上跨既有隧道圍護(hù)結(jié)構(gòu)小插入比深基坑開挖變形關(guān)鍵技術(shù)研究

張公羽

(中鐵十六局集團(tuán)有限公司，北京 100018)

各大、中城市市政快速路隧道的建設(shè)有效緩解了交通擁擠現(xiàn)象。隧道線型沿城市主干道布設(shè)，與其他既有市政設(shè)施存在重疊交叉，如上跨、下穿既有市政隧道、橋梁、鐵路等工程案例，給設(shè)計(jì)、施工帶來了一定難度。工程實(shí)施中需要采取針對性措施，以確保既有建構(gòu)筑物、社會交通以及工程施工安全。

基坑穩(wěn)定性判斷因素主要包括地表沉降、地連墻水平位移、深層土體位移等方面，本文依托杭州市天目山路提升改造工程深基坑上跨既有紫之隧道，研究運(yùn)用基底加固、基坑外主動土壓區(qū)加固、分層分塊、抽條開挖等措施有效控制基坑變形且保證了既有運(yùn)營隧道安全，為今后類似工程提供借鑒。

1 工程概況

天目山路提升改造工程3#隧道全長1.3 km，在紫金港路口與既有紫之隧道西、東雙線垂直相交，即2#及4#基坑上跨既有紫之隧道，兩基坑均采用明挖法施工。

4#基坑內(nèi)凈空長28.9 m，寬19.9 m，開挖深13.76 m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用800 mm厚地連墻，其中東、西兩側(cè)地連墻長27 m(插入基底下13.3 m)，南、北兩側(cè)墻長15.7 m(插入基底下1.54 m)，支撐形式采用1 000 mm×800 mm冠梁+三道800 mm×800 mm混凝土支撐。基底下采用階梯式微壓力注漿加固，南、北兩側(cè)地連墻外采用4 m寬三重管旋噴樁加固至開挖深度。

基坑開挖范圍內(nèi)土層從上到下依次是1～1雜填土、1～2素填土、2～2粉質(zhì)黏土、15～3碎石混黏土(開挖層厚11.5m)，基底位于15～3碎石混黏土層(地基承載力特征值350 kPa)。

2 深基坑實(shí)施方案

工藝流程：地連墻施工→微壓力擾動基底注漿加固→南北側(cè)主動土壓區(qū)土體加固→冠梁及支撐梁→分層分塊開挖→基底抽條開挖→型鋼支撐安裝→墊層澆筑及防水施工→結(jié)構(gòu)施工。

重點(diǎn)闡述對基坑變形影響較大的注漿加固、分層分塊開挖、抽條開挖和型鋼支撐等工序。

2.1 基底及主動土壓區(qū)土體加固

基坑底與紫之隧道中間夾土采用微壓力擾動注漿加固，范圍為紫之隧道初支外1.5 m呈階梯型。南、北兩側(cè)地連墻外采用三重管旋噴樁加固。加固施工選用42.5#普通硅酸鹽水泥，水泥摻量25%，水灰比1∶1，土體28 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度大于等于1.0 MPa，抗?jié)B系數(shù)小于等于10-6cm/s。經(jīng)試樁確定旋噴樁注漿壓力25 MPa，空氣壓力0.7 MPa，提升速度15 cm/min，轉(zhuǎn)速18 r/min。

2.2 分層分塊開挖

按平面分塊、豎向分層原則，平面位置按照1～5塊順序開挖，豎向按照2～2.5 m一層共分7層開挖，各層實(shí)施期間結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)指導(dǎo)現(xiàn)場施工。

(1)豎向1-2層土方開挖

待冠梁及第一道混凝土支撐達(dá)到強(qiáng)度后，分層依次挖取1～5塊的1～1#塊土方→1～2#塊土方→1～3#塊土方→2～1#塊土方→2～2#塊土方→2～3#塊土方，停止開挖，立即施作第二道混凝土圍檁、支撐和斜撐、角撐。

(2)豎向3～5層土方開挖

待第一道腰梁混凝土支撐達(dá)到強(qiáng)度后，采用一臺抓斗吊、配備2臺中型配合分層取土，開挖順序與上述1～2層土相同。

(3)豎向6層土方開挖

待第二道腰梁混凝土支撐達(dá)到強(qiáng)度后，采用一臺抓斗吊配備兩臺PC120挖機(jī)配合分塊取土。

2.3 抽條施工及型鋼支撐架設(shè)

