淺談臨近地鐵軌道的基坑分坑分塊開挖技術(shù)

趙文杰

上海城建市政工程（集團(tuán)）有限公司 上海 200032

1 工程概況

本工程位于上海市徐匯區(qū)漕河涇，占地面積約2.5萬(wàn)m2，總建筑面積約9.5萬(wàn)m2，內(nèi)含6幢研發(fā)辦公樓。地鐵3號(hào)線橫穿項(xiàng)目，將其劃分為南、北兩個(gè)地塊，在工程建設(shè)中，需要充分考慮到建筑自身和周邊地鐵兩部分的要求，予以有效地防護(hù)[1]。

2 基坑周邊環(huán)境及輕軌3號(hào)線的保護(hù)

建筑基坑周邊環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，不利于基坑施業(yè)的順利開展，工作具體如圖1所示。北地塊局部臨近在建鐵路保障房高層住宅小區(qū)，小區(qū)建筑及地下室兩部分均含有樁筏基礎(chǔ)，地下室與基坑最近約16.8m，可能會(huì)產(chǎn)生擾動(dòng)性影響。此外，東南側(cè)臨近地鐵3號(hào)線，基坑距離地鐵軌道約40m，在工程施工中，需要切實(shí)考慮到該地鐵地面段軌道，予以有效地保護(hù)。

圖1 基坑周邊環(huán)境平面圖

南地塊西南側(cè)周邊建設(shè)220kV龍泉變電站，設(shè)置樁筏基礎(chǔ)，電站地上設(shè)置框架建筑結(jié)構(gòu)，與基坑保持相對(duì)緊湊的空間關(guān)系（最近處約10.8m）。除此之外，西北側(cè)也臨近已經(jīng)處于運(yùn)營(yíng)狀態(tài)的地鐵3號(hào)線，基坑已進(jìn)入地鐵30m保護(hù)范圍內(nèi)，在工程施工中，必須充分考慮到地面軌道的防護(hù)要求，不可造成不良影響。

總體來(lái)看，基坑工程施工環(huán)境復(fù)雜，除了考慮到基坑施工現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)、水文等的干擾外，還需要密切關(guān)注臨近的輕軌軌道保護(hù)要求，不可因基坑工程的施工而影響到地鐵的正常運(yùn)行。為此，基坑施工期間需要采取全方位的保護(hù)措施，切實(shí)保證周邊輕軌3號(hào)線的正常運(yùn)營(yíng)[2]。

3 基坑圍護(hù)及支撐體系設(shè)計(jì)

圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)置的是地下連續(xù)墻，墻體內(nèi)外側(cè)分別設(shè)置φ850@600三軸攪拌樁，通過此樁體的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)槽壁的有效加固處理，此方案應(yīng)用于北地塊基坑?xùn)|南側(cè)臨近既有地鐵的地面段；而對(duì)于基坑?xùn)|南側(cè)臨近輕軌的區(qū)域，則設(shè)置φ1000@1200三軸攪拌樁。

鉆孔灌注樁長(zhǎng)度22.65m，于樁外側(cè)設(shè)長(zhǎng)度為17.2m的φ850@600三軸攪拌樁止水帷幕；基坑其他剩余各邊均設(shè)置的是長(zhǎng)度為22.65m的φ900@1100鉆孔灌注樁，并在外側(cè)增設(shè)同規(guī)格的三軸攪拌樁止水帷幕。如前文所述，施工采取的是分區(qū)有序推進(jìn)的方法，為了保證各區(qū)的穩(wěn)定性，A、B兩區(qū)間設(shè)長(zhǎng)度為22.65m的φ800@1000鉆孔灌注樁，通過此類結(jié)構(gòu)的設(shè)置，發(fā)揮出圍護(hù)的作用。此外，還對(duì)B區(qū)一側(cè)做針對(duì)性地止水處理，即設(shè)置φ850@600三軸攪拌樁止水帷幕。

