緊鄰地鐵車(chē)站建筑深基坑變形控制技術(shù)

李建峰，尹文龍，李文旭，代 龍，祁重申，付 偉，聞伍陽(yáng)

（1.中建三局集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430064；2.天津市中隆豐泰置業(yè)有限公司，天津 300000）

隨著城市的發(fā)展，地鐵建設(shè)在我國(guó)一、二線城市不斷推進(jìn)，地鐵側(cè)建筑施工逐漸增多，更有一些建筑場(chǎng)地區(qū)域?yàn)檐浲恋鼗?，此?lèi)工程安全隱患多，施工風(fēng)險(xiǎn)大，基坑和地鐵結(jié)構(gòu)的變形控制是保障此類(lèi)工程施工安全的關(guān)鍵。

1 工程概況

天津市地鐵3 號(hào)線王頂?shù)陶菊淼貕K（迎順大廈）項(xiàng)目，成功應(yīng)用緊鄰地鐵車(chē)站深基坑變形控制技術(shù)，不僅提高了逆作法土方開(kāi)挖效率，而且監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示實(shí)際施工過(guò)程對(duì)周?chē)ㄖ暗罔F結(jié)構(gòu)的影響較小，保證了施工安全。

該項(xiàng)目基坑工程涉及隧道區(qū)間為3 號(hào)線王頂?shù)陶緝蓚?cè)，區(qū)間長(zhǎng)度分別為1.069km 和0.798km。該兩個(gè)區(qū)間段為雙線盾構(gòu)區(qū)間，每環(huán)由6 塊管片拼裝而成，隧道外徑6.2m，內(nèi)徑5.85m，厚0.35m。基坑影響范圍內(nèi)隧道平均覆土深度11m 左右?；邮┕^(qū)域距離地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)最近僅2.875m（圖1）。

圖1 基坑與地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)剖面示意圖

該基坑大面開(kāi)挖深度11.75m，辦公樓區(qū)域開(kāi)挖深度12.75m，智能停車(chē)庫(kù)區(qū)域開(kāi)挖深度13.15m，局部電梯井位置最大開(kāi)挖深度16.4m。

根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，地層自上而下分別為素填土層（厚1.50～3.50m），粉質(zhì)黏土層（厚3.20～8.90m），淤泥質(zhì)黏土層（厚1.00～4.50m），粉質(zhì)黏土 層（厚3.90～12.00m），粉砂層（厚6.0～10.40m），在基坑開(kāi)挖范圍內(nèi)存在淤泥質(zhì)土。

根據(jù)勘察期間測(cè)得的數(shù)據(jù)，場(chǎng)區(qū)內(nèi)地下潛水穩(wěn)定水位在2.10m 左右，主要由大氣降水補(bǔ)給，以蒸發(fā)形式排泄，水位年變幅0.5～1.0m。場(chǎng)地第一微承壓含水層承壓水水頭埋深3.30m。

2 基坑支護(hù)方案比選

該工程基坑周邊可用地非常緊張，周邊環(huán)境復(fù)雜且緊鄰地鐵車(chē)站，有以下3 種基坑施工方案可供考慮：整體順做法、順作分倉(cāng)法及部分逆作法。

2.1 整體順作法

整體順作法方案在軟土地區(qū)基坑工程中應(yīng)用最為廣泛。其優(yōu)點(diǎn)是施工便捷、經(jīng)濟(jì)性和施工進(jìn)度比較均衡，而且由于是傳統(tǒng)工藝，對(duì)施工單位的管理和技術(shù)水平要求一般。另外，整體順作法相對(duì)于逆作法而言，其基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與主體設(shè)計(jì)關(guān)聯(lián)性較低，受主體設(shè)計(jì)進(jìn)度的制約小，基坑工程有條件盡早開(kāi)工。然而，整體順做法的變形控制能力差，臨時(shí)支撐的拆除易擾民，在基坑大面積開(kāi)挖時(shí)易造成周邊居民恐慌，影響正常施工。

