暗挖車站近距離側(cè)穿高層建筑物技術(shù)研究

文／張瀟丹 中鐵十四局 山東濟(jì)南 250000

1、工程概況

1.1 項(xiàng)目概況

廣渠門外站位于廣渠門外大街與廣和里中路交叉口南側(cè)，車站主體沿廣和里中路南北向設(shè)置。新建M17廣渠門外車站為島式車站，站臺(tái)寬16m，車站總長(zhǎng)279m，標(biāo)準(zhǔn)段為兩層雙柱三跨結(jié)構(gòu)，南端為三層雙柱三跨結(jié)構(gòu)。采用暗挖洞柱法施工，車站兩端接礦山法區(qū)間。車站設(shè)置2組風(fēng)井、風(fēng)道，3個(gè)出入口和2個(gè)疏散口、1條換乘通道。

車站鄰近建筑物主要有廣渠家園24號(hào)樓、廣渠家園25號(hào)樓、光明小學(xué)（廣渠校區(qū)）、廣渠社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)中心、和平村1號(hào)樓、和平村4號(hào)樓、廣泉小區(qū)13號(hào)樓、廣泉小區(qū)14號(hào)樓。車站北端鄰近既有7號(hào)線車站，車站端墻結(jié)構(gòu)外皮與既有M7廣渠門外站水平距離最小約7.8m，導(dǎo)洞與既有線最小距離約5.3m，為特級(jí)風(fēng)險(xiǎn)源。

1.2 水文地質(zhì)情況

車站及廣泉小區(qū)14號(hào)樓三層段拱部位于粉質(zhì)黏土③1層，車站兩層段拱部位于粉細(xì)砂④3層，車站底板位于中砂⑦1層和黏土⑦5層。

圖1 M17廣渠門外站地質(zhì)剖面圖

車站范圍內(nèi)地下水類型為：層間潛水（三）、承壓水（四）和承壓水（五)。

層間潛水（三）：主要分布于④3粉細(xì)砂層、④4細(xì)中砂、⑤1中砂層和⑤圓礫層中；水位埋深12.60～13.90m，水位標(biāo)高在上層導(dǎo)洞底附近。

承壓水（四）：主要分布于⑥2黏質(zhì)粉土層、⑥3細(xì)砂層、⑦2層粉細(xì)砂、⑦1層中砂及⑦層圓礫和⑦3層砂質(zhì)粉土層。水頭埋深 16.45～17.80m，承壓水水頭標(biāo)高4.4～11.95m，水位標(biāo)高位于底板以上約11.4m。

承壓水（五）：主要分布于⑨2層細(xì)砂層和⑨4黏質(zhì)粉土層中；水頭埋深20.00～20.58，水頭17.80～18.42m。水頭水位位于結(jié)構(gòu)底板以上約7.8m。車站主要受層間潛水（三）、承壓水（四）、承壓水（五）影響。

1.3 車站臨近廣泉小區(qū)14號(hào)樓概況

廣泉小區(qū)14號(hào)樓建于2006年，地上28層，建筑物高81.1m，地下兩層，底板埋深約6.4m，為全現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)。建筑物采用筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)位于粉質(zhì)黏土層，采用CFG樁，樁長(zhǎng)16.5m，樁徑420mm，樁間距1.35m，樁長(zhǎng)16.43m，建筑物側(cè)墻結(jié)構(gòu)距離M17號(hào)線廣渠門外站降水導(dǎo)洞水平距離980mm，距離導(dǎo)洞拱頂5270mm，車站覆土約10.5m。拱頂處為中砂層。風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為一級(jí)。

圖2 M17廣渠門外站與廣泉小區(qū)14號(hào)樓位置關(guān)系平面圖

2、施工步續(xù)及措施

廣渠門外站采用8導(dǎo)洞PBA工法施工，由于車站東側(cè)及西側(cè)部分位置不具備地面降水條件，因此施工采用洞內(nèi)及洞外降水相結(jié)合的方式。