南地塊基坑西北側(cè)臨近既有地鐵部位的圍護(hù)集多類結(jié)構(gòu)于一體，以1000mm厚地下連續(xù)墻為主體結(jié)構(gòu)，在墻內(nèi)外側(cè)設(shè)φ850@600三軸攪拌樁，實(shí)現(xiàn)對(duì)槽壁的有效加固處理?；游髂蟼?cè)周邊建設(shè)有變電站，在對(duì)其采取防護(hù)措施時(shí)，設(shè)置φ1000@1200鉆孔灌注樁，同時(shí)外側(cè)配套φ850@600三軸攪拌樁止水帷幕。對(duì)于基坑的南側(cè)和東側(cè)，兩部分的圍護(hù)結(jié)構(gòu)保持一致，即均設(shè)置的是φ900@1100鉆孔灌注樁，為了增強(qiáng)圍護(hù)效果，在外側(cè)設(shè)φ850@600三軸攪拌樁止水帷幕。

南、北地塊基坑施工中，分別設(shè)置兩道混凝土支撐，在施工此類結(jié)構(gòu)時(shí)，盡可能規(guī)避主體結(jié)構(gòu)立柱、核心筒體兩個(gè)部位。沿著與地鐵垂直的方向，按照9m的間距有序設(shè)置支撐；此外在與之平行的方向也設(shè)置支撐，此處將間距增加至12m。第一道支撐壓頂梁截面1100mm×800mm，施工采用的是C30混凝土；第二道支撐圍檁截面1200mm×800mm，施工采用的是C45混凝土；同時(shí)，設(shè)置棧橋板配合施工，采用強(qiáng)度為C30混凝土，板厚250mm。

4 基坑分坑開挖措施及流程

4.1 分坑開挖原則

采取先開挖離保護(hù)對(duì)象遠(yuǎn)、保護(hù)等級(jí)相對(duì)低的大基坑，依靠小基坑和道圍護(hù)墻的屏蔽作用，有效減小大基坑施工對(duì)保護(hù)對(duì)象產(chǎn)生的變形；待大基坑部分結(jié)構(gòu)完成后，逐個(gè)快速開挖鄰近保護(hù)對(duì)象的小基坑，利用時(shí)空效應(yīng)的理論，充分發(fā)揮小基坑施工降水量小、土方量小、形成快、結(jié)構(gòu)工程方便的特點(diǎn)，使基坑施工對(duì)保護(hù)對(duì)象的影響降低到安全可控范圍內(nèi)。

4.2 各坑分塊分階段施工，限時(shí)形成支撐

土方開挖時(shí)必須利用時(shí)空效應(yīng)原理，嚴(yán)格遵循“分層、分塊、留土護(hù)壁、對(duì)稱、限時(shí)開挖支撐”原則，減少基坑無(wú)支撐的暴露時(shí)間，盡可能減少基坑變形。靠近圍護(hù)側(cè)均采用抽條開挖，24h內(nèi)完成分區(qū)內(nèi)土方開挖并完成與中部支撐對(duì)接，其中靠近地鐵側(cè)抽條寬度不大于6m，12h內(nèi)形成支撐；最后一層土從開挖至墊層澆筑完成控制在24h內(nèi)。

4.3 壓頂圈梁需分段施工

分段長(zhǎng)度20m左右。在鑿除地下連續(xù)墻翻漿及內(nèi)側(cè)導(dǎo)墻時(shí)亦分段進(jìn)行，并抽槽挖土至圈梁底標(biāo)高，再分段綁扎圈梁鋼筋，分段形成圈梁，以控制基坑初始變形[3]。

4.4 為了減小較長(zhǎng)混凝土支撐的收縮和徐變

將支撐分段施工，每次施工長(zhǎng)度不大于30m。

4.5 針對(duì)電梯深坑開挖

必須在大墊層形成后進(jìn)行，開挖采取放坡開挖，并采取鋼筋網(wǎng)片進(jìn)行護(hù)坡。

5 針對(duì)地鐵保護(hù)的基坑開挖措施

鑒于周邊環(huán)境的復(fù)雜性，在基坑開挖、支撐拆除等對(duì)周邊環(huán)境影響較大的施工階段時(shí)，對(duì)地鐵的保護(hù)尤為重要。主要通過編制科學(xué)、合理的施工組織，選用可行的技術(shù)措施，制訂一系列緊急預(yù)案，積極協(xié)調(diào)周邊相關(guān)單位關(guān)系等來(lái)保證周邊環(huán)境不受到較大影響。

