花崗巖殘積土層基坑施工對地鐵結(jié)構(gòu)影響探析

【摘要】某項目基坑位于花崗巖殘積土層，基坑西側(cè)臨近運營中的地鐵區(qū)間隧道，不良地質(zhì)花崗巖殘積土有遇水易崩解的特性，這對于基坑周邊地鐵區(qū)間隧道存在較大安全風(fēng)險。文章通過研究項目基坑設(shè)計對地鐵采取的保護措施及基坑開挖施工過程中對運營中隧道結(jié)構(gòu)安全采取的保護措施，保障了地鐵結(jié)構(gòu)及運營安全。

【關(guān)鍵詞】花崗巖殘積土；既有結(jié)構(gòu)安全；運營安全；過程管控

【中圖分類號】TU753 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-6028（2024）09-0158-03

0 引言

隨著城市建設(shè)快速發(fā)展，土地資源緊張使得人們開始對地下空間開拓和發(fā)展。為減少深基坑工程開挖對鄰近地鐵結(jié)構(gòu)的影響，保障地鐵結(jié)構(gòu)及運營安全，文中對基坑設(shè)計采取的措施及施工過程采用控制措施進行研究，為類似工程地鐵保護提供參考。

1 工程概況

1.1 地理位置及基坑概況

某項目位于運營中地鐵某區(qū)間隧道東側(cè)，項目總用地6 500 m2，擬建地上22層，地下4層，地下室基坑支護周長約320 m，基坑開挖深度 21.4～22.9 m，鄰近地鐵側(cè)開挖深度約21.4 m，基坑開挖占地面積約4 800 m2。

工程基礎(chǔ)采用復(fù)合地基基礎(chǔ)并采用永久性抗拔錨桿配合微型樁。

1.2 工程地質(zhì)情況

場地地面高程30.98～31.26 m，地貌形態(tài)上屬于珠江三角洲沖洪積平原，地表沉積物為沖洪積砂層及土層，下伏基巖為燕山期花崗巖。上部第四系地層主要為第四系人工填土層（Q4ml）、第四系沖洪積土層（Q4al+pl）和第四系殘積層（Qel）。下臥基巖主要為燕山期侵入巖，巖性為燕山期花崗巖（γ）。

自上至下各巖土分層如下：①人工填土層；②沖積－洪積中粗砂層；③沖積－洪積粉質(zhì)黏土層；④花崗巖殘積土層；⑤全風(fēng)化花崗巖層；⑥強風(fēng)化花崗巖層；⑦中風(fēng)化花崗巖層；⑧微風(fēng)化花崗巖層。

1.3 項目與地鐵結(jié)構(gòu)關(guān)系

項目地下連續(xù)墻、攪拌樁、袖閥管、錨桿、微型樁與地鐵隧道結(jié)構(gòu)外邊線之間的最小水平凈距分別約為10.7、9.6、5、14.2、23.4 m，相應(yīng)范圍內(nèi)地鐵隧道結(jié)構(gòu)頂、底高程約+19.2、+13.2 m，隧道頂覆土厚度約為10.3 m，基坑底標高比隧道底標高低5.7 m。

1.4 相鄰地鐵結(jié)構(gòu)概況及地質(zhì)情況

相鄰地鐵隧道為雙線雙洞隧道，采用盾構(gòu)法施工，隧道頂覆土10.5～14.3 m。隧道外徑6.0 m，內(nèi)徑5.4 m，管片厚0.3 m。位于lt;5H-2gt;花崗巖殘積土層中。

2 基坑設(shè)計對地鐵采取的保護措施

2.1 基坑支護形式

基坑采用800 mm厚地下連續(xù)墻+三道（靠近地鐵區(qū)間隧道采用1 000 mm厚地下連續(xù)墻+四道）鋼筋混凝土內(nèi)支撐的支護形式，地下連續(xù)墻要求采用雙輪銑成槽工藝，槽段之間連接采用套銑接頭方式，地下連續(xù)墻施工之前外側(cè)先施工一排φ850 mm@600 mm三軸攪拌樁作為成槽護壁措施。