車站采用洞內(nèi)降水，站內(nèi)上導(dǎo)洞兼做降水導(dǎo)洞，車站及3A橫通道部分采用封閉成環(huán)降水，保證施工前降水水位降至開挖面下1m，減少⑥粉質(zhì)黏土層含水率，減小開挖過程中水土流失對(duì)沉降的影響；

車站PBA工法開挖主要施工步續(xù)：

開挖上層導(dǎo)洞和降水導(dǎo)洞并施作初期支護(hù)，降水導(dǎo)洞施做完成后打設(shè)降水井并敷設(shè)降水管線，待水位降至下層導(dǎo)洞開挖面以下0.5m，方可開挖下層導(dǎo)洞。

后退施作下邊導(dǎo)洞內(nèi)樁下條基，下中導(dǎo)洞內(nèi)施工底縱梁、底板、和底縱梁防水層。施工車站邊樁。中上導(dǎo)洞中施工鋼管柱人工挖孔。降水導(dǎo)洞內(nèi)降水井施做完成，底部2m范圍內(nèi)用C15混凝土回填。

中間導(dǎo)洞中施工鋼管混凝土柱（柱挖孔護(hù)壁與鋼管混凝土柱間空隙用砂填實(shí)），施工車站頂縱梁。

施工頂縱梁及回填，施工完成后進(jìn)行進(jìn)行車站扣拱開挖。

待主拱初支達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，拆除永久結(jié)構(gòu)斷面范圍內(nèi)導(dǎo)洞格柵，施工主拱二襯、側(cè)墻和防水層，然后進(jìn)行土方開挖，蓋挖逆作施工主體結(jié)構(gòu)，直至車站主體結(jié)構(gòu)全部完成。

車站的全過程施工對(duì)廣泉小區(qū)14號(hào)樓沉降造成影響，為減小車站施工對(duì)樓房結(jié)構(gòu)的影響，車站鄰近廣泉小區(qū)14號(hào)采取如下加固措施：

（1）樓降水導(dǎo)洞采用全斷面深孔注漿加固，加固范圍為初支外2m；下導(dǎo)洞采用深孔注漿加固，加固范圍為初支外2m，縱向加固范圍48.5m。車站大拱拱部采用采用深孔注漿加固，加固范圍詳。注漿漿液采用水泥—水玻璃雙液漿，注漿壓力0.3～0.5Mpa，地層注漿加固后單軸抗壓強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到0.6～0.8Mpa。地層注漿加固后土體的滲透系數(shù)不小于1×10-6cm·s-1。為保證深孔注漿的成孔及所用漿液和注漿加固效果，注漿參數(shù)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整。注漿應(yīng)連續(xù)均勻。注漿孔全部注完后，鉆2～3個(gè)孔對(duì)注漿效果進(jìn)行檢驗(yàn)，并取巖芯觀察漿液充填情況，對(duì)注漿的薄弱部位采用小導(dǎo)管重新補(bǔ)充注漿。

（2）導(dǎo)洞內(nèi)設(shè)置邊樁，邊樁采用φ1000圍護(hù)樁，間距1.4m，邊樁施工時(shí)應(yīng)采用間隔開挖，相鄰邊樁跳挖的最小施工凈距不得小于4.5m（隔二挖一）護(hù)壁混凝土采用150mm厚C30早強(qiáng)混凝土護(hù)壁,施工時(shí)護(hù)壁達(dá)到一定強(qiáng)度后（一般不小于12h）,方可拆模板繼續(xù)下一節(jié)施工，上層導(dǎo)洞底部開洞及下層導(dǎo)洞開洞部位采用洞口環(huán)形鋼筋加固。見圖3

圖3 M17廣渠門外站施工步續(xù)六

（3）車站導(dǎo)洞和車站開挖完成后及時(shí)封閉，并增強(qiáng)初支背后注漿，減少地層損失。

（4）嚴(yán)格控制開挖進(jìn)尺，并減小開挖步距，加密格柵間距。

（5）施工期間加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，尤其是加強(qiáng)注漿壓力對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)的影響，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整注漿壓力。

