪設(shè)→預(yù)制鋼筋籠吊裝→模板及預(yù)留鋼筋綁扎、預(yù)埋螺栓放置→混凝土澆筑。

在土方開挖階段，安排2臺挖機進入工作面，每臺挖土機械每小時挖土不小于35 m3，控制在3 h內(nèi)完成土方開挖。開挖施工時，各開挖區(qū)的邊界采用3∶1放坡開挖。

土方開挖至設(shè)計標(biāo)高后，進行樁頭鑿除。開挖前根據(jù)合理分塊原則，將每分塊內(nèi)的工程樁控制在3～5根。開挖后根據(jù)挖土進度和施工操作面及時安排人工打鑿，鑿樁控制在2 h內(nèi)完成。在樁頭處理完成后，立刻進行小應(yīng)變施工，判斷此樁非三、四類樁后，即可進行后續(xù)工序施工。

鋼筋綁扎完成、驗收完畢后，立即安排混凝土澆筑。運營地鐵隧道正上方每分塊底板混凝土量控制在65 m3，將安排2臺汽車泵澆筑，約1 h完成。為節(jié)省時間，汽車泵預(yù)先停于現(xiàn)場就位，混凝土車輛預(yù)先安排發(fā)車，確保及時進行混凝土澆筑。

3 基于微變形控制要求的基坑對撐

46號地塊下方為運營中的軌交2號線區(qū)間隧道，對基坑支撐軸力控制精度要求較高，對撐區(qū)域采用鋼支撐軸力自動補償系統(tǒng)控制變形。

為加快施工速度，鋼支撐先在地面上預(yù)拼裝到設(shè)計長度后采用整體四點起吊，并在校正鋼支撐兩個端頭后安裝液壓變形調(diào)整系統(tǒng)。在鋼支撐拆除階段，拆除單根支撐桿時，先釋放支撐應(yīng)力，松開活絡(luò)端，然后從兩端往中間方向分段拆，以兩個豎向支承點之間的桿件為一段，拆卸下法蘭連接螺栓，然后將該段吊出基坑。

4 地鐵上方混凝土結(jié)構(gòu)快速施工

按照地鐵監(jiān)護方的要求，需在7 h內(nèi)完成從土體開挖至混凝土澆筑的步序，對施工效率要求較高。為此，結(jié)合工程項目實際情況，46號項目專門進行了同環(huán)境，同規(guī)模，同工藝的單塊基礎(chǔ)“單塊非原位試驗”——針對每道工序分別試驗。試驗數(shù)據(jù)表明，基礎(chǔ)單塊底板在7 h內(nèi)無法完成，須采取施工措施壓縮工序時間，保證在規(guī)定的7 h內(nèi)完成單塊底板施工。因此，必須針對46號地塊項目在地鐵上方施工的特點，針對性地對其結(jié)構(gòu)施工方案進行調(diào)整。

為了達到結(jié)構(gòu)快速施工的目的，46號地塊技術(shù)人員與參建各方單位以及地鐵監(jiān)護單位人員多次討論可行的方案，最終總結(jié)了2道工序的快速施工方案，即墊層快速施工方案和底板快速施工方案。

4.1墊層快速施工方案

挖土完成后，根據(jù)設(shè)計及地鐵監(jiān)護方的要求，對底板墊層澆筑實施以下2種不同的施工工藝，以達到經(jīng)濟性與高效性的統(tǒng)一：非運營地鐵隧道正上方區(qū)域在挖土完成后澆筑混凝土墊層，隨后進行底板施工；運營地鐵隧道正上方區(qū)域在挖土完成后，鋪設(shè)碎石及20 kg/m3的EPS板作為墊層，隨后進行底板施工。

4.2底板快速施工方案

在施工過程中，如果底板鋼筋采用人工綁扎施工，將根據(jù)分塊的操作面安排勞動力，確保2 h完成鋼筋綁扎。但是運營地鐵隧道正上方底板施工時間僅為7 h，如采用人工綁扎，鋼筋綁扎作業(yè)面不利于過多的勞動力投入，并且人工勞動力往往存在鋼筋綁扎問題、施工質(zhì)量問題等，易導(dǎo)致進度延后。因此，46號地塊在施工過程中采用了工業(yè)化預(yù)制鋼筋籠鋪設(shè)底板鋼筋。

46號地塊項目最終采用鋼筋籠工業(yè)化預(yù)制就位施工技術(shù)后，底板預(yù)制鋼筋籠根據(jù)分塊要求預(yù)先制作，避免了現(xiàn)場鋼筋綁扎。一方面，從支護結(jié)構(gòu)剛度出發(fā)，控制基坑變形；另一方面，從提高底板工業(yè)化建造程度，從而加快底板封閉角度出發(fā)，控制地鐵隧道上浮。同時，提出了預(yù)制鋼筋籠的節(jié)點無縫連接工藝，確保了基坑底板的整體工作性能，成功將底板模板施工時間控制在1 h；在鋼筋綁扎施工時，邊施工邊驗收鋼筋，盡可能不占用施工時間。

5 地鐵區(qū)間變形控制情況

46號地塊在運營中的軌交2號線正上方的復(fù)雜環(huán)境淺基坑施工中，采取了一系列行之有效的基坑保護措施，確保了基坑如期、安全地開挖完成，較好地控制了基坑變形。地鐵監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，軌交2號線在基坑開挖階段產(chǎn)生的最大變形為12 mm，最大不均勻隆沉為10 mm；地表最大沉降9.3 mm，較好地實現(xiàn)了微變形控制。

6 結(jié)語

46號地塊項目在施工過程中，針對運營地鐵上方淺基坑施工的特點、難點，提出了基于微變形控制要求跨越運營地鐵的淺基坑工程快速施工技術(shù)。結(jié)合工程特點，從施工場布優(yōu)化、地鐵上方淺基坑開挖、基于微變形控制要求的基坑支撐以及地鐵上方混凝土結(jié)構(gòu)快速施工等方面，確保了施工分塊達到安全、合理、限時開挖的設(shè)計效果，同時也保證了支撐、底板施工等后續(xù)工序的方便快速進行，有效進行了地鐵上方施工過程中的基坑變形控制，在施工條件受限的情況下完成了工程任務(wù)。項目實施過程中達到了高效、環(huán)保、安全的要求，總結(jié)的經(jīng)驗可供同類型地鐵上方的施工工程參考。