某引发地铁隧道变形的深基坑抢险复工设计

2014-07-25林作忠

铁道勘察 2014年4期

关键词：管片围护结构基坑

林作忠

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉 430063)

某引发地铁隧道变形的深基坑抢险复工设计

林作忠

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉 430063)

位于即将开通运营某地铁线路一侧的商务中心大型基坑采用桩锚支护形式。由于基坑大范围开挖至基底，围护结构产生了较大位移，导致临近的地铁盾构隧道发生了严重变形。为了保证隧道的安全，立即对基坑进行了回填土反压处理。通过监测，在明确隧道的变形和基坑的位移趋于稳定后，设计方编制了基坑的抢险复工方案，施工方根据该方案，采取了分块开挖的方式，完成了商务中心地下室结构的施工。隧道的后续变形控制在设计方提出的建议值之内，隧道管片经过加固处理后能够继续使用。

严重变形；回填土反压；分块开挖；抢险措施

1 工程概况

某商务中心基坑包含该商务中心的四层地下商场及车库，场地位于某市东南部新区，距市区中心约26 km。场地东邻正在开发地块，北侧为空地、南及西侧均为市政道路，该市轨道交通1号线区间隧道位于西侧道路正下方。本项目对应基坑开挖面积约23 958 m2；基坑支护周长约639 m，按勘察现状地面高程计算，基坑周边开挖深度13.70～20.50 m，其中基坑西南角深度较大，西北角深度较小(图1)。

图1 某商务中心基坑平面

2 围护结构设计概况

基坑深度范围内从上往下依次分布有填土、粉质黏土、粉细砂、粉砂、砾砂、泥炭质土等土层，地下水位为地面以下4～5 m。

基坑的支护形式结合现场的实际情况进行选择：基坑北侧和东侧现场有放坡条件，采用复合土钉墙进行支护；基坑的西侧和南侧，采用“顶部放坡+旋挖灌注桩+预应力锚索”的支护方案，放坡段根据基坑场地条件以及土层情况的不同，采用不同的坡率以及平台宽度。当顶部放坡空间有限时，采用长螺旋灌注短桩和人工挖孔短桩进行加固。由于基坑西侧临近地铁隧道，南侧是刚刚竣工的市政道路，在围护桩外侧设置了落地止水帷幕，以确保基坑开挖过程中的环境安全(图2)。

图2 某商务中心基坑围护剖面(单位：mm)

3 基坑应急处理措施

基坑大面积开挖至基底时，业主方要求增加地下室的高度，基坑的实际开挖深度比原设计加深了1 m，基坑最深处为21.5 m。7月份正值该地区雨季，连日下雨，大片底板未能及时浇筑，基坑暴露时间长，基坑西侧尤其是南角的围护结构出现较大变形。

根据现场了解，该商务中心基坑分别出现两次较大变形，第一次变形较大的时间为7月11日，变形较大部位位于基坑中部靠近西南角，施工方采取了应急措施，回填了部分反压土；第二次基坑出现较大变形时间为7月17日，基坑西北侧出现了滑坡。基坑出现较大变形，与大面积开挖有关，同时也与基坑超挖有关(比原设计加深1 m)。

7月25日下午，地铁方施工人员对该商务中心基坑事故区域的区间隧道进行巡视时发现：编号222、234、235、236、238的管片左侧拱腰位置出现碎裂裂纹，裂纹位置位于隧道东侧，呈南北走向，裂纹最大宽度约2 cm(编号238管片)。同时，管片表面出现较多的混凝土脱落现象，情况危急。该区间隧道已于此前一年7月10日贯通，同年12月移交铺轨单位施工，隧道移交前，隧道防水堵漏、断面测量等工作均按设计要求完成。在管片开裂之前，各工序工作基本完成，已经具备试通车条件。

地铁试运行在即，突然出现了严重的变形和开裂，轨道公司、相关主管部门、隧道施工单位高度重视，立即召开专家讨论会，分析得出隧道的严重变形是由于该基坑大面积开挖和超挖产生的侧向变形引起的(图3)，围护桩发生较大的侧移，桩后土体也随之发生了侧移，桩锚体系的侧移导致区间隧道管片两侧土体压力失衡，隧道管片处于偏压状态，产生了水平位移和竖向位移，隧道出现较大开裂。轨道公司、相关主管部门责成商务中心地产方立即启动应急预案，停止底板施工，并对基坑西侧进行回填土反压处理，同时地铁隧道施工方立即对出现严重开裂的隧道管片增加了钢托架，以控制管片的变形，同时加强了商务中心基坑的监测和管片的变形监测。