3、施工步續(xù)及措施

3.1 沉降理論計(jì)算

計(jì)算采用MIDAS GTS NX 2021建模計(jì)算，土體模態(tài)采用修正-摩爾庫倫，土層參數(shù)各項(xiàng)同性。

圖4 M17廣渠門側(cè)穿高層建筑物計(jì)算模型

圖5 下導(dǎo)洞開挖完成時(shí)沉降

圖6 上導(dǎo)洞開挖完成時(shí)沉降

圖7 初支扣拱時(shí)沉降

圖8 結(jié)構(gòu)施做完成時(shí)沉降

表1 廣泉小區(qū)14號(hào)樓施工階段沉降情況

經(jīng)過模擬分析計(jì)算，得出

（1）車站開挖完成后廣泉小區(qū)14號(hào)樓最大沉降16.99mm。經(jīng)過計(jì)算建筑物傾斜最大值為0.0004。

（2）上導(dǎo)洞、下導(dǎo)洞開挖對(duì)建筑物影響較大，頂縱梁完成后，后期初支扣拱和二襯扣拱沉降變形基本穩(wěn)定，車站大開挖對(duì)建筑物影響較小。

（3）隨時(shí)間位移會(huì)進(jìn)一步發(fā)展，故在施工過程中要相關(guān)按規(guī)定做好監(jiān)控量測(cè)。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際沉降數(shù)據(jù)

（1）現(xiàn)場(chǎng)取用臨近14號(hào)樓位置車站上方橫剖面測(cè)點(diǎn)DB34數(shù)據(jù)（單位：mm）。見表2

表2 廣泉小區(qū)14號(hào)周邊地面沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

（2）取臨近14號(hào)樓車站頂部DB-34-6、DB-34-7、DB-34-8、DB-34-9四個(gè)測(cè)點(diǎn)的沉降區(qū)間。

圖9 代表性監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)沉降

圖10 測(cè)點(diǎn)沉降書數(shù)據(jù)分析圖

上導(dǎo)洞、下導(dǎo)洞開挖過程中地面沉降較大沉降速率較大，下導(dǎo)洞完成到開始扣拱之間沉降較緩，初支扣拱后沉降緩慢發(fā)展。

圖11 廣泉小區(qū)14號(hào)樓監(jiān)測(cè)點(diǎn)圖

（3）現(xiàn)14號(hào)樓建筑物南、北兩側(cè)傾斜分別是1.5‰、0.97‰，根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》、《北京地區(qū)建筑地基基礎(chǔ)勘察設(shè)計(jì)規(guī)范》《城市軌道交通工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》，滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范2‰要求，但已經(jīng)接近規(guī)范要求。

3.3 施工前與施工后數(shù)據(jù)對(duì)比分析

（1）地面沉降理論計(jì)算量最大為-36.83mm，實(shí)際施工完成至今最大沉降量為-69.5mm，建筑物理論計(jì)算最大沉降為16.99mm，實(shí)際施工過程中最大沉降量為-43mm，實(shí)際施工較理論計(jì)算值大，通過分析發(fā)現(xiàn)，理算計(jì)算沉降量各階段分布較為均勻，實(shí)際施工過程中沉降發(fā)生主要集中在車站下層導(dǎo)洞施工期間。

（2）通過數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)：在車站中部沉降最大，車站兩端沉降較小，臨近建筑物側(cè)沉降比另一端沉降大。

（3）通過地層縱向?qū)Ρ劝l(fā)現(xiàn)，上層導(dǎo)洞施工期間地層主要為粉細(xì)砂④3層，下層導(dǎo)洞拱頂主要位于⑥粉質(zhì)黏土地層，沉降階段主要集中于下層導(dǎo)洞施工期間，上層導(dǎo)洞開挖、扣拱開挖及其他施工步續(xù)對(duì)地面及建筑物沉降較下層導(dǎo)洞影響相對(duì)較小，進(jìn)一步印證北京東部地區(qū)粉質(zhì)黏土等含水軟土地層沉降控制效果較差。