2.2 順作分倉(cāng)法

順作分倉(cāng)法就是將大基坑劃分成2 個(gè)或者2 個(gè)小基坑分別開(kāi)挖，逐個(gè)施工小基坑的地下結(jié)構(gòu)，最后完成整體地下結(jié)構(gòu)的澆筑。該方法適用基坑周邊存在須特殊保護(hù)的建構(gòu)筑物，主要應(yīng)用于基坑周邊存在地鐵的工程中。分倉(cāng)施工，能夠縮小基坑的面積，增加支護(hù)結(jié)構(gòu)整體剛度大，安全度高，出現(xiàn)險(xiǎn)情能及時(shí)控制。然而，該方法施工工期長(zhǎng)，造價(jià)較高，支撐拆除易擾民，結(jié)構(gòu)閉合處理煩瑣。

2.3 部分逆作法

如圖2 所示，部分逆作法是利用地下結(jié)構(gòu)梁板作為支撐體系，車(chē)庫(kù)框架結(jié)構(gòu)逆作塔樓區(qū)域順作。該方法適用于周邊環(huán)境復(fù)雜，對(duì)變形控制要求嚴(yán)格的工程。其優(yōu)點(diǎn)是：①利用地下結(jié)構(gòu)梁板作為支撐體系，支撐剛度大，可有效控制基坑變形，提高基坑的穩(wěn)定性；②利用地下結(jié)構(gòu)梁板作為水平支撐，避免了大量臨時(shí)支撐的架設(shè)和拆除；③將地下室頂板加固作為施工平臺(tái)和材料堆場(chǎng)。

圖2 部分逆作法示意圖

該方法技術(shù)難度較高，對(duì)施工單位的管理、協(xié)調(diào)、技術(shù)水平以及施工經(jīng)驗(yàn)的要求比較高。

2.4 最終方案

經(jīng)過(guò)前期內(nèi)部多次討論、反復(fù)論證，考慮到地鐵結(jié)構(gòu)的保護(hù)等多方面的因素，最終確定采用部分逆作法進(jìn)行基坑施工。

3 緊鄰地鐵車(chē)站深基坑施工技術(shù)

施工工藝流程如圖3 所示。

圖3 總體施工流程圖

3.1 施工重難點(diǎn)應(yīng)對(duì)措施

1）施工中結(jié)構(gòu)與基坑變形 首先為保證結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)裂縫與結(jié)構(gòu)破壞，要把沉降差異控制在報(bào)警值內(nèi)，需從一柱一樁受力均衡及質(zhì)量控制，土方對(duì)稱、分層、限時(shí)開(kāi)挖、及時(shí)進(jìn)行墊層澆筑，一柱一樁保護(hù)，局部加荷、減荷以及應(yīng)急預(yù)案編制及演練等方面進(jìn)行組織，確保結(jié)構(gòu)安全。其次為確?；影踩苓吔ㄖ?、管線及道路正常運(yùn)行，對(duì)周邊管線、建筑物垂直度、周邊地表沉降、水平梁板及一柱一樁應(yīng)力應(yīng)變及墻體土壓力等進(jìn)行系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)與反饋，從而實(shí)現(xiàn)信息化施工，隨時(shí)掌握基坑變形情況，有針對(duì)地進(jìn)行安排各項(xiàng)安全技術(shù)保障措施。

2）開(kāi)挖區(qū)域出現(xiàn)淤泥質(zhì)土層 針對(duì)淤泥質(zhì)土，提前進(jìn)行降水作業(yè)，將土中水分降至最低。如有必要可采用拌白灰的措施進(jìn)行處理，白灰摻量根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)土質(zhì)條件適時(shí)確定。設(shè)計(jì)并應(yīng)用新型逆作法梁板施工懸掛支撐體系，避免在淤泥質(zhì)土層上搭設(shè)架體施工水平結(jié)構(gòu)。

3.2 土方開(kāi)挖施工工序

土方開(kāi)挖整體遵循“由遠(yuǎn)及近（地鐵側(cè)）、分段分塊、隨挖隨撐、及時(shí)封閉”的原則。結(jié)合實(shí)際情況設(shè)計(jì)土方開(kāi)挖階段的劃分，豎向劃分為3個(gè)施工階段（表1、圖4）；水平向分成A、B、C3 個(gè)大區(qū)，A 區(qū)分為3 個(gè)小區(qū)，B 區(qū)分為3 個(gè)小區(qū)（圖5）。

