某軟土深大基坑對地鐵損傷影響的管理探討

趙俊俠

(浙江省建筑設(shè)計研究院，浙江 杭州 310001)

1 項目情況

1.1 基坑簡介

某項目基坑形狀大體呈三角形，邊長400 m，地下室采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)形式?；臃肿≌糠?一期)和商業(yè)部分(二期及其連接通道、三期、四期和五期)，靠近地鐵一側(cè)商業(yè)部分下設(shè)3層地下室，形狀不規(guī)則，平面尺寸約360 m×130 m，開挖深度15.6～17.4 m，局部坑中坑深23.0 m。地鐵側(cè)基坑分二期、三期、四期實施，其中臨近地鐵車站的二期基坑圍護(hù)體系采用Φ800 mm鉆孔灌注樁+三道鋼筋混凝土內(nèi)支撐，止水帷幕為850 mm直徑三軸攪拌樁，標(biāo)準(zhǔn)全段面套打；臨近地鐵區(qū)間盾構(gòu)隧道的三期、四期基坑圍護(hù)體系采用800 mm厚地連墻+三道鋼筋混凝土內(nèi)支撐+Φ900 mm@1100 mm隔離樁。二期圍護(hù)距離地鐵車站最近約13.2～19.3 mm，三期、四期圍護(hù)距離地鐵隧道最近約14.6 m。

1.2 臨近地鐵設(shè)施情況

臨近車站主體結(jié)構(gòu)：地鐵站房為地下2層的鋼筋混凝土箱型框架結(jié)構(gòu)，站房頂部埋深約2.5 m，站房底埋深為15～17 m。臨近車站附屬結(jié)構(gòu)包括通風(fēng)房、D出入口、緊急出口、站房指揮室、B3出入口等，均為地下1層鋼筋混凝土箱型框架結(jié)構(gòu)。

臨近區(qū)間盾構(gòu)隧道內(nèi)徑5 500 mm，外徑6 200 mm，錯縫拼裝，壁厚350 mm，環(huán)寬1.2 m。

1.3 項目所屬地質(zhì)情況

區(qū)間盾構(gòu)隧道主要位于隧道位于4-1層砂質(zhì)粉土和4-3層砂質(zhì)粉土，車站位置局部含4-2淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層?？拥孜恢弥饕挥?-3層砂質(zhì)粉土和5層粉砂夾砂質(zhì)粉土層?；拥罔F側(cè)地質(zhì)土層較均勻，地下室基坑影響范圍內(nèi)以粉土為主，坑底以下約3 m為淤泥質(zhì)土層，連接通道基坑底以下為3-3粉砂夾粉土。隧道底接近4-2淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層。車站主體結(jié)構(gòu)底板底為4-2淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層，附屬結(jié)構(gòu)底板底為3-3粉砂夾粉土層。由于場地不存在滲透性良好的含水層，也沒有明顯的相對隔水層，故未考慮承壓水問題。

2 項目實施過程情況

1)預(yù)評估。項目在設(shè)計階段，項目單位委托專業(yè)評估單位對項目施工對地鐵結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行了安全預(yù)評估，組織地鐵設(shè)施影響預(yù)評估報告專項論證并提出了相關(guān)保護(hù)要求：施工引起地鐵隧道沉降≤10 mm，水平位移≤5 mm，隧道斷面收斂<10 mm。

2)二期基坑施工過程發(fā)生滲漏事故。二期基坑從開挖-4.100 m以下土方開始(2015年6月)，基坑周邊止水帷幕出現(xiàn)了大范圍止水帷幕滲漏情況，北側(cè)圍擋出現(xiàn)了多處沉降。市政雨水管破裂、大量泥水涌入。開挖至-16.000 m標(biāo)高時(2015年8月)，坑壁出現(xiàn)漏泥現(xiàn)象，基坑底部多處出現(xiàn)了管涌現(xiàn)象。