（4）上層導(dǎo)洞拱頂采用深孔注漿加固，沉降效果控制較好；下層導(dǎo)洞靠近廣泉小區(qū)14樓采用注漿加固及超前小導(dǎo)管注漿補(bǔ)強(qiáng)，注漿主要加固⑥粉質(zhì)黏土層，受地層孔隙率影響注漿效果較差，未達(dá)到控制沉降的目的。

（5）車站導(dǎo)洞施工期間，下層四個(gè)導(dǎo)洞不具備整體受力能力，同時(shí)受到地層開挖擾動(dòng)，因此無法起到對(duì)周邊土地及建筑物形成整體支護(hù)作用，開挖的斷面就成為凌空面。在土壓力的作用下，隧洞周圍的土體就會(huì)向隧洞內(nèi)滑移，導(dǎo)致變形，從而引起周邊的結(jié)構(gòu)物出現(xiàn)沉降現(xiàn)象，造成地面及建筑物沉降較大。

4、暗挖車站近距離側(cè)穿高層建筑物總結(jié)分析

（1）由于施工沉降期間主要集中在下導(dǎo)洞施工期間，地層為軟土地層，地層具有高含水率、大孔隙比、低強(qiáng)度和高壓縮性等特，同時(shí)具有觸變性和流變性，導(dǎo)洞開挖施工過程中土體擾動(dòng)將出現(xiàn)大量沉降。因此施工前嚴(yán)格按照要求進(jìn)行降水，保證滿足施工情況下，減少降水期間對(duì)地層及地面沉降的影響。

（2）八導(dǎo)洞洞樁法施工先上后下導(dǎo)洞施工，由于導(dǎo)洞上方土體已受到上導(dǎo)洞施工擾動(dòng)，再進(jìn)行下導(dǎo)洞施工時(shí)，將對(duì)上導(dǎo)洞上方土體及上導(dǎo)洞造成擾動(dòng)，不利于地面、風(fēng)險(xiǎn)源沉降控制，因此在地面沉降控制標(biāo)準(zhǔn)較高時(shí)，應(yīng)優(yōu)先先下后上施工或采用四導(dǎo)洞洞內(nèi)機(jī)械成樁法施工，減少下層導(dǎo)洞開挖對(duì)地面及周邊建筑物的影響。

（3）地面具備條件、或者采用洞內(nèi)成樁方法采用隔離樁形式對(duì)建筑物和暗挖導(dǎo)洞進(jìn)行隔離，通過隔離樁的受到的應(yīng)力，防止周邊土地向車站導(dǎo)洞位移，使得滑移面抗剪力得以提升，樁身還能夠?qū)?cè)向壓力在傳遞的過程中阻止，使得樁后的土體不發(fā)生位移和變形，從而能夠?qū)ㄖ锲鸬奖Ｗo(hù)作用，有效的防止建筑物的沉降。

（4）精細(xì)化施工，地層加固措施需結(jié)合地層采取相應(yīng)措施，如砂層宜采取深孔注漿、超前注漿等措施，黏土層則宜采取管幕、劈裂注漿等措施，結(jié)合本項(xiàng)目近距離側(cè)穿高層建筑物、正常段導(dǎo)洞施工經(jīng)驗(yàn)，砂層采取深孔注漿、黏土層采取管幕施工，利于建筑物沉降控制。

（5）做好施工期間的工程籌劃，合理安排施工步續(xù)錯(cuò)距施工，減少施工過程中群洞施工對(duì)地面及周邊建筑的沉降影響。

（6）做好施工前對(duì)地層層的注漿加固，減小相鄰導(dǎo)洞施工過程中對(duì)建筑物的影響。加強(qiáng)施工過程中背后回填注漿，少量多次，減少開挖對(duì)地面的影響。

暗挖車站施工步續(xù)較為復(fù)雜，尤其是近距離側(cè)穿建筑物沉降控制比較困難，通過以上組合措施控制，可有效的減少地面及既有線內(nèi)施工沉降，同時(shí)通過建模計(jì)算及對(duì)沉降監(jiān)測(cè)曲線分析等結(jié)論分析，為后續(xù)類似施工提供了參考。