談車站附屬基坑施工對臨近已貫通區(qū)間的保護

賈玉山

(上海市基礎工程集團有限公司,上海 200433)

0 引言

隨著地下空間的開發(fā)和地鐵的建設,城市地下新建地鐵受到越來越多的因素制約,因車站附屬基坑靠近已貫通的區(qū)間,基坑施工將對區(qū)間造成不利影響,因此基坑施工前需對區(qū)間進行保護。本次通過一個軌道交通工程實際施工案例,闡述一種基坑工程施工TRD內(nèi)插H型鋼主動控制基坑變形和區(qū)間內(nèi)同步拉緊裝置使用雙重控制措施確保區(qū)間變形安全的施工方法。

1 工程背景

1.1 工程概況

本車站附屬4號風亭基坑普遍開挖深度約14.5 m,局部深坑開挖深度約16.0 m,基底位于第④層土。本基坑安全等級為一級,環(huán)境保護等級為一級。 江浦路站4號風亭地下附屬結構與已貫通的區(qū)間隧道平行且距離僅1.7 m,如圖1所示。

1.2 保護措施研究

4號風亭的圍護結構原設計鉆孔灌注樁+三軸攪拌樁止水帷幕[1]。根據(jù)原設計工況,該附屬基坑需在盾構區(qū)間實施之前結構封頂。但由于借地、站點開通運營時間的要求,盾構區(qū)間的實施先于附屬基坑施工,導致工況發(fā)生重大變化。原施工工藝無法保證已貫通區(qū)間的安全。

為保證附屬基坑的順利開挖,同時保證區(qū)間隧道的變形穩(wěn)定,經(jīng)實際驗算、模擬,最終決定采用以下雙重控制措施:1)地墻槽壁加固采用 TRD 工法,其中臨區(qū)間隧道側TRD 工法加固與地墻同深,且插入型鋼(不拔除);2)靠近影響范圍內(nèi)的既有區(qū)間結構采取縱向拉緊裝置以控制隧道變形。同時,增加鋼支撐伺服系統(tǒng),自動化監(jiān)測等措施。當變形量超過報警值時,應及時查明原因,采取有效措施防止變形繼續(xù)發(fā)展,利用管片預留注漿孔對隧道進行注漿加固[2]。

4號風亭的圍護結構由原設計鉆孔灌注樁+三軸攪拌樁止水帷幕調(diào)整為800 mm厚地下連續(xù)墻。因地下附屬結構與已貫通的車站區(qū)間隧道平行且距離僅 1.7 m,為降低施工過程中對區(qū)間隧道的不利影響,地墻槽壁加固采用TRD工法,其中臨區(qū)間隧道側TRD工法加固與地墻同深,且插入型鋼(不拔除);其余各側 TRD 工法加固與坑底加固同深,不插入型鋼。為控制基坑變形,坑底采用滿堂加固,鋼支撐采用支撐軸力伺服系統(tǒng)。區(qū)間與車站相對關系剖面如圖2所示,4號風亭TRD工法槽壁加固平面圖如圖3所示[3]。

2 區(qū)間保護措施的實施

2.1 TRD內(nèi)插H型鋼工法保護

1)樁機定位及垂直度修正。本項目TRD工法兼做地墻槽壁加固使用,不單獨作為支護結構。如采用常規(guī)澆筑混凝土硬地坪和導墻的方式,后期還需要進行鑿除和補倉,對于工期和經(jīng)濟合理性方面均較為不利。對施工作業(yè)區(qū)域地耐力進行測試,并核實工法機的最大施工荷載,經(jīng)計算擬采用鋪設兩層3 cm厚鋼板作為設備走行道路。鋼板鋪設方向采用橫豎法進行鋪設,第一層沿墻體軸線方向鋪設,第二層垂直于軸線方向,鋼板之間采用焊接連接成整體,保證機器在行走過程中鋼板不發(fā)生位移,確保機架作業(yè)安全。

本次選用的TRD工法機為步履式,步履相對規(guī)則且穩(wěn)定,本次施工定位采用在鋼板上放樣走行路線方式進行定位。采用經(jīng)緯儀在鋼板上將步履的行走路線角點進行精密放樣,并采用定位鋼絲繃緊確定路線。每次轉(zhuǎn)角完成,對角點進行一次復核。

