緊鄰既有高架橋深基坑施工風險及應對措施研究

董海龍，蔡剛，許成漢，代滿

（1.中鐵隧道集團二處有限公司, 河北 廊坊 065200; 2.深圳市地鐵建設集團, 廣東 深圳 518034）

1 引言

城市中土地資源緊缺，地質條件復雜，既有建（構）筑物分布密集，給基坑工程的施工安全與施工質量帶來了挑戰(zhàn)，狹小空間施工工藝以及對工程周圍環(huán)境的保護成為工程熱點[1～3]。

受當下施工工藝限制，深基坑的開挖必將引起周圍地層水位和應力場的改變，導致周圍地層變形。但目前仍缺乏對施工過程中的風險及應對措施的研究，本文以深圳城市軌道交通14 號線布吉站基坑工程為依托，對坑施工過程中存在的風險和應對措施進行了研究和總結。

2 工程及地質概況

2.1 工程概況

深圳城市軌道交通14 號線布吉站為地下3 層島式換乘車站，位于地鐵3 號線高架與龍崗大道布吉高架橋夾持的龍崗大道西側道路下方，沿龍崗大道呈西南- 東北方向布置，如圖1 所示。

圖1 布吉站平面示意圖

車站基坑主體長239 m，標準段基坑寬度為22.3 m、深度為26.6 m，采用明挖法施工，圍護結構采用咬合樁，設置4 道支撐，采用坑內降水方案。

2.2 地質概況

布吉車站的原始地貌主要為沖洪積平原，基坑范圍內土層由地表向下分別為：第四系全新統人工素填土、沖洪積粉質黏土、礫砂、全風化至微風化的下伏侏羅系角巖，巖體基本質量等級為Ⅴ級。地下水位位于埋深2.8～9.7 m，基坑范圍內主要為賦存于第四系巖土層的松散巖類孔隙水和略承壓性的基巖裂隙水兩類。

3 工程難點

布吉站基坑周邊建構筑物密集，西側毗鄰3 號線高架車站及草布高架區(qū)間、北側緊鄰5 號線的布百右線盾構區(qū)間、東側緊靠龍崗大道高架橋。工程具有以下難點：

1）由于施工場地緊鄰既有高架橋，施工區(qū)域的高度、寬度都受到極大的限制，施工空間極其狹小，必須采用低凈空作業(yè)，施工難度大并且質量難以保證；

2）既有建（構）筑物對地層的荷載增大了基坑支護難度；

3）施工過程中需做好對既有建（構）筑物及周圍行人、車輛的保護。

4 施工風險及應對措施

4.1 咬合樁施工

4.1.1 施工工藝

布吉站基坑選擇鉆孔咬合樁作為基坑的圍護結構，咬合樁成孔采用DTR-2016H 型全套管全回旋鉆機，護壁為套管；取土方式采用XR360 旋挖鉆機或沖抓斗土層取土+ 潛孔錘巖層破巖；吊裝設備為130 t+90 t 履帶吊。

4.1.2 影響內容

1）由于緊鄰既有高架橋，施工空間受限，大型設備的運作受到嚴重限制；

2）影響咬合樁成樁質量，易造成圍護結構漏水，坑外地下水攜帶砂土顆粒流入坑內；

3）成孔過程中超挖引起塌孔，咬合樁強度、剛度不足導致圍護樁變形大，致使周邊土體失穩(wěn)，影響高架橋安全運營。

4.1.3 空間受限應對措施

1）旋挖機、沖抓斗、吊機等設備采用低凈空設備或進行限高改裝，若自帶限位功能，則根據施工空間設置好高度、角度，避免司機因誤操作而觸碰到橋梁。

2）套管、鋼筋籠進行分段加工、吊裝，分段長度小于常規(guī)分段長度。

3）加強吊車、旋挖機司機及信號工技能及安全技術培訓。在吊臂端部安裝探測雷達，在高架橋上設置紅外線報警系統，提醒吊車司機，避免誤操作。

4）針對機械設備在限高改裝后仍無法安全施工的區(qū)域，可采取降低地面標高的方法施工。地面開挖后，采用放坡并掛網噴漿的形式進行臨時支護，以避免開挖作業(yè)對臨近橋墩造成影響。

5）在既有高架橋底部向上3 m 的范圍內布置橡膠輪胎結合擠塑板的防護措施，能夠有效地保護既有橋墩，減緩設備失誤碰撞橋墩時的沖擊力。

6）潛孔錘破巖施工時，將潛孔錘施工過程中地表震速嚴格控制在1 cm/s 以內，降低對周圍環(huán)境的影響。

4.1.4 成樁質量控制措施

1）為保證樁身質量，混凝土澆筑時應持續(xù)作業(yè)，不可間斷，達到設計標高為止。由于混凝土澆筑時間延長，因此必須延長混凝土的初凝時間。

2）在樁頂之上布設（鋼筋）混凝土導墻，鉆機就位，當首節(jié)套管壓入定位孔時，同步進行監(jiān)測與調整，令套管與定位孔間的空隙均勻分布，嚴格控制孔口定位誤差。

