地鐵保護區(qū)范圍內(nèi)的深基坑支護施工

龐小軍 王昊鵬 陳桂森

中鐵建工集團有限公司北京分公司 北京 100070

在進行深基坑施工技術(shù)研究過程中，引入Midas計算軟件對施工工序進行模擬，可直觀地展現(xiàn)施工過程中軌道變形位移，預(yù)測其變形位移范圍，及時反饋給相關(guān)技術(shù)人員，為深基坑施工提供及時、可靠的數(shù)據(jù)與信息，及時判斷施工對既有結(jié)構(gòu)運營的影響大小，為可能發(fā)生的事故提供及時、準(zhǔn)確的預(yù)報，使各方有時間作出反應(yīng)，避免惡性事件發(fā)生。

本技術(shù)研究基于中國電科科技創(chuàng)新園工程，該工程西側(cè)局部范圍處于地鐵保護區(qū)范圍內(nèi)，基坑深度21.72 m，基坑外邊線與北京地鐵10號線西釣魚臺站—慈壽寺站區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)邊線水平距離為5.455～13.300 m。采用φ800 mm鉆孔灌注樁＋預(yù)應(yīng)力錨索＋鋼支撐組合支護方式，樁頂設(shè)連梁及擋墻，前后排樁設(shè)橫向連系梁，樁間土采用掛鋼筋網(wǎng)＋噴射混凝土形式。

1 模型建立

根據(jù)本項目深基坑工程與北京地鐵10號線相對位置的關(guān)系及影響范圍，選取模型計算范圍，范圍為沿既有地鐵線路縱向160 m、橫向130 m，土層厚度60 m。模型如圖1所示。

圖1 計算模型

2 計算方法

本工程采用Midas軟件對地層-結(jié)構(gòu)模型進行變形分析，模擬中國電科科技創(chuàng)新園建設(shè)項目深基坑工程的施工過程對北京地鐵10號線西釣魚臺站—慈壽寺站區(qū)間結(jié)構(gòu)及軌道的安全性影響，提供既有結(jié)構(gòu)的變形分析結(jié)果，從而了解地鐵10號線結(jié)構(gòu)和軌道結(jié)構(gòu)的安全性，并根據(jù)行車安全的要求，綜合各種影響因素，提供基坑施工時地鐵10號線結(jié)構(gòu)和軌道結(jié)構(gòu)的變形控制標(biāo)準(zhǔn)和保護措施。

3 模擬工序

模型開挖分為以下幾個工序進行：工序1，圍護樁施工；工序2，向下開挖3.50 m，并施作第1道錨索；工序3，向下開挖4.50 m并施作第2道錨索；工序4，向下開挖2.70 m并施作第3道錨索；工序5，向下開挖1.80 m并施作鋼腰梁、立柱、鋼支撐；工序6，向下開挖4.85 m至坑底；工序7，施加建筑荷載；工序8，管線開挖。

4 變形預(yù)測

通過模擬計算得知，既有地鐵10號線區(qū)間隧道的橫向變形最大值為1.406 mm，與開挖方向一致，發(fā)生在靠近基坑側(cè)的主體結(jié)構(gòu)側(cè)墻；豎向變形最大值為1.586 mm，上浮變形，發(fā)生在靠近基坑開挖側(cè)主體結(jié)構(gòu)頂部。

5 變形結(jié)論

本項目深基坑工程引起既有地鐵10號線盾構(gòu)區(qū)間地鐵軌道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的變形，地鐵10號線軌道結(jié)構(gòu)最大豎向變形值為上浮1.517 mm，剩余施工引起地鐵結(jié)構(gòu)變形為上浮0.753 mm。根據(jù)目前的設(shè)計方案，地鐵上浮變形在允許范圍內(nèi)，在正常施工條件下采取一定的軌道防護措施和監(jiān)測措施，能確保地鐵列車安全運行。

6 施工工藝及操作要點

6.1 支護體系

6.1.1 施工工藝流程

單雙排圍護樁施工→土方分層開挖、施作錨索、鋼腰梁及樁間噴錨→水平鋼支撐施工→換撐及加力

6.1.2 施工操作要點

1）本工程護坡樁為旋挖鉆成孔，泥漿護壁灌注樁，采取“隔二打一”的方式進行施工，雙排樁范圍先施工前排再施工后排。在鋼筋籠吊運過程中，注意吊裝部位，采用4點吊，吊點全部設(shè)于主筋與加勁筋連接處。