表1 土方開(kāi)挖豎向劃分

圖4 豎向分段示意圖

圖5 水平分區(qū)示意圖

1）第一階段土方開(kāi)挖 在樁基和基坑支護(hù)施工養(yǎng)護(hù)完成，水位降至-9.85m 時(shí)，開(kāi)始地下車(chē)庫(kù)的第一步土方開(kāi)挖。第一階段設(shè)計(jì)開(kāi)挖至地庫(kù)地下一層頂板下1.6m，首先自南向北開(kāi)挖C-1區(qū)土方（兩出土口中間區(qū)域），形成該區(qū)域內(nèi)的零層梁板結(jié)構(gòu)，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%，將基坑南北向支撐起來(lái)，再進(jìn)行其他區(qū)域的第一階段土方開(kāi)挖。A、B 區(qū)土方開(kāi)挖，整體按照由西向東、由北向南退挖的原則開(kāi)挖土方。開(kāi)挖靠近地鐵一側(cè)即A-2、B-1 區(qū)土方時(shí)，采用分塊抽條開(kāi)挖，每次開(kāi)挖面積不超過(guò)400m2，將土方開(kāi)挖對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)的影響降到最小。

2）后續(xù)土方開(kāi)挖 第一階段土方開(kāi)挖完成后，在土方開(kāi)挖完成面上鋪設(shè)縱橫向木跳板搭設(shè)滿堂支撐架再進(jìn)行施工地庫(kù)頂板及出土口處混凝土角撐，其中水平鋼筋綁扎前先進(jìn)行預(yù)壓處理。后續(xù)土方開(kāi)挖步驟與第一階段土方開(kāi)挖一致。

3.3 新型逆作法梁板施工懸掛支撐體系施工技術(shù)

為克服地下室水平結(jié)構(gòu)施工的困難，該項(xiàng)目自主研發(fā)了一種用于逆作法梁板施工的懸掛支撐體系。該體系采用型鋼作為水平結(jié)構(gòu)模板支撐，利用吊桿將支撐體系懸掛在上層水平結(jié)構(gòu)上，不需搭設(shè)架體，施工方便，可大大縮短工期，也可有效保證結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量，解決軟土地基承載力不足等難題。如圖6 所示，該體系還設(shè)計(jì)了電動(dòng)升降裝置，每層結(jié)構(gòu)施工完成后，可將懸掛體系下放至下層標(biāo)高直接使用，直至基礎(chǔ)底板施工。新型逆作法梁板施工懸掛支撐體系施工技術(shù)工藝流程如圖7 所示。

圖6 升降裝置示意圖

圖7 施工工藝流程圖

施工關(guān)鍵步驟：①在零層板澆筑時(shí)通過(guò)預(yù)埋PVC 管預(yù)留吊桿孔，吊桿孔孔徑為50mm。吊環(huán)采用?14 圓鋼制作，與零層板上排鋼筋連接固定；②提前計(jì)算工字鋼及方鋼使用量，待土方開(kāi)挖完成后通過(guò)出土口由塔吊運(yùn)至坑內(nèi)。按照方案要求對(duì)工字鋼進(jìn)行雙拼連接，并擺放到設(shè)計(jì)位置，然后按照方案間距安裝方鋼管，方鋼管與工字鋼采用焊接連接；③第二步土方開(kāi)挖至地下二層頂板下300mm 左右，為梁板支撐懸掛體系提供組裝使用空間；④電動(dòng)葫蘆上部與預(yù)埋吊環(huán)連接固定，下部與主梁上吊耳連接固定，利用電動(dòng)葫蘆將懸掛平臺(tái)整體提升至地下二層頂板設(shè)計(jì)標(biāo)高，并通過(guò)吊桿、墊板、螺母固定在零層板上；⑤梁板木枋、模板安裝，要求拼縫嚴(yán)密，所有木枋施工前均雙面壓刨平整以保證梁板的平整度，要求所有木枋找平后方可鋪設(shè)膠合板，以確保頂板模板平整；⑥在懸掛支撐體系上按照?qǐng)D紙要求綁扎鋼筋。鋼筋綁扎、驗(yàn)收完成后澆筑混凝土，混凝土澆筑時(shí)應(yīng)在相應(yīng)位置預(yù)留吊桿孔及電動(dòng)葫蘆吊耳預(yù)留孔。

