緊鄰地鐵車站及三污干管的深基坑施工

趙 武 夏曉慶 鄭三潤

中國建筑第八工程局有限公司總承包公司 上海 201204

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目概況

杭州市城市軌道交通3號線第二控制中心位于九和路以北，老紅普路以西地塊。本項(xiàng)目包含Q1線網(wǎng)調(diào)度指揮大樓及Q2配套辦公、Q3設(shè)備維修大樓及管槽。Q1主樓11層，裙房5層，地下室3層，基坑大面開挖深度約15.3 m（裙房）/16.4 m（主樓），局部最大落深3.1 m。Q3地上9層，地下2層。單體建筑面積約70 000 m2，其中，地面建筑面積約50 000 m2，地下建筑面積約20 000 m2，基坑大面開挖深度約11.3 m。

1.2 周邊環(huán)境

1）基坑?xùn)|北側(cè)范圍內(nèi)存在2根DN200的鑄鐵給水管、若干電力管（10 kV直埋銅管）和光線管（200 mm×100 mm）。

2）Q1基坑圍護(hù)邊線與地鐵1號線左線隧道最近水平距離為4.97 m，與地鐵1號線出入段線區(qū)間隧道最近水平距離為24.6 m，與地鐵1號線右線區(qū)間隧道最近水平距離為35.5 m。

3）基坑側(cè)邊6～9 m處存在2根江干區(qū)φ2 200 mm主污水管，埋深3.6 m。

4）基坑西側(cè)及西南角存在2根光纖管、1根PVC污水管（位于等厚度水泥土地下連續(xù)墻〔TRD〕止水帷幕內(nèi)）。

1.3 工程地質(zhì)條件

本工程穿越了不同時代的地層，根據(jù)勘探孔揭露的地層結(jié)構(gòu)、巖性特征、埋藏條件及物理力學(xué)性質(zhì)，場地勘探深度以內(nèi)可分為①雜填土、③砂質(zhì)粉土夾粉砂、④淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、⑥淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、⑦粉質(zhì)黏土夾黏土、⑧粉質(zhì)黏土、⑩粉砂夾粉質(zhì)黏土等地層。其中，基坑深度范圍主要位于④3層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，該層層厚4.2～8.8 m，頂板高程－13.42～－11.74 m。工程區(qū)第一承壓水層主要分布于④4層和⑥3層，水量較小，隔水層為上部的④3層。建華站勘察時實(shí)測④4層第一承壓水層水頭埋深在地表下3.80 m，相應(yīng)絕對高程為1.63 m，紅普路站勘察時實(shí)測⑥3層第一承壓水層水頭埋深在地表下6.10 m，相應(yīng)絕對高程為－0.49 m。工程區(qū)第二承壓含水層主要分布于深部的⑩3粉砂夾黏質(zhì)粉土、12 1粉細(xì)砂、12 4層圓礫中，水量較豐富，隔水層為上部的⑥、⑦、⑧層。

2 基坑設(shè)計概況

Q1基坑開挖深度為15.3～16.4 m，局部電梯井和集水坑下沉0.6～3.1 m。3層地下室基坑外側(cè)統(tǒng)一采用厚1 000 mm地下連續(xù)墻，墻長為40.0～44.5 m；基坑分坑施工中隔墻采用厚800 mm地下連續(xù)墻，墻長為40.0～41.0 m。B3-1長條形基坑深度為15.3～16.4 m，設(shè)置1道混凝土支撐和3道鋼支撐。B3-2三角形基坑深度為15.3～16.4 m，設(shè)置3道混凝土支撐。B3-1長條形基坑圍護(hù)邊線與運(yùn)營地鐵1號線區(qū)間左線隧道最近水平距離為4.97 m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)邊線與運(yùn)營地鐵1號線左線隧道間進(jìn)行全方位高壓旋噴注漿（MJS）隔離樁加固。集水坑、電梯基坑等局部加深部位進(jìn)行坑底高壓旋噴樁加固，加固深度為坑底以下3 m。基坑西側(cè)、北側(cè)外圍，設(shè)置一周TRD攪拌墻止水帷幕（厚800 mm，止水帷幕墻長為23 m），與MJS隔離樁加固體銜接封閉，周圈形成封閉的止水帷幕，對既有污水管線、建筑物進(jìn)行保護(hù)?；颖眰?cè)影響范圍存在2根三污干管。Q1基坑圍護(hù)情況如圖1所示。