2.1.1 三軸攪拌樁設(shè)計參數(shù)及施工部署

采用φ850 mm@600 mm三軸攪拌樁，套打一孔連接。采用42.5 R普通硅酸鹽水泥配漿，水泥摻入比20%，水泥摻入量每根φ850≥180 kg/m，水灰比1.5～2.0，攪拌樁28 d齡期無側(cè)限抗壓強度≥1.0 MPa。鉆桿下沉速度0.5～1.0 m/min，提升速度1～2 m/min。施工中采用跳打施工和兩攪兩噴，噴漿壓力控制在0.5～0.8 MPa，并以現(xiàn)場試樁取得具體施工參數(shù)[1]。

2.1.2 三軸攪拌樁施工管控措施

1）施工前組織各參建復(fù)核三軸攪拌樁坐標。

2）施工過程應(yīng)隨時檢查水泥標號、水泥漿配合比、噴漿壓力、鉆桿下沉和提升的速度、樁深、垂直度等。

3）不定期抽查施工記錄。

2.1.3 地下連續(xù)墻設(shè)計參數(shù)及施工部署

1）地下連續(xù)墻的混凝土設(shè)計強度等級為C30，抗?jié)B等級為P8，施工時混凝土的強度等級應(yīng)提高一級配制。

2）槽段應(yīng)符合下列要求：①槽段長度（沿軸線方向）允許偏差為±50 mm；②槽段厚度允許偏差為±10 mm；③槽段深度允許偏差為±100 mm；④槽段垂直度出現(xiàn)偏差限度為1/300。

2.1.4 地下連續(xù)墻施工管控措施

1）地下連續(xù)墻施工過程中，應(yīng)隨時檢查成槽的垂直度和泥漿濃度，避免槽段踏孔。

2）成槽過程中，地鐵側(cè)20 m范圍內(nèi)不得進行爆破、擠土、沖孔等作業(yè)。

3）參與監(jiān)理驗槽工作，復(fù)核槽段深度及入巖深度復(fù)核是否與設(shè)計圖紙和超前報告相符。

4）督促施工單位做好工序銜接，終孔后及時吊放鋼筋籠，并限時完成混凝土澆筑，防止閑置時間長造成踏孔[2]。

2.2 雙排袖閥管注漿保護措施

基坑及地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)范圍設(shè)置雙排袖閥管注漿，對基坑及地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)范圍土體進行加固。

2.2.1 袖閥管注漿施工技術(shù)參數(shù)

1）袖閥管施工方法：①鉆孔，孔直徑100 mm，采用優(yōu)質(zhì)泥漿固壁，成孔困難地層采用套管護壁，成孔深度33.5 m；②插入袖閥管，應(yīng)使袖網(wǎng)管位于鉆孔中心；③澆注套殼料，用套殼料置換孔內(nèi)泥漿，澆注時應(yīng)避免套殼料進入袖閥管內(nèi)；④灌漿，待套殼料具有一定強度后，在袖閥管內(nèi)放入雙塞的灌漿管進行灌漿。

2）注漿參數(shù)：①注漿鉆孔成孔直徑：φ100 mm；②油套注漿管：硬質(zhì)塑料管φ50 mm（承受壓3 MPa）；③油網(wǎng)管注漿孔距（水平）1 500 mm ；④水灰比 ：0.60～1.00 ；⑤注漿量：150～200 kg/延米（注漿分兩次進行）；⑥注漿速度：10～20 L/min（每次間隔≥12 h）；⑦注漿壓力：0.5 MPa。

2.2.2 袖閥管注漿施工管控措施

1）施工前組織各參建復(fù)核袖閥管注漿孔位坐標。

2）因袖閥管布置于隧道10 m范圍內(nèi)，注漿施工對相鄰地鐵結(jié)構(gòu)和運營安全風(fēng)險較大。注漿施工須在地鐵停運后進行，參建單位需安排人員值班全程旁站管控。

3）袖筏管注漿加密監(jiān)測頻率2 h/次，監(jiān)測成果及時發(fā)送至袖筏管注漿溝通群，指導(dǎo)注漿施工。

4）施工過程應(yīng)隨時檢查水泥標號、水泥漿配合比、噴漿壓力、注漿管提升的速度、孔深。

2.3 設(shè)置降水井和回灌井

基坑內(nèi)設(shè)置降水井，基坑周邊設(shè)置回灌井。降水過程中應(yīng)遵循按需降水的原則，若基坑開挖過程中出現(xiàn)局部突涌、地下水量較大的情況，可開啟局部降水井。若基坑開挖過程中未出現(xiàn)突涌，則不需降水，僅作為觀測井。降水深度為基坑開挖面以下0.5 m，降水過程中應(yīng)遵循按需降水的原則。降水深度為基坑開挖面以下0.5 m；降水井按間距25 m左右布置，實際施工應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場抽水試驗確定降水井的數(shù)量和位置。