3)事故后果。車站附屬結(jié)構(gòu)與車站結(jié)構(gòu)存在較大的差異沉降，且與車站存在較大錯臺，接縫增大，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)接縫滲漏水并伴有泥沙滲入。區(qū)間盾構(gòu)隧道發(fā)生涌水冒砂現(xiàn)象，軌道幾何小范圍調(diào)整。

通過監(jiān)測單位人工復(fù)測地鐵結(jié)構(gòu)監(jiān)測基準(zhǔn)點后，發(fā)現(xiàn)基準(zhǔn)點下沉，監(jiān)測數(shù)據(jù)未及時反映地鐵結(jié)構(gòu)變形情況，導(dǎo)致地鐵結(jié)構(gòu)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行人工修正，相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)突變至較大數(shù)值。

3 項目實施過程中的管理措施

3.1 二期、三期基坑施工期間

圍護(hù)滲漏事故發(fā)生后，地鐵結(jié)構(gòu)監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定(實際基準(zhǔn)點未及時復(fù)測，未發(fā)現(xiàn)基準(zhǔn)點沉降)，未對該事估發(fā)生的后果提供及時的數(shù)據(jù)支撐。地鐵結(jié)構(gòu)變形緩慢，未發(fā)現(xiàn)滲漏水等病害增加。在此期間針對基坑圍護(hù)進(jìn)行高壓旋噴樁止水帷幕補(bǔ)漏，并對坑底涌水召開多次專家會和坑底降水開挖討論會，會商處理措施，但措施未有成效，基坑開挖分層分塊措施失效，開挖緩慢，基坑整體暴露。

地鐵結(jié)構(gòu)沉降持續(xù)發(fā)生，據(jù)發(fā)生滲漏事故約2個月后，臨近的附屬結(jié)構(gòu)出入口約車站發(fā)生較大錯臺，并伴隨滲漏水及冒砂，遂發(fā)現(xiàn)地鐵結(jié)構(gòu)存在較大變形。

采取的相關(guān)措施有：①緊急加密監(jiān)測相鄰附屬結(jié)構(gòu)的沉降情況；②復(fù)測地鐵結(jié)構(gòu)監(jiān)測基準(zhǔn)點；③緊急對滲漏水及冒砂接縫進(jìn)行堵漏注漿；④加快完成二期、三期基坑封底；⑤四期基坑增加中間分隔樁將四期基坑分四期、五期實施(四期實施在前，需重新進(jìn)行四期的安全預(yù)評估)。

3.2 五期基坑實施前

二期基坑、三期基坑、四期基坑完成之后，地鐵結(jié)構(gòu)整體變形較大，結(jié)構(gòu)病害增加，對地鐵運(yùn)營造成風(fēng)險。絕對收斂超過60 mm，最大值70 mm，裂縫增加，滲漏水增加。事故發(fā)生后地鐵隧道病害與初始狀態(tài)對比如表1所示。

表1 事故發(fā)生后地鐵隧道病害與初始狀態(tài)對比 單位：處

按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，絕對收斂>60 mm，裂縫寬度>0.4 mm，結(jié)構(gòu)處于不利的變形狀態(tài)，為避免結(jié)構(gòu)進(jìn)入塑性變形階段，需提前進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固。但項目尚需進(jìn)行五期實施，五期實施不可避免將繼續(xù)增大地鐵結(jié)構(gòu)變形，預(yù)先針對隧道變形采取措施改善隧道變形(隧道收斂、沉降)，盾構(gòu)結(jié)構(gòu)受力處于安全狀態(tài)，可為后續(xù)五期施工提供條件。遂采用隧道外微擾動注漿糾偏工藝，該工藝采用有序可控的雙液微擾動注漿對隧道兩側(cè)土體進(jìn)行填充，提高隧道周邊土體強(qiáng)度和剛度，增加隧道側(cè)向抗力，可改善隧道受力狀態(tài)，實現(xiàn)對隧道變形的有效遏制和改善[1]。