圖1 線網(wǎng)調(diào)度指揮大樓基坑豎向圍護(hù)結(jié)構(gòu)平面布置示意

Q3基坑開挖深度約為11.60 m，局部電梯井和集水坑下沉1.0～2.8 m。工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用厚600 mm地下連續(xù)墻，墻長為27.45～36.75 m?；釉O(shè)置1道混凝土支撐和2道φ800 mm的鋼支撐。局部混凝土支撐上方設(shè)置棧橋板（板厚350 mm），棧橋板范圍內(nèi)的混凝土支撐下設(shè)置格構(gòu)柱（600 mm×600 mm）和立柱樁（樁徑1 100 mm），立柱樁樁長為底板下35m。其余范圍內(nèi)的立柱樁樁徑均為900 mm，樁長為底板下30 m，內(nèi)插460 mm×460 mm格構(gòu)柱?；颖眰?cè)為既有三污干管，埋深為3.75～4.00 m，為降低基坑開挖期間對三污干管的影響，設(shè)計采用φ850 mm@600 mm三軸攪拌樁對地下連續(xù)墻進(jìn)行槽壁加固，加固范圍為地面以下21 m[1-4]。集水坑、電梯基坑等局部加深部位進(jìn)行坑底高壓旋噴樁加固，加固深度為坑底以下2 m。Q3基坑圍護(hù)情況如圖2所示。

圖2 設(shè)備維修大樓基坑豎向圍護(hù)結(jié)構(gòu)平面布置示意

3 施工過程

3.1 總體流程

Q1基坑先行施工TRD止水帷幕和最外側(cè)止水MJS工法樁，同時穿插施工工程樁，待TRD和外側(cè)MJS形成封閉的止水帷幕后，開始施工地下連續(xù)墻和剩余的MJS，地下連續(xù)墻施工完成后，開始穿插施工工程樁和立柱樁、高壓旋噴樁、降水井，B3-2區(qū)具備土方開挖條件后，進(jìn)行該區(qū)土方開挖和內(nèi)支撐施工，待B3-2區(qū)回筑至地下2層頂板后，開始B3-1-2區(qū)土方開挖和內(nèi)支撐施工，待B3-1-2區(qū)回筑至±0 m結(jié)構(gòu)后，開始B3-1-1區(qū)和B3-1-3區(qū)土方開挖和內(nèi)支撐施工，直至Q1樓完成±0 m結(jié)構(gòu)。

Q3基坑先進(jìn)行三軸攪拌樁槽壁加固，隨后施工地下連續(xù)墻，然后施工工程樁和立柱樁、高壓旋噴樁和降水井，具備土方開挖條件后，由西向東進(jìn)行土方開挖和支撐施工。

3.2 基坑開挖

3.2.1 土方開挖原則

1）基本原則：從上到下、對撐支撐、分區(qū)、分層、分單元、分塊、對稱、平行、抽條式開挖。按照“時空效應(yīng)”原理，“限時、分段、均勻、對稱”地進(jìn)行土方開挖和設(shè)置支撐，立桿連桿設(shè)計位置，隨開挖加設(shè)，減少和控制無支撐土體暴露時間。

2）分區(qū)原則：按設(shè)計工況的基坑分區(qū)劃分開挖階段。

3）分層原則：基坑各階段挖土施工必須遵循“分層開挖、嚴(yán)禁超挖”的原則。每層厚度不宜大于1.5 m，每段開挖寬度不宜超過20 m。

3.2.2 Q1基坑土方開挖

B3-2區(qū)基坑面積約為6 502 m2，大面挖深16.4 m?；影凑蘸鬂矌Ъ爸挝恢脛澐譃?個區(qū)塊，按照B3-2-1、B3-2-2、B3-2-3、B3-2-4先后順序組織流水施工。待B3-2-1區(qū)完成地下2層頂板結(jié)構(gòu)，方可開挖B3-1-2區(qū)。

B3-1區(qū)基坑面積2 543 m2，基坑標(biāo)準(zhǔn)深度16.40 m，南側(cè)為運(yùn)營地鐵1號線，西側(cè)為七堡車輛段綜合維修基地，基坑按設(shè)計要求分為B3-1-1、B3-1-2、B3-1-3共3個區(qū)塊，待B3-1-2區(qū)地下室結(jié)構(gòu)地下1層頂板完成后，進(jìn)行B3-1-1區(qū)及B3-1-3區(qū)土方開挖及支撐施工。土方開挖分區(qū)如圖3所示。

圖3 Q1樓底土方開挖分區(qū)

3.2.3 Q3基坑土方開挖

Q3基坑面積約6 600 m2，基坑深度約11.700 m，土方量約7.46萬 m3，出土?xí)r間為32 d，每日出土量約為2 400 m3。結(jié)構(gòu)布局為東西向的長條形結(jié)構(gòu)，南側(cè)、西側(cè)為既有建筑，北側(cè)為高架橋及地下管網(wǎng)。地下3層施工時間長。東西向分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ共計5個區(qū)域，按照Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ組織流水施工。各區(qū)塊待第1道支撐混凝土強(qiáng)度達(dá)到85%設(shè)計強(qiáng)度后，將土方挖至第2道支撐（鋼支撐），并及時施加支撐預(yù)應(yīng)力；爾后開挖至第3道支撐（鋼支撐），并及時施加支撐預(yù)應(yīng)力；最后開挖至設(shè)計標(biāo)高（預(yù)留300 mm人工挖土以免擾動基底原狀土），分區(qū)如圖4所示。