2）錨索注漿過程中，沿著注漿管注漿和補漿，不能取出。注漿后過30 min再補漿1次，若滲漿嚴(yán)重，可補漿2～3次。注漿漿液選用水灰比0.50～0.55的水泥漿。

3）水平鋼支撐為壁厚16 mm的φ800 mm鋼管，鋼管拼接采用法蘭連接，螺栓為一正一反交替間隔擰緊?；顒佣伺c固定端縱向逐根交替間隔布設(shè)，鋼支撐與鋼構(gòu)柱之間緊密連接，并嚴(yán)格控制其標(biāo)高，減少鋼支撐豎向力。經(jīng)確認(rèn)節(jié)點連接無誤后方可施加預(yù)壓力。

4）本工程豎向斜撐為壁厚16 mm的φ609 mm鋼管，與底板及外墻連接，施加力前，外墻與支護樁間填充C15素混凝土，待混凝土強度達到設(shè)計值后方可進行加力，換撐必須在豎向斜撐軸力施加完成后才可進行。

6.2 深基坑及軌道變形監(jiān)測

6.2.1 隧道結(jié)構(gòu)檢測

隧道結(jié)構(gòu)檢測包括隧道結(jié)構(gòu)豎向變形、軌道結(jié)構(gòu)豎向變形、裂縫觀測、隧道結(jié)構(gòu)橫向變形、無縫線路鋼軌位移、管片錯臺等。

1）隧道結(jié)構(gòu)豎向變形。在監(jiān)測范圍內(nèi)曲線要素點位置布設(shè)監(jiān)測斷面，基坑鄰近既有地鐵段按10～20 m間隔布設(shè)監(jiān)測斷面，共布設(shè)17個監(jiān)測斷面，每個監(jiān)測斷面布設(shè)2個測點，地鐵10號線共布設(shè)34個隧道結(jié)構(gòu)豎向變形測點。隧道結(jié)構(gòu)豎向變形測點布設(shè)在地鐵結(jié)構(gòu)兩側(cè)，條碼尺粘貼在厚3 mm的亞克力板上，再將亞克力板上下端鉆孔，用脹塞固定在地鐵結(jié)構(gòu)側(cè)墻上，并在亞克力板背面涂膠，防止測點脫落。

2）軌道結(jié)構(gòu)豎向變形。軌道結(jié)構(gòu)沉降測點與隧道結(jié)構(gòu)豎向變形測點布設(shè)在同一斷面，每個斷面布設(shè)2個軌道結(jié)構(gòu)豎向變形測點，地鐵10號線共布設(shè)34個軌道結(jié)構(gòu)豎向變形測點。測點采用粘貼監(jiān)測點方式進行布置，布置步驟如下：

① 使用干布在選定的風(fēng)道地表擦洗干凈。

② 在風(fēng)道表面均勻涂抹AB膠。

③ 將監(jiān)測點放在AB膠上，并使監(jiān)測點固定。

④ 待AB膠凝固。

⑤ 做好明顯標(biāo)識，防止監(jiān)測點被破壞。

⑥ 養(yǎng)護2 d以上。

3）裂縫觀測。以工前檢測報告為基準(zhǔn)，對大于0.3 mm裂縫進行監(jiān)測。測點制作如圖2所示的鑲嵌于結(jié)構(gòu)面的金屬桿標(biāo)志。裂縫寬度的觀測使用游標(biāo)卡尺，測定金屬桿的距離，讀數(shù)應(yīng)精確到0.01 mm。同時記錄量測結(jié)果和日期，繪出裂縫的位置、形態(tài)和尺寸。在有新的裂縫產(chǎn)生時，及時布設(shè)觀測點。

圖2 裂縫觀測金屬桿設(shè)置示意

4）隧道結(jié)構(gòu)橫向變形。隧道結(jié)構(gòu)橫向變形監(jiān)測點在施工側(cè)布設(shè)，與豎向變形監(jiān)測點布設(shè)在同一位置，共布設(shè)5個。布設(shè)測點利用地鐵內(nèi)帶螺紋金屬桿，制作互相配套的連接桿將棱鏡固定在連接桿上，或者采用粘貼方式進行測點布設(shè)。