微擾動注漿整體控制要求：微擾動注漿設(shè)計已超過60 mm收斂管片作為整治對象，整治目標(biāo)將盾構(gòu)絕對收斂降低至55 mm。

微擾動注漿的實施結(jié)果如圖1～2所示。

圖1 上行線典型斷面水平收斂變形時程曲線圖

圖2 下行線典型斷面水平收斂變形時程曲線圖

隧道微擾動注漿整治后，五期對應(yīng)位置的盾構(gòu)隧道收斂變形明顯減小。

3.3 五期實施后

五期實施后，由圖1～2可知，隧道變形依然加劇。主要原因有以下方面：五期外掛區(qū)距離隧道近(14.5 m)；基坑狹長，整體施工分坑實施時間長；對撐支點遠(yuǎn)離隧道側(cè)為大坑換撐支點，較薄弱。在此前提下，針對五期實施的安全評估及施工方案的審查將后續(xù)控制要點及地鐵隧道的控制標(biāo)準(zhǔn)提出了較為嚴(yán)格的要求。

4 項目實施總結(jié)

項目實施完成后，針對地鐵隧道及車站的損傷進(jìn)行了永久性修復(fù)，花費較高?？v觀整個項目實施，因?qū)Φ罔F的影響，使得整個項目在成本上、工期、社會效益均造成比較負(fù)面的影響。究其原因，技術(shù)上：一是在設(shè)計時未采取針對性的圍護(hù)方案；二是在施工過程中未嚴(yán)格按照基坑的“時空效應(yīng)”及時完成基坑施工，從而導(dǎo)致基坑圍護(hù)滲漏、“晾坑”，另一方面監(jiān)測未能及時復(fù)核基準(zhǔn)控制點，導(dǎo)致監(jiān)測缺失，無法及時反映基坑以及周邊地鐵的變形情況，破壞性表征出現(xiàn)后才采取相關(guān)措施，而在技術(shù)之外，從項目立項時未能對項目進(jìn)行有效的安全風(fēng)險分析，涉及地鐵的安全評估流于形式，未能及時發(fā)現(xiàn)基坑圍護(hù)存在的問題，無有效的措施準(zhǔn)備，上述種種才導(dǎo)致地鐵結(jié)構(gòu)變形未能及時控制和處置。

4.1 采取合適的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)

針對地鐵結(jié)構(gòu)狀況、地質(zhì)情況、相互關(guān)系采取合適的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)是整個項目成敗的前提條件[2]。本項目在地鐵邊近距離進(jìn)行深基坑施工，未能考慮圍護(hù)樁間土在施工過程中的流失以及三軸攪拌樁施工局限性(止水深度較深時不能有效閉合止水帷幕)，導(dǎo)致地鐵車站一側(cè)周邊的圍護(hù)一定程度失效，未能控制項目與車站結(jié)構(gòu)間的水土損失。在軟土富水地層地鐵近距離的深基坑圍護(hù)應(yīng)采用剛度高、止水效果好的地下連續(xù)墻，并輔以可靠的止水帷幕如TRD(Trench-Cutting& Re-mixing Deep Wall Method，混合攪拌壁式地下連續(xù)墻施工法)等圍護(hù)措施，方能有效控制地層應(yīng)力損失。

4.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)的及時復(fù)核非常有必要

軟土地層大型基坑開挖導(dǎo)致的地層變形按正常的監(jiān)測斷面，可能無法反饋整個影響的范圍，影響的范圍尤其在維護(hù)滲漏的情況下可能尤其大，因此，對監(jiān)測基準(zhǔn)點進(jìn)行及時復(fù)核，有助于及時發(fā)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)問題和基坑存在的問題，進(jìn)而對周邊的影響有一個清晰的判斷。在地鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)的基坑項目，需按一定時間復(fù)核基準(zhǔn)點，對于周邊影響的監(jiān)測比如地鐵監(jiān)測更需要經(jīng)常性復(fù)核。