加強對基坑水位監(jiān)測，降水過程中若監(jiān)測發(fā)現(xiàn)基坑外水位明顯降低，應(yīng)采取回灌等措施。在地下水控制措施中，應(yīng)對基坑周邊環(huán)境控制過程中地下水位的變化給出預(yù)測，并在施工時進行檢測，當基坑降水對周邊建筑物或地下管線產(chǎn)生過大影響時，可利用回灌井點進行回灌。

3 基坑開挖對地鐵采取的保護措施

土方開挖施工若未遵循分區(qū)、分塊、分層、對稱、限時原則就易出現(xiàn)增大基坑變形的情況，從而影響地鐵結(jié)構(gòu)安全。所以需要優(yōu)化出土方案，以下為項目出土施工部署及施工要求，必須遵循分區(qū)、分塊、分層、對稱、限時原則。

該工程基坑土石方開挖最大深度為22.9 m。因基底巖層為花崗巖殘積土存在遇水軟化情況，土方開挖完成后需立即施工墊層[3]。

3.1 土方開挖施工概況

3.1.1 豎向支撐分布情況

工程基坑西側(cè)共有4道內(nèi)支撐，上下層間距為6.5、4 、4.25 m，東側(cè)共有3道內(nèi)支撐，上下層之間間距6.5 m。

3.1.2 出土口設(shè)置

設(shè)置兩個出土口，前期出土使用一區(qū)出土口，土方開挖前期優(yōu)先施工二區(qū)出土口兩側(cè)內(nèi)支撐，待內(nèi)支撐施工完成后回填修出土坡道，二區(qū)出土口出土坡道完成后轉(zhuǎn)移至二區(qū)出土口出土。

1）二區(qū)出土口坡道回填后開挖一區(qū)剩余土方，出土坡道開挖時，采用一臺PC300長臂挖機配合出土。出土坡道寬3.5 m，坡度為1：4，出土坡道兩側(cè)采用分級放坡，若坡道高＜5 000 mm按1：1放坡，若坡道高≥5 000 mm部分按1：1.5放坡，中間留設(shè)500 mm寬平臺，出土坡道投影長度＞90 m，基坑周邊場地施工時硬化處理。

2）一區(qū)土方開挖完成后進行二區(qū)土方開挖及出土坡道收坡，中間土方收坡完成后進行第三道撐施工，待第三道撐施工完畢后進行剩余土方坡道收坡出土。

3.2 土方開挖順序

工程土石方開挖順序流程如下：①第一層土方開挖由東向西開挖，優(yōu)先施工東側(cè)二區(qū)出土口處支撐梁，隨后整體開挖至第一道支撐梁底標高處，完成第一道支撐施工，出土口位于西側(cè)一區(qū)；②第二層土方開挖由東向西開挖，優(yōu)先施工東側(cè)二區(qū)第二道支撐梁，使用西側(cè)一區(qū)出土口，隨后西側(cè)一區(qū)開挖至第二道支撐梁底標高處，完成第二道支撐施工，同時回填東側(cè)二區(qū)出土坡道，最后使用東側(cè)二區(qū)出土口出土；③第三層土方開挖由西側(cè)向東側(cè)開挖，開挖至第二道支撐梁底標高處，同時開挖修整出土坡度，施工第三道支撐；④第四層土方開挖由西向東開挖，施工西側(cè)第四道支撐后，開挖至底標高處，再沿坡道退挖，然后完成施工東側(cè)第三道支撐，支撐施工完成后收坡出土，最后剩余土方采用抓斗配合小挖機進行土方轉(zhuǎn)運[4]。

3.3 土方開挖施工管控措施

1）開挖前，應(yīng)做好降水試驗，確定地下連續(xù)墻的止水效果，以及要保證攪拌樁與連續(xù)墻要相貼緊密貼不可出現(xiàn)透水現(xiàn)象，還要確保圍護結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量，如出現(xiàn)滲漏，采取有效的止水措施，及時進行封堵。