4 基坑與地鐵保護(hù)監(jiān)測(cè)

4.1 基坑監(jiān)測(cè)

該基坑為一級(jí)基坑，基坑監(jiān)測(cè)從開(kāi)始施工水泥土連續(xù)墻到降水井全部封閉的時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行，以便信息化施工?；颖O(jiān)測(cè)分為水平位移監(jiān)測(cè)、豎向位移監(jiān)測(cè)、支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力監(jiān)測(cè)和地下水位監(jiān)測(cè)4 項(xiàng)，監(jiān)測(cè)內(nèi)容有：地連墻墻頂?shù)乃胶拓Q向位移、地連墻的深層水平位移、立柱的豎向位移、水平支撐的內(nèi)力、周邊地表豎向位移、周邊的管線位移、周邊建筑物沉降/傾斜、基坑外地下水水位。

水平位移監(jiān)測(cè)中，測(cè)定特定方向上的水平位移時(shí)，采用視準(zhǔn)線法、投點(diǎn)法；測(cè)定監(jiān)測(cè)點(diǎn)任意方向的水平位移時(shí)，視監(jiān)測(cè)點(diǎn)的分布情況，采用前方交會(huì)法和極坐標(biāo)法；當(dāng)測(cè)點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)無(wú)法通視或距離較遠(yuǎn)時(shí)，采用GPS 測(cè)量法與基準(zhǔn)線法相結(jié)合的綜合測(cè)量方法。

豎向位移監(jiān)測(cè)采用幾何水準(zhǔn)方法。坑底隆起（回彈）通過(guò)設(shè)置回彈監(jiān)測(cè)標(biāo)，采用幾何水準(zhǔn)并配合傳遞高程的輔助設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)，傳遞高程的金屬桿或鋼尺等進(jìn)行溫度、尺長(zhǎng)和拉力等修正。

內(nèi)力監(jiān)測(cè)傳感器在基坑開(kāi)挖前1 周埋設(shè)，并取開(kāi)挖前連續(xù)2d 獲得的穩(wěn)定測(cè)試數(shù)據(jù)的平均值作為初始值。支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力采用安裝在結(jié)構(gòu)表面的應(yīng)變計(jì)進(jìn)行測(cè)量?；炷翗?gòu)件采用鋼筋應(yīng)力計(jì)測(cè)量，鋼構(gòu)件采用應(yīng)變計(jì)測(cè)量。

水位管在基坑開(kāi)始降水前1 周埋設(shè)，且逐日連續(xù)觀測(cè)水位并取得穩(wěn)定初始值。

4.2 地鐵保護(hù)區(qū)監(jiān)測(cè)

具體監(jiān)測(cè)內(nèi)容有：車(chē)站及隧道結(jié)構(gòu)豎向位移、車(chē)站及隧道結(jié)構(gòu)、軌道道床豎向位移、軌道道床豎向位移、軌道道床縱向差異沉降、車(chē)站及隧道結(jié)構(gòu)收斂、結(jié)構(gòu)變形縫開(kāi)合度、結(jié)構(gòu)變形縫水平差異、結(jié)構(gòu)變形縫差異沉降、風(fēng)道結(jié)構(gòu)沉降、風(fēng)道結(jié)構(gòu)水平位移、通道結(jié)構(gòu)沉降。

該項(xiàng)目豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)根據(jù)實(shí)際情況布設(shè)若干個(gè)靜力水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。在基坑影響范圍外布設(shè)2個(gè)靜力水準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)，靜力水準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)在遠(yuǎn)離變形區(qū)以外，并遠(yuǎn)離承壓水影響范圍。