4.3 當(dāng)?shù)罔F安全和項目實施存在沖突時，應(yīng)保證地鐵安全

項目實施過程中的重大安全問題需要項目自身克服解決，本項目對地鐵造成重大影響之后，后續(xù)實施無法完全確保地鐵的結(jié)構(gòu)安全和運(yùn)營安全，此時，舍棄或部分舍棄后續(xù)實施內(nèi)容對于項目已經(jīng)是一個必要的考量。通過基坑減層或其他項目規(guī)劃措施降低后續(xù)影響，并輔助以必要的地鐵整治，最大限度挽救項目成果是對地鐵造成重大影響項目的管理思路。

4.4 以控制變形最小作為地鐵保護(hù)的管理思路

地鐵本身的結(jié)構(gòu)損傷不可逆，整治并不能解決隧道損傷，應(yīng)以控制變形最小作為地鐵保護(hù)的管理思路。本項目雖然通過實施微擾動注漿的方式控制并減小了隧道的徑向收斂值，改善了隧道的受力結(jié)構(gòu)，但其混凝土結(jié)構(gòu)本身并不能將復(fù)原修復(fù)，影響結(jié)束后的鋼環(huán)加固輔助加固措施對于隧道耐久性也不利，目前尚無結(jié)構(gòu)修復(fù)技術(shù)，因此，控制最小變形就是地鐵保護(hù)的唯一思路。在整個項目從設(shè)計、施工均應(yīng)以這一思路進(jìn)行管理。

4.5 隧道修復(fù)中主要矛盾和次要矛盾的解決思路

項目對地鐵隧道的影響表現(xiàn)在隧道的收斂、沉降以及滲漏裂縫等表觀病害、地鐵車站及附屬結(jié)構(gòu)的不均勻沉降，在修復(fù)決策中應(yīng)明確首要解決的問題。保證地鐵的安全運(yùn)營的唯一的考量目標(biāo)，因此，在項目執(zhí)行修復(fù)過程中，首先要解決影響安全運(yùn)營的主要表現(xiàn)因素，影響行車安全的視為第一需要解決的問題，隧道的沉降導(dǎo)致行車線形問題的應(yīng)首先解決，出入口不均勻沉降影響乘客進(jìn)出需要優(yōu)先解決，最后進(jìn)行結(jié)構(gòu)加強(qiáng)處置。

4.6 項目經(jīng)濟(jì)指標(biāo)策劃之前充分認(rèn)識項目對地鐵的影響

地鐵保護(hù)區(qū)項目在實施規(guī)劃階段應(yīng)充分認(rèn)識本地區(qū)地鐵保護(hù)的特點，地下工程建設(shè)指標(biāo)盲目，最終不一定能取得滿意的回報率。本項目除了進(jìn)行結(jié)構(gòu)減層之外，還需對地鐵進(jìn)行修復(fù)，期間還進(jìn)行方案討論、事件分析，這些工作需要花費大量的時間和金錢，項目的工期一拖再拖。從經(jīng)濟(jì)型來說極其不劃算(保守估計項目損失約2億元)，在社會影響上也很壞(地鐵限速運(yùn)行)。所以地下部分的建設(shè)指標(biāo)設(shè)置前應(yīng)進(jìn)行必要的數(shù)值分析、風(fēng)險分析，并適當(dāng)按較壞的結(jié)果去考量。

5 結(jié)束語

地鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)深基坑施工有別于一般深基坑，需要深刻認(rèn)識地鐵的影響以及地鐵運(yùn)營的相關(guān)要求，在風(fēng)險分析手段基礎(chǔ)上，仔細(xì)籌劃建設(shè)指標(biāo)、基坑圍護(hù)方案、施工措施等，方能促使項目成功完成。

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