2)切割箱的安裝及糾偏。TRD的糾偏主要采用設備主動糾偏裝置進行,總體成墻垂直度應根據(jù)設計要求控制在1/200以上,以確保地墻施工不受影響。通過設備駕駛艙儀表盤顯示的切割箱垂直度發(fā)現(xiàn)有偏斜時及時糾偏。糾偏過程采用小幅度、連續(xù)性糾偏為主,避免出現(xiàn)偏斜過大后再進行一次性糾偏的情況,保證成墻質(zhì)量和可能出現(xiàn)“卡切割箱”的問題。

3)特殊刀排的配置。切割箱兩側的刀排常規(guī)按1 200 mm間距安放,分別有七種類型,400 mm～850 mm寬度不等。但根據(jù)上海的砂性土質(zhì)的要求,本工程將刀排適當調(diào)整至600 mm間距安放,并且增加小型刀排的數(shù)量。這樣能防止切削箱進入土層后發(fā)生抱死卡死現(xiàn)象。在掘進工程中,也安排專人關注刀排的磨損情況,對磨損大的刀排及時修整,確保掘進的速度[4]。

4)固化液和挖掘液的拌制。本次固化液所采用的水泥品種、水灰比、水泥摻量均根據(jù)設計要求進行,確?？傮w摻量不低于20%。同時根據(jù)該區(qū)域的地質(zhì)情況,加固范圍內(nèi)存在較厚的粉砂層和硬可塑粉質(zhì)黏土層,為確保切割箱順利下放到底,并保證土體攪拌的均勻性,在進行挖掘時,需配置納基膨潤土挖掘液。挖掘液的配比為50 kg/m3[5-6]。

水泥漿應隨拌隨用,拌制完成的漿液超過2 h的應作廢漿處理。同時,在靠近既有隧道側,由于需在水泥土攪拌墻內(nèi)插入H型鋼,故還需特別關注泥漿的流動性問題,確保型鋼順利插入。泥漿的流動性采用流動度測試儀進行測試,抽取墻體中部和底部的泥漿分別進行測試,并使用實際插入試驗的方式確定流動度控制值。

挖掘液配比:水∶膨潤土∶CMC=1 000∶80∶0.5,比重1.05。

5)水泥土墻體成墻施工。TRD成墻采用常規(guī)的三序成墻施工順序,即先行挖掘、回撤挖掘、成墻攪拌。

6)廢土的處理措施。溝槽開挖挖起的沉淤、雜填土和深層攪拌樁施工產(chǎn)生的置換土以及施工場區(qū)內(nèi)的置換土集中堆置在集土坑內(nèi),待達到一定高度再進行外運處理。

施工產(chǎn)生的涌土在施工后應立即進行鏟除、平整、清理。

場區(qū)內(nèi)的廢土每天安排保潔人員進行清掃,做到污水不外溢,建筑垃圾集中堆放并及時清運。

7)型鋼插入(如圖4所示)的施工工藝和質(zhì)量要求。

型鋼插入的時機:型鋼應待切割箱切割離開型鋼插入位置1.5 m以上時方可進行型鋼插入作業(yè),避免型鋼插入時對施工墻體的質(zhì)量造成影響。

型鋼定位:采用定位卡對型鋼位置進行定位。定位卡應與道路鋼板牢固固定,避免出現(xiàn)位移情況。然后采用50 t履帶吊進行送樁。待型鋼送至指定深度后進行定位。定位采用Φ8吊筋和雙拼18號槽鋼架至鋼板路面上。如因泥漿流動性差、凝固快等原因?qū)е滦弯撟杂上路爬щy,可采用挖機、振動錘等輔助工具進行輔助下沉,嚴禁使用重復起吊型鋼并松鉤下落的插入方式。型鋼吊放流程如圖5所示[7]。

2.2 區(qū)間保護方法

2.2.1 區(qū)間結構采取縱向拉緊裝置

區(qū)間結構采取縱向拉緊裝置范圍為2倍基坑深度范圍。拉緊裝置設計如圖6—圖10所示。

2.2.2 區(qū)間監(jiān)測措施

根據(jù)現(xiàn)場施工情況結合施工工期,監(jiān)測布置點情況如圖11,表1所示。

表1 隧道監(jiān)測斷面測點分布說明表

2.2.3 區(qū)間注漿措施

4號風亭后續(xù)圍護及結構施工期間實時監(jiān)測區(qū)間數(shù)據(jù),出現(xiàn)報警采取區(qū)間管片注漿。如超過沉降報警值,須利用管片預留注漿孔對隧道進行注漿加固,漿液采用雙液漿注漿。應多點、多次、少量、均勻,控制好注漿壓力及注漿量等參數(shù),加固后土體強度qu為0.2 MPa～0.3 MPa。