3）對套管的順直度進行檢查和校正、對成孔過程的樁身垂直度進行監(jiān)測和垂直度糾偏，嚴格控制樁身垂直度。

4.2 基坑降排水

4.2.1 施工工藝

采用管井降水，先降水后開挖，降水至開挖面以下1.0 m，基坑開挖時隨挖隨降；坑內設置排水溝及集水坑并用水泵抽出，保證基坑內排水通暢。

4.2.2 影響內容

1）既有高架會對地層施加巨大的荷載，基坑開挖引起的土體卸荷會引起土體變形，嚴重時會導致高架橋樁基的位移和變形。

2）支撐架設不及時會造成圍護結構水平位移，進而導致既有高架的沉降位移。

3）龍門吊線路與既有地鐵3 號線間距最小為50 cm。高度距離地鐵3 號線高架橋下邊線平均50 cm。

4.2.3 應對措施

1）嚴格監(jiān)控坑外水位，若出現水位不正常下降，地表及時回灌。

2）及時找到劈叉位置，進行注漿封堵，必要時在圍護樁外側補打旋噴樁止水。

4.3 基坑開挖及內支撐施工

4.3.1 施工工藝

基坑開挖采用縱向分層分段開挖的方法，保持開挖坡面穩(wěn)定，結合主體結構分段情況，基坑開挖施工自南向北劃分為9 個工作區(qū)，各工作區(qū)長度26.5 m 左右，基坑分段圖詳見圖2。車站布置2 臺龍門吊架設鋼支撐、運輸材料，并進行土石方出渣。

圖2 車站基坑總體開挖順序圖

4.3.2 既有高架橋保護措施

1）首先對基坑工程影響范圍內的樁基周圍地層采用袖閥管進行注漿加固處理，在注漿效果滿足要求后，再對樁基進行補樁以及新建擴大承臺（見圖3）。

圖3 袖閥管地層加固及補樁

2）結合場地條件和基坑結構特點，基坑開挖盡可能在同一期內采取平行流水作業(yè)方式進行，遵循“開槽支撐、先撐后挖、分層開挖、嚴禁超挖”的原則?；娱_挖及混凝土支撐平面施工步序為由車站中部向兩端開挖，縱向分臺階開挖，隨開挖隨施作支撐體系。首先，將地表土降至冠梁標高，組織施工冠梁、第一道混凝土支撐，在冠梁及第一道混凝土支撐強度達到設計要求后，組織基坑開挖和后續(xù)混凝土支撐施工。

3）對既有高架橋布設自動化監(jiān)測點位，對結構的沉降位移進行實時監(jiān)測。

4）利用BIM 建模模擬龍門吊行走路線，提前進行碰撞檢測，防止碰撞高架橋。

4.4 基坑爆破施工

4.4.1 施工工藝

基坑內巖層采用數碼雷管爆破，并設置爆破減震孔以減小爆破振動；基坑周邊2～3 m 范圍內，或者鄰近控制性建（構）筑物，采用機械破除的方式。減少對建筑物的影響，最大震速應小于1 cm/s。

4.4.2 影響內容

1）車站緊鄰地鐵3 號線和5 號線，人流來往密度大，爆破地震波、爆破產生的飛石會對運營線路及周圍人群造成安全隱患。

2）爆破震動對橋梁樁基和軌道產生影響。

4.4.3 應對措施

1）爆破應選在列車運行的空檔期實施，爆破前發(fā)布公告，設立告示牌。

2）多打孔，少裝藥，單孔深度不大于1.5 m，優(yōu)化爆破參數，采用兩孔串聯爆破，降低爆破影響。

3）硬巖采取數碼雷管爆破，且在既有樁基周邊設置3 排減震孔，爆破震速控制在小于或等于1 cm/s。

4）采用炮被覆蓋爆破區(qū)。

5）加強對橋墩及軌道的變形監(jiān)測。

4.5 支撐拆除

4.5.1 施工工藝

混凝土支撐全部采用繩鋸切割拆除，鋼支撐采用門吊拆除。

4.5.2 影響內容

在側墻、中板未達到設計強度及倒撐未架設完成并施加預應力之前拆除支撐會導致圍護結構出現位移變形，進而導致周邊地鐵建（構）筑物沉降位移。

4.5.3 應對措施

1）支撐拆除嚴格按方案進行，及時設置倒撐。

2）加強支撐拆除時的受力監(jiān)測，待穩(wěn)定后開始拆除。

5 結論

本文以深圳城市軌道交通14 號線布吉站基坑工程為依托，針對基坑緊鄰既有高架橋的施工條件，總結提出了一系列在基坑圍護結構施工、基坑開挖及支撐施工、基坑降排水、基坑爆破等階段存在的風險以及應對措施。施工監(jiān)測結果表明，在基坑施工過程中，高架橋墩基礎沉降、基坑圍護結構的側向位移均在控制范圍之內，基坑施工對高架影響較小，基坑施工處于安全的可控狀態(tài)。本工程的成功實施，對今后類似工程具備有益的借鑒和參考價值。

1）針對施工空間受限，可對施工設備進行限高改裝，對套管、鋼筋籠等進行分段加工和吊裝，或者通過降低地面標高的方式來完成施工。

2）基坑緊鄰既有建（構）筑物，可通過袖閥管注漿或高壓旋噴樁的方式對既有樁基附近土體、基坑周圍地層進行加固，以降低基坑開挖對周圍環(huán)境的影響。