深基坑開挖對(duì)周圍土體產(chǎn)生的變形和擾動(dòng)較大，加之?dāng)_動(dòng)土體在列車運(yùn)行振動(dòng)下更易發(fā)生地鐵地面段軌道的沉降及開裂，同時(shí)為了控制卸載加載量，分區(qū)進(jìn)行基坑開挖。

基坑施工時(shí)，應(yīng)考慮相關(guān)因素影響：①基坑圍護(hù)體系規(guī)律，其變形可以分為兩個(gè)階段，一是開挖到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)的變形，二是到底板結(jié)束時(shí)的位移。而第二階段的變形與基坑暴露時(shí)間有關(guān)，暴露時(shí)間越長(zhǎng)，風(fēng)險(xiǎn)性越大。②基坑工程的受力特點(diǎn)是大面積卸載，坑周圍和坑底應(yīng)力場(chǎng)從原始條件逐漸降低?；颖┞逗?，及時(shí)鋪設(shè)混凝土墊層對(duì)保護(hù)坑底土體不受施工擾動(dòng)、土體應(yīng)力松弛具有重要作用；③基坑周邊超載，增加墻后土體壓力及滑動(dòng)力矩，降低圍護(hù)體系的安全度；④由于大量卸荷，坑周圍應(yīng)力場(chǎng)變化，地面或多或少會(huì)產(chǎn)生許多裂紋，降雨或施工用水進(jìn)入土體會(huì)降低土體的強(qiáng)度，并增加土壓力。施工中設(shè)法減少土體中有效應(yīng)力的變化，提高土的抗剪強(qiáng)度和剛度，為此必須：①在基坑周開挖過程中和開挖后，應(yīng)保證井點(diǎn)降水的正常進(jìn)行；②盡量減少基坑坑底的暴露時(shí)間，盡快澆筑墊層和底板混凝土；③必要時(shí)，在開挖前對(duì)坑底土體進(jìn)行局部加固處理。

信息化監(jiān)測(cè)貫穿整個(gè)施工過程，以科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)測(cè)數(shù)據(jù)作為施工指導(dǎo)依據(jù)，必要時(shí)啟動(dòng)緊急預(yù)案。保證連續(xù)2d地鐵隧道的沉降量不超過0.5mm，整個(gè)工程施工期間的總沉降量不超過10mm，以滿足地鐵保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

6 基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

對(duì)于北地塊A區(qū)基坑的施工，設(shè)置在該處的圍護(hù)結(jié)構(gòu)存在較為明顯的水平位移現(xiàn)象，即相比于設(shè)計(jì)要求而言，實(shí)測(cè)結(jié)果偏大，臨近地鐵側(cè)圍護(hù)墻體的最大值約到35mm。相比之下，北地塊B區(qū)和南地塊兩部分的基坑施工狀態(tài)相對(duì)較好，即圍護(hù)墻體深層水平位移在許可范圍內(nèi)。