3 應用效果

3.1 項目實施情況

4號風亭實施期間,按照上述保護方法進行區(qū)間保護性施工,并在基坑施工期間對監(jiān)測情況進行記錄(見表2),最終4號風亭完成后,確保已貫通區(qū)間安全,無較大變形情況出現(xiàn)。

表2 4號風亭施工情況統(tǒng)計表

從圍護結構施工開始至結構回筑完成,經(jīng)現(xiàn)場實際反饋未發(fā)生隧道管片破損、隧道管片滲漏水增加等情況。但為保證區(qū)間安全,在區(qū)間拉緊裝置撤銷之前,項目仍按照預案對管邊環(huán)外進行了補注漿措施。拉緊裝置撤銷后,盾構區(qū)間狀態(tài)保持良好。

3.2 項目監(jiān)測情況

在工程實施期間,除對在實施基坑必備的監(jiān)測項目外,也對臨近的盾構區(qū)間增加了靜力水準監(jiān)測、收斂監(jiān)測、水平位移監(jiān)測等監(jiān)測項目。

靜力水準監(jiān)測數(shù)據(jù)各個工期累計最大值如下:TRD施工于2021年4月16日完成時,上行線隧道CS671累計下沉-1.7 mm;地墻施工于2021年6月7日完成時,上行線隧道CS667累計下沉-4.4 mm;地墻施工于2021年6月15日完成時,上行線隧道CS643累計上抬5.7 mm;基坑底板施工于2021年7月15日完成時,上行線隧道CS647累計上抬7.1 mm;基坑負一層結構施工于2021年8月27日完成時,上行線隧道CS655累計下沉-5.4 mm(見圖12)。

管徑收斂監(jiān)測數(shù)據(jù)各個工期累計最大值如下:TRD施工于2021年4月16日完成時,上行線隧道SLS667累計變化-3.5 mm; 地墻施工于2021年6月7日完成時,上行線隧道SLS659累計變化6.0 mm;地墻施工于2021年6月15日完成時,上行線隧道SLS667累計變化-8.5 mm;基坑底板施工于2021年7月15日完成時,上行線隧道SLS657累計變化8.0 mm;基坑負一層結構施工于2021年8月27日完成時,上行線隧道SLS657累計變化9.0 mm(見圖13)。

隧道結構水平位移監(jiān)測數(shù)據(jù)各個工期累計最大值如下:TRD施工于2021年4月16日完成時,上行線隧道SS651-2累計變化2.8 mm;地墻施工于2021年6月7日完成時,上行線隧道SS673-2累計變化-6.7 mm;地墻施工于2021年6月15日完成時,上行線隧道SS665-1累計變化6.9 mm;基坑底板施工于2021年7月15日完成時,上行線隧道SS663-1累計變化7.8 mm;基坑負一層結構施工于2021年8月27日完成時,上行線隧道SS671-2累計變化-5.9 mm(見圖14)。

項目實施期間,盾構區(qū)間各項監(jiān)測數(shù)據(jù)均控制在設計允許范圍以內(nèi),未發(fā)生監(jiān)測預警情況。

4 結語

本工程的順利實施共驗證了以下幾個方面:1)TRD內(nèi)插H型鋼槽壁加固對保證地墻施工期間盾構區(qū)間的穩(wěn)定是有效的。2)通過H型鋼不拔除的方式,輔助以鋼支撐伺服系統(tǒng)的應用,增加了圍護結構剛度,對基坑自身的變形控制以及對盾構區(qū)間的變形控制達到了毫米級(均控制在10 mm以內(nèi))。3)對臨近已貫通的區(qū)間采取管棚拉緊裝置加固,在基坑施工期間,也確保了區(qū)間安全。該工程的成功實施具有非常典型的參考價值,且此保護方法具有一定的推廣性,望能為今后類似工程提供參考。