圖4 設(shè)備大樓基坑開挖分區(qū)

3.3 基坑降水

3.3.1 Q1基坑降水

基坑西側(cè)、北側(cè)外圍設(shè)置一周TRD攪拌墻止水帷幕（厚800 mm止水帷幕，墻長為23 m），MJS隔離樁加固體銜接封閉周圈形成封閉的止水帷幕，止水帷幕閉合后，方能進(jìn)行坑內(nèi)降水、地下連續(xù)墻與TRD間控制性降水?？觾?nèi)采用自流疏干井，B3-1基坑坑內(nèi)設(shè)12口降水井，B3-2基坑坑內(nèi)設(shè)19口降水井；坑外設(shè)自流疏干井兼作應(yīng)急井，坑外共計20口降水井，坑外按地面以下5 m進(jìn)行控制性降水。

3.3.2 Q3基坑降水

基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)全部采用厚600 mm地下連續(xù)墻，φ850 mm@600 mm三軸攪拌樁槽壁加固深度為21 m，進(jìn)入④3層2 m?；硬贾?7口坑內(nèi)疏干降水井用于坑內(nèi)土體疏干，坑外布置16口坑外觀測及應(yīng)急井。

3.4 基坑監(jiān)測

基坑支護(hù)主要監(jiān)測項(xiàng)目為支護(hù)樁（墻）頂部水平（豎向）位移、支護(hù)樁（墻）水平位移、支撐軸力、地表沉降、土體深層水平位移、立柱豎向（水平）位移、地下水位。周邊環(huán)境主要監(jiān)測項(xiàng)目為周邊建（構(gòu)）筑物豎向位移、傾斜、裂縫，周邊管線豎向位移、差異沉降。

本基坑重點(diǎn)監(jiān)測對象有地鐵站的位移及收斂、污水干管的位移，對地鐵站的監(jiān)測項(xiàng)目和報警值主要為：上行線位移、收斂≤4 mm，下行線位移、收斂≤6.5 mm，入段線位移、收斂≤5.7 mm；污水干管位移≤17 mm。

4 工程重難點(diǎn)分析及對策

4.1 基坑開挖施工

4.1.1 基坑開挖重點(diǎn)分析

本工程基坑開挖深度大，且鄰近運(yùn)營地鐵1號線及三污干管，因此對基坑變形控制要求較高，確保地鐵隧道與三污干管安全是本項(xiàng)目重中之重。同時，由于需要分層分塊開挖、分塊施工，且支撐梁布置密集，項(xiàng)目處于市中心，上下班高峰期土方運(yùn)輸困難，導(dǎo)致土方開挖較慢。

4.1.2 解決措施

1）嚴(yán)格按照設(shè)計要求分區(qū)安排施工。

2）分區(qū)分塊開挖過程中，嚴(yán)格按照設(shè)計要求限時完成土方開挖及形成支撐，分區(qū)開挖過程中嚴(yán)密監(jiān)測地下連續(xù)墻的變形與水位變化。

3）壓頂圈梁及支撐分段進(jìn)行施工并限制分段長度及施工時間，以減少基坑變形，采取必要的技術(shù)措施保證開挖前支撐的強(qiáng)度。

4）完善方案，縮短基底暴露的時間，盡快澆筑底板混凝土。

5）針對較薄弱的后澆帶采取加筋墊層的處理方法，底板施工過程中，預(yù)留局部降水井作為泄水口，適當(dāng)延遲其封閉時間，以防止底板上浮。

6）加強(qiáng)現(xiàn)場交通組織，保證行車通暢，落實(shí)好土方卸點(diǎn)，確保土方運(yùn)輸通暢。

7）加強(qiáng)施工監(jiān)測的信息化，及時對數(shù)據(jù)進(jìn)行上報、分析及處理。

4.2 深基坑施工的變形控制

4.2.1 變形控制重點(diǎn)分析

變形控制要求：Q1基坑南側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)外邊線與運(yùn)營地鐵1號線區(qū)間左線隧道邊線水平距離為4.97～10.90 m，隧道頂面埋深14～16 m；基坑北側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)外邊線與三污干管（DN2200）水平距離為6.0～9.3 m，干管頂面埋深約4 m；東北側(cè)存在2根直徑200 mm的鑄鐵給水管、若干根電力管和光纖管；西側(cè)及西南角存在2根光纖管、1根PVC污水管，距離西側(cè)文體中心11.0～16.5 m。Q3圍護(hù)結(jié)構(gòu)外邊線距三污干管3.0～6.4 m，距離南側(cè)文體中心16 m?；娱_挖過程中，要嚴(yán)格確?；幼冃瘟?，采取措施將對周邊的影響控制在最低程度。