基底按照1～7～2～6～3/4/5條施工順序抽條施工，采用一臺抓斗吊站位于基坑外側(cè)，基坑里程配備2臺PC120挖機(jī)(空間有限)配合抽條南、北對稱取土。開挖過程快速連續(xù)且每條開挖時間不超過24 h。

根據(jù)開挖實(shí)測基坑跨度分兩節(jié)預(yù)制I25A雙拼工字鋼，抽條完成后拼接架設(shè)并用鋼楔子加力，快速轉(zhuǎn)入后續(xù)結(jié)構(gòu)施工。

3 監(jiān)測數(shù)據(jù)與基坑變形分析

4#基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工、基坑開挖、主體結(jié)構(gòu)施工期間通過監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行全方位監(jiān)測，歷時3.5個月，施工區(qū)間監(jiān)測總體情況如表1所示。

表1 4#基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

重點(diǎn)針對墻體深層水平位移進(jìn)行分析，尤其注重南、北兩側(cè)插入比小的墻體開挖過程中的數(shù)據(jù)分析，控制和預(yù)防工程風(fēng)險。

3.1 豎向1～2層土方開挖變形分析

開挖過程中分別通過監(jiān)測點(diǎn)ZQT18、ZQT124進(jìn)行墻體深層水平位移觀測。開挖深度5.3 m時圍護(hù)結(jié)構(gòu)地連墻，北側(cè)測斜孔在5.0～5.5 m間產(chǎn)生向基坑內(nèi)傾斜變形4.89 mm，南側(cè)基本無位移變化。

變形產(chǎn)生差異性原因，2、4#塊區(qū)域先于3、5#塊區(qū)域開挖，無支撐暴露時間長至北側(cè)墻體變形大于南側(cè)。

圖1 1～2層土方開挖南、北側(cè)短墻變形曲線圖

3.2 豎向3～5層土方開挖變形分析

開挖深度10.5 m時，北側(cè)地連墻測斜孔在7.0～7.5 m間產(chǎn)生向基坑內(nèi)傾斜變形7.18 mm，南側(cè)測斜孔在7.0～7.5 m間產(chǎn)生向基坑內(nèi)傾斜變形5.74 mm。

圖2 3～5層土方開挖南、北側(cè)短墻變形曲線圖

變形隨開挖深度增加逐漸加大，由于第二道混凝土支撐已經(jīng)達(dá)到強(qiáng)度，變形在第二道混凝土支撐處略緩直，變形較大區(qū)域較比1～2層土方開挖時向下發(fā)展。

3.3 基底抽條施工開挖變形分析

基底開挖過程中揭示微擾動注漿加固效果較好，強(qiáng)度和抗?jié)B指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求。每條開挖完成后及時架設(shè)雙拼工字鋼支撐。南、北兩側(cè)地連墻變形最大區(qū)域均居中在7.0～8.5 m之間，向基坑內(nèi)發(fā)展最大值7.89 mm。土體深層水平位移最大值6.93 mm，位于南側(cè)深度12.50 m。

圖3 基底抽條完成南、北側(cè)短墻變形曲線圖

變形未隨開挖深度增加及基底抽條施工而有明顯變化，主要集中在第二道與第三道混凝土支撐之間，墻址基本無變形。變形控制效果與第三道混凝土支撐形成強(qiáng)度后，抽條開挖充分利用時空效應(yīng)以及基底微擾動注漿加固后土體強(qiáng)度大有直接關(guān)系。土體深層水平位移位于地連墻底部以上2.5 m處，最大位移小于地連墻變形值，與主動土壓區(qū)土體加固有一定關(guān)系。

4 結(jié) 論

本文依托天目山路提升改造工程3#隧道4#基坑上跨紫之隧道全過程、全方位施工監(jiān)測指導(dǎo)基坑開挖施工過程，分析基底加固、主體土壓區(qū)土體加固、三道砼支撐、抽條開挖配合型鋼支撐等變形控制措施對基坑變形控制的作用和效果，可為今后類似工程提供借鑒。