5）無縫線路鋼軌位移。在影響范圍外測邊緣布設(shè)1組無縫線路位移觀測測點，每條軌上設(shè)1個無縫線路臨時位移觀測標(biāo)尺，共布設(shè)8個無縫線路鋼軌位移測點。在鋼軌軌腰上粘貼1個固定標(biāo)尺。在對應(yīng)標(biāo)志中部布設(shè)1個豎向標(biāo)尺，使豎向標(biāo)尺垂直于走行軌方向，并使豎向標(biāo)尺與軌腰上標(biāo)尺中心的零刻度對齊。為減小對既有道床的破壞，豎向鋼尺采用錨固劑進行固定。貼1個固定標(biāo)尺，使標(biāo)尺中心的零刻度與細(xì)線對齊。通過讀取各觀測期觀測墩頂細(xì)線標(biāo)志與標(biāo)尺中心的距離，計算每條鋼軌沿線路方向的相對變化量從而得出鋼軌爬行量。

6）管片錯臺。測點設(shè)置在隧道內(nèi)管片上，與隧道結(jié)構(gòu)沉降測點布設(shè)在同一斷面，每個監(jiān)測斷面布設(shè)環(huán)向錯臺測點及徑向錯臺測點，共布設(shè)16個管片錯臺測點，測點布設(shè)位置如圖3所示。使用游標(biāo)卡尺測量管片間高低變化，對管片錯臺變化進行監(jiān)測。

圖3 管片錯臺測點布設(shè)位置示意

6.2.2 深基坑監(jiān)測

1）樁頂水平位移及豎向位移監(jiān)測。監(jiān)測點設(shè)置在支護結(jié)構(gòu)頂部連梁變形敏感部位，沿基坑周邊布設(shè)在陽角、直線部分的中間位置，間距25 m左右。水平位移監(jiān)測采用全站儀自由設(shè)站法，配備徠卡TS15測量機器人進行外業(yè)數(shù)據(jù)采集。豎向位移監(jiān)測采用幾何水準(zhǔn)法，配備DL-502型電子水準(zhǔn)測量。

2）錨索拉力。本工程采用振弦式錨索測力計進行錨桿錨固應(yīng)力監(jiān)測。振弦式錨索測力計由彈性圓筒、密封殼體、信號傳輸電纜、振弦及電磁線圈等組成。錨索測力計為一次性使用的設(shè)備，不能重復(fù)使用。

3）支撐軸力監(jiān)測。鋼支撐的監(jiān)測截面選擇在支撐的端頭，根據(jù)基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計，在基坑四周邊坡布設(shè)4個鋼支撐軸力監(jiān)測點。軸力計（圖4）的外殼是一個經(jīng)過熱處理的高強度鋼筒。在筒內(nèi)裝有應(yīng)變計，軸力計安裝在鋼支撐與擋土結(jié)構(gòu)之間，作用在鋼支撐上的力同樣作用在鋼筒，致使鋼筒內(nèi)應(yīng)變計的鋼弦自振頻率發(fā)生改變，通過頻率測度儀測量和計算得到鋼支撐軸力。

圖4 軸力計

7 結(jié)語

通過本技術(shù)研究，中國電科科技創(chuàng)新園深基坑工程提前使用計算模型進行分析，對施工工序進行模擬，研究確定鉆孔灌注樁＋預(yù)應(yīng)力錨索＋鋼支撐組合支護方式的可行性，并預(yù)測施工中可能出現(xiàn)的問題。在基坑監(jiān)測中，利用自動化監(jiān)測與人工監(jiān)測結(jié)合，實現(xiàn)了基坑全天候不間斷實時監(jiān)測與數(shù)據(jù)上傳，大大節(jié)約了勞動力成本，提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，為基坑支護的動態(tài)設(shè)計提供了充分的依據(jù)，保證了基坑的安全施工，節(jié)省了基坑二次開挖成本。

最終，施工過程中，本工程基坑及既有地鐵軌道線路的變形數(shù)據(jù)穩(wěn)定，處在控制值范圍，具有良好的推廣效益。