4.2.2 解決措施

1）各分區(qū)基坑開挖前，進(jìn)行認(rèn)真研究和部署，開挖時嚴(yán)格遵循各施工工況要求，減小基坑開挖施工時對相鄰基坑和周邊環(huán)境的變形影響。

2）嚴(yán)格按照“開槽支撐，先撐后挖，分層開挖，嚴(yán)禁超挖”的原則進(jìn)行土方開挖作業(yè)。土方開挖時，必須待支撐達(dá)到設(shè)計要求時，方可進(jìn)行下層土方的開挖。

4）施工期間基坑周邊10 m范圍內(nèi)堆載不允許超過20 kPa。

5）盡量縮短基坑無支撐暴露時間，混凝土支撐施工時間不超過48 h。開挖最下一層土方時，混凝土墊層應(yīng)隨挖隨澆，無墊層坑底最大暴露面積不得大于200 m2，基坑不得超過48 h。

6）詳細(xì)了解地鐵隧道、三污干管等周邊管線的情況，制定詳細(xì)監(jiān)測方案，開展日常管線巡視、檢查，加強(qiáng)管道線設(shè)施的安全運(yùn)行和保護(hù)管理。

7）加強(qiáng)施工過程的各項(xiàng)監(jiān)測，特別是地鐵側(cè)和三污干管側(cè)基坑變形、坑外水位的監(jiān)測、地鐵隧道和三污干管變形，并及時將監(jiān)測數(shù)據(jù)通報相關(guān)各方。

8）做好安全防護(hù)應(yīng)急預(yù)案，現(xiàn)場準(zhǔn)備好應(yīng)急材料及應(yīng)急設(shè)備，一旦發(fā)生險情，立即處理。

5 地鐵變形控制及應(yīng)急措施

5.1 數(shù)據(jù)突變

實(shí)施監(jiān)測過程中，及時總結(jié)監(jiān)測對象隨施工開展的變形規(guī)律，并重點(diǎn)關(guān)注監(jiān)測數(shù)據(jù)變形情況是否正常。一旦出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常突變，雖累積變形值未超過控制指標(biāo)，也需立即啟動應(yīng)急預(yù)案，采取如下處理措施：

1）立即通過電話、短信等方式，報送建設(shè)、施工、監(jiān)理等單位，啟動應(yīng)急處理流程。

2）立即安排加密進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測，并加密后續(xù)監(jiān)測頻率（不少于每天2次），根據(jù)后續(xù)數(shù)據(jù)變形情況，通過協(xié)商確定監(jiān)測頻率。

3）根據(jù)數(shù)據(jù)變形情況，適時報請建設(shè)單位和產(chǎn)權(quán)單位組織召開專家分析咨詢會，并做好分析匯報的準(zhǔn)備。

5.2 緩變超標(biāo)

隨著地層固結(jié)沉降，在施工過程中未達(dá)到警戒指標(biāo)的測點(diǎn)可能在后期緩慢變形，地鐵保護(hù)區(qū)監(jiān)測單位需密切關(guān)注數(shù)據(jù)變化情況，采取以下應(yīng)急處理措施：

1）通過日報、預(yù)警快報等方式，報送建設(shè)、產(chǎn)權(quán)、施工、監(jiān)理等單位，啟動應(yīng)急處理流程。

2）密切關(guān)注數(shù)據(jù)變形情況，如變形趨勢持續(xù)發(fā)展，則在跟蹤監(jiān)測的同時，報請建設(shè)單位組織專家咨詢分析會，根據(jù)專家咨詢意見，確定后期監(jiān)測工作開展情況。

3）如變形趨勢趨于收斂，則繼續(xù)跟蹤監(jiān)測，并保持與建設(shè)、產(chǎn)權(quán)、施工、監(jiān)理單位的有效溝通。

6 結(jié)語

本工程為緊鄰杭州市三污干管及運(yùn)營地鐵1號線的超深基坑，基坑施工期間對三污干管及地鐵車站的保護(hù)至關(guān)重要；深基坑施工嚴(yán)格按照設(shè)計工況分坑施工，施工過程中加強(qiáng)基坑監(jiān)測并做好各項(xiàng)應(yīng)急措施，因此三污干管、地鐵車站等結(jié)構(gòu)變形均在控制值以內(nèi)，未發(fā)生報警情況，基坑安全施工完成。