2）基坑開挖時，應(yīng)嚴格按照審批后的開挖方案進行施工，同時遵循先撐后降、先撐后挖、分層降水、分層分塊開挖、及時封閉的原則。當開挖至基坑底設(shè)計高程時應(yīng)連續(xù)施作，避免因基坑長時間暴露增加地鐵安全風(fēng)險。

3）督促施工單位嚴格控制地下水位下降幅度，同時檢查設(shè)計方案中回灌井布置及相關(guān)技術(shù)要求的合理性，必要時采取回灌措施。如需回灌，過程中必須保證基坑內(nèi)地下水位能滿足基坑開挖的實際需要，采取抽灌結(jié)合等技術(shù)措施。既要保證不因抽水過深引起地面明顯沉降，也不發(fā)生抽水過淺危及坑底安全的情況，還要采取防止涌砂、塌孔的技術(shù)措施避免土層松動，保持邊坡穩(wěn)定。

4）督促施工單位對地下連續(xù)墻露筋情況及時鑿毛使用高壓水清洗后砂漿抹平處理，對鼓包現(xiàn)象及時鑿除修平，防止地下連續(xù)墻滲漏水。

5）基坑嚴禁長時間暴露，開挖至基底標高時應(yīng)在24 h內(nèi)完成墊層澆筑。

4 復(fù)合地基基礎(chǔ)

基坑開挖到基底設(shè)計標高，具備微型樁和錨桿施工條件后，在基坑內(nèi)進行相關(guān)施工。地基基礎(chǔ)采用復(fù)合地基基礎(chǔ)，采用永久性抗拔錨桿和微型樁相配合。永久性抗拔錨桿數(shù)量為482根，孔徑200 mm，進入中風(fēng)化巖≥1.8 m，錨桿長度9～15 m；地基處理微型樁樁徑200 mm，進入中風(fēng)化巖≥0.5 m，有效樁長6～10 m，共計1 658根。

4.1 微型樁和錨桿施工管控措施

1）土方開挖至基底前預(yù)留500 mm厚土方，及時硬化，抗浮錨桿和微型樁在硬化層施工。防止花崗巖殘積土遇水易崩解，基底軟化造成基坑變形，引發(fā)地鐵結(jié)構(gòu)變形。

2）浮錨桿和微型樁成孔過程中需要密切關(guān)注是否存在冒水、涌水情況，有則及時采取措施處理，防止地下水大量流失。

3）加大投入，加快抗浮錨桿和微型樁施工進度，為盡快完成底板施工提供條件，以保障地鐵結(jié)構(gòu)和基坑安全[5]。

5 結(jié)語

由于花崗巖殘積土遇水易崩解，處于不良地質(zhì)花崗巖殘積土層的深基坑施工對地鐵結(jié)構(gòu)及運營存在較大安全風(fēng)險。對此，本文結(jié)合案例項目建設(shè)過程遇到不利情況提出建議，為外部項目前期審案和項目實施過程管控提供參考。

1）地下連續(xù)墻外側(cè)設(shè)置一排護槽壁攪拌樁改為地下連續(xù)墻兩側(cè)各設(shè)置一排攪拌樁，有利于成槽過程坍塌風(fēng)險控制和地下連續(xù)墻垂直度控制，防止相鄰兩幅地下連續(xù)墻開叉漏水。

2）地基基礎(chǔ)采用樁+承臺，使得基樁在地面實施，可以有效控制封底時間。

3）基坑周邊設(shè)置回灌井，明確采用帶壓回灌，對周邊地下水補充效果更好。

4）基坑及地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)范圍設(shè)置雙排袖閥管注漿，對基坑及地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)范圍土體進行加固?；忧皩嵤┳{加固土體，提前擾動土體造成地鐵結(jié)構(gòu)變形，建議先埋設(shè)注漿管，以便開挖過程中地鐵結(jié)構(gòu)出現(xiàn)異常時及時啟用。

參考文獻

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[5] 張敏燕.建筑基坑施工防護技術(shù)探究[J].磚瓦，2022（1）：149-151.

[作者簡介]楊貴波（1981—），男，廣東普寧人，本科，工程師，研究方向：基坑工程與地鐵保護。