之所以出現(xiàn)前述情況，與如下原因有關(guān)：

在圍護(hù)設(shè)計(jì)工作中，圍繞基坑的第二層開挖及二道支撐均做出明確的規(guī)定，首先需要控制好開挖的位置，盡可能遠(yuǎn)離地鐵3號(hào)線；其次則是合理協(xié)調(diào)工序，盡可能在短時(shí)間內(nèi)完成支撐結(jié)構(gòu)的混凝土澆筑施工；最后則是組織臨近地鐵處的開挖作業(yè)，并依然根據(jù)實(shí)際進(jìn)度及時(shí)施作支撐。而對(duì)于第三層土方而言，其主要的施工范圍為開挖至底板處，但并未對(duì)圍護(hù)設(shè)計(jì)做出確切的規(guī)定，可能有施工隨意化的情況。北地塊A區(qū)基坑施工環(huán)節(jié)，以設(shè)置的后澆帶為基準(zhǔn)，對(duì)底板結(jié)構(gòu)做劃分處理，即形成三塊，而后按照順序有序完成各塊的施工。在第二層土方開挖和二道支撐施工環(huán)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)圍護(hù)墻深層水平位移的有效控制，因此實(shí)測(cè)結(jié)果顯示其并未超出設(shè)計(jì)警報(bào)值；但與之有所不同的是，在第三層土方開挖環(huán)節(jié)，則存在實(shí)測(cè)結(jié)果超限的情況。針對(duì)部分區(qū)域監(jiān)測(cè)結(jié)果超限的問題，項(xiàng)目建設(shè)單位、監(jiān)理單位等多方予以高度的重視，組織安全基坑風(fēng)險(xiǎn)分析會(huì)，立足于項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，探尋導(dǎo)致異常的原因，經(jīng)過推斷后，認(rèn)為基坑底板施工分塊過大（單塊面積約1800m2）是關(guān)鍵的原因，在此分塊方式下，底板難以發(fā)揮出對(duì)撐作用。在探明具體的原因后，及時(shí)調(diào)整工作方法，即在北地塊A區(qū)剩余部分的施工中，在原有基礎(chǔ)上增加基坑監(jiān)測(cè)頻率；除此之外，在既有基坑分塊方法的基礎(chǔ)上做進(jìn)一步的細(xì)分處理，此時(shí)可提高控制水平，除此之外還可以提高底板的施工效率。

從北地塊A區(qū)的施工中汲取經(jīng)驗(yàn)，為剩余基坑的施工提供清晰的引導(dǎo)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)基坑變形現(xiàn)象的有效控制。在南地塊及北地塊B區(qū)的施工中，著重采取如下技術(shù)措施。

對(duì)第三層土方做細(xì)化分塊處理（如圖2所示），單塊面積約500m2，首先施工的是遠(yuǎn)離地鐵層，而后轉(zhuǎn)向臨近地鐵側(cè)。

圖2 土方開挖分塊示意圖

墊層施工中，遵循“隨挖隨澆筑”的原則，盡可能縮短基坑無(wú)支撐暴露時(shí)間。

在原有墊層厚度的基礎(chǔ)上適當(dāng)增加，同時(shí)對(duì)墊層結(jié)構(gòu)形式加以優(yōu)化，即增設(shè)適量鋼筋。

墊層施工后，及時(shí)協(xié)調(diào)現(xiàn)場(chǎng)資源，盡快組織底板施工。

7 監(jiān)測(cè)結(jié)論分析

南北地塊間有地鐵軌道，分別對(duì)應(yīng)P06（北地塊A區(qū)）、P28（南地塊）展開監(jiān)測(cè)分析，具體結(jié)果如圖3所示。對(duì)于北地塊A區(qū)基坑的施工，設(shè)置在該處的圍護(hù)結(jié)構(gòu)存在較為明顯的水平位移現(xiàn)象，即相比于設(shè)計(jì)要求而言，實(shí)測(cè)結(jié)果偏大，臨近輕軌側(cè)圍護(hù)墻體的最大值約35mm。相比之下，南地塊的基坑施工狀態(tài)相對(duì)較好，即圍護(hù)墻體深層水平位移在許可范圍內(nèi)。

圖3 輕軌側(cè)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移曲線圖

8 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在本文所提的項(xiàng)目中，充分考慮到基坑施工對(duì)臨近地鐵3號(hào)線的影響，按照一級(jí)環(huán)境保護(hù)等級(jí)開展工作。從現(xiàn)場(chǎng)情況出發(fā)，加強(qiáng)方案論證，確定合適的施工方案，包含基坑分區(qū)方式、圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式、基坑開挖順序等方面。以比選后的優(yōu)質(zhì)施工方案為指導(dǎo)，由專員規(guī)范作業(yè)。實(shí)際情況表明，基坑的各項(xiàng)工作可有效落實(shí)到位，地鐵3號(hào)線得到有效地防護(hù)，總體來(lái)看施工效果良好，由此也意味著該項(xiàng)目采取的基坑分坑分塊開挖技術(shù)具有可行性，可供參考。