結(jié)構(gòu)縫差異沉降監(jiān)測(cè)采用靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)，在結(jié)構(gòu)縫兩側(cè)0.5～1m 處各布設(shè)一個(gè)結(jié)構(gòu)豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)縫兩側(cè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)，計(jì)算結(jié)構(gòu)縫差異沉降值。

車(chē)站結(jié)構(gòu)、盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)水平位移監(jiān)測(cè)。在上行線路和下行線路進(jìn)行雙線監(jiān)測(cè)，在車(chē)站與隧道結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)，按每10m 布設(shè)一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面。

4.3 監(jiān)測(cè)結(jié)果

基坑區(qū)域監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如表2 所示，可看出基坑及各支護(hù)結(jié)構(gòu)均沒(méi)有過(guò)大變形，變化量均在設(shè)計(jì)值之內(nèi)，表中累計(jì)最大變化量是所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)位中變化最大量。可見(jiàn)基坑整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。地鐵保護(hù)區(qū)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如表3 所示，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示風(fēng)道結(jié)構(gòu)豎向位移最大，超過(guò)5mm。當(dāng)時(shí)施工進(jìn)度處于地下一層、地下二層頂板結(jié)構(gòu)已經(jīng)施工完成，正在進(jìn)行地下二層土方開(kāi)挖及底板結(jié)構(gòu)施工，1#風(fēng)道結(jié)構(gòu)最大隆起達(dá)到5.2mm，最終拓展至5.5mm。但其水平位移及沉降均在允許值范圍內(nèi)。結(jié)構(gòu)未出現(xiàn)裂縫、滲漏等病害情況，地鐵處于安全狀態(tài)，不影響正常運(yùn)營(yíng)。

表2 基坑區(qū)域監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)記錄表

表3 地鐵保護(hù)區(qū)域監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)記錄表

5 結(jié)語(yǔ)

本文依托天津市地鐵3 號(hào)線王頂?shù)陶菊淼貕K（迎順大廈）項(xiàng)目，結(jié)合項(xiàng)目情況進(jìn)行逆作法施工，采用結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的控制變形技術(shù)與監(jiān)測(cè)技術(shù)，保證了基坑施工的安全與地鐵車(chē)站及其附屬結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。最后對(duì)本技術(shù)的實(shí)際效益進(jìn)行總結(jié)。

1）利用地下結(jié)構(gòu)梁板作為水平支撐體系，避免了大量臨時(shí)支撐的架設(shè)和拆除，不僅減少了臨時(shí)支撐體系架設(shè)及拆除時(shí)基坑的變形，而且避免了支撐拆除過(guò)程噪音對(duì)周?chē)用竦挠绊憽?/p>

2）合理設(shè)計(jì)了土方開(kāi)挖專項(xiàng)方案，設(shè)計(jì)了分部、分層等開(kāi)挖和轉(zhuǎn)運(yùn)工序，保證了基坑施工安全和較高的施工效率。

3）將地下室頂板適當(dāng)區(qū)域加固作為施工平臺(tái)和材料堆場(chǎng)，可有效解決基坑周邊場(chǎng)地狹小的問(wèn)題，為后續(xù)工程的施工提供便利，在一定程度上加快整個(gè)工程的施工進(jìn)度。

4）逆作法施工階段，從施工場(chǎng)地上方僅能看到范圍不大的臨時(shí)出土口，不易使周邊居民視覺(jué)上恐懼。保障了施工順利進(jìn)行。

5）研發(fā)利用了一種用于逆作法梁板施工的懸掛支撐體系施工地下水平結(jié)構(gòu)，大大提高了施工自動(dòng)化水平，降低了施工風(fēng)險(xiǎn)，提高了施工效率。并且本技術(shù)不局限于本工程，在地下層數(shù)更多的建筑上，能發(fā)揮出更卓越的效益優(yōu)勢(shì)。

6）自基坑工程施工至結(jié)束，基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與地鐵保護(hù)區(qū)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)始終保持穩(wěn)定。為逆作法施工領(lǐng)域又提供了一個(gè)成功案例。