图3 商务中心基坑与隧道位置关系

回填反压后，对基坑及隧道管片进行了连续一周的加密监测，二者的变形均趋于稳定。在此期间，轨道公司委托某高校对变形严重的隧道管片进行了检测和鉴定，给出的意见是隧道管片经过加固可以继续使用，但变形已经达到临界状态。相关主管部门向商务中心地产方下达了停工令，防止任何未经许可的取土行为，以确保地铁隧道的安全。

4 基坑复工方案

4.1 复工方案的提出

在回填反压处理之后，商务中心地产方为赶工期继续进行基坑中部和西侧的土体开挖以及地下室结构的施工，在相关主管部门的严密监察下才未对反压土进行取土。当时面临的一个问题就是地铁要保证如期试运行，而商务中心地下室的后续施工又必须涉及到再次取土的问题。

根据收集到的现场资料以及基坑的原设计文件，我方针对目前的开挖现状做了围护结构的验算。结果显示，在基坑普遍超挖1 m的条件下，围护结构的整体稳定性、坑底抗隆起勉强满足设计规范要求，计算所得到的围护结构水平位移值较原设计大，超挖条件下，桩锚支护体系的围护结构水平位移难以得到有效控制。

与隧道顺行的基坑西侧范围，是围护结构水平位移较大的范围，管片开裂最严重的几个环片也对应在这个范围内。

我方设计人员根据现场的监测数据提出了基于锚索未完全失效情况下的复工方案，大致思路是将影响隧道的顺行区域反压土体分成若干条块，并采取跳仓开挖的方式，对于每一仓的反压土，均采取分层取土的方法，分两次取土，第一次取土的深度不超过隧道的顶高程。取土完毕后，施做腰梁，并利用基坑中部已施工的结构底板设置斜向混凝土支撑，支撑以底板上的支墩和混凝土腰梁为支点。经过分析计算，混凝土支撑采用600X800、C30现浇混凝土支撑，水平间距约为8 m(与某商务中心地下室结构柱距大致保持相同，以方便结构施工)。混凝土支撑在结构回筑阶段考虑为不拆除支撑，支撑与即将施工的侧墙之间采用防水接头处理，结构施工完毕后予以割除。对应于本方案，设计方提出，在后续抽条挖取反压土时，围护结构的新增水平位移控制在15 mm以内，同时要求隧道管片监测与基坑变形监测进行联测，并做到监测结果相互反馈和共享。在围护结构新增水平位移15 mm以内的条件下，结合高校出具的管片检测报告和建议，设计方提出的盾构隧道管片的新增变形不得超过10 mm。

4.2 复工方案的实施

在方案实施前，必须对复工方案作专家评审。9月11日，由相关主管部门组织召开了专家讨论会，专家针对我方提出的复工方案，主要提出以下意见：

①应全面调查基坑现状，尽快组织对现有支护结构(支护桩、锚索)进行必要的检测，设计应根据检测情况对现设计方案进行复核验算，以保证工程安全。

②应完善斜撑构造设计，保证桩-锚-撑整体受力体系的可靠性。

③应对现有止水帷幕有效性进行合理评估，尽快封闭渗漏点，鉴于本场地存在粉土、粉砂层，降水不当将可能形成流砂，现设计方案应补充完善对地下水的控制措施，以保证彩云南路坑边与地铁隧道之间地下水的稳定。

④应进一步完善监测方案，设置土体深层位移监测孔，并对变形速度和控制值提出要求。

⑤专家组原则上同意设计方提出的抢险复工设计方案，但应完善设计依据，按照相关规范要求，认真细化设计，对加固支护机构设计及隧道提出明确的预警值及控制值。

纵观专家组的意见，无疑都集中在确保隧道安全的基础上，但对于专家提出的要求对锚索进行检测的意见，设计方认为存在一定的难度，且没有必要性。针对目前的现状，最能反映现状问题的就是基坑和隧道的各项监测结果。如何检验围护桩和锚索是否失效或者一旦失效了，如何检验失效的程度，都不是现场检测实验能够准确得出的。对于专家提出的意见，设计方提出一个大胆的设想，即在顺行隧道的西侧反压土中部，拉开一条约为10 m的槽段，槽段直接拉到基坑底部，且不增加任何支撑，并对槽段范围内的桩及锚索进行位移监测和内力监测，而主要重点在围护结构的水平位移监测上。通过7天的连续监测，发现新增的位移约为5 mm，隧道新增的变形约为4 mm，且趋于稳定。由此，设计方判断，桩锚体系并未失效，采取增加腰梁和混凝土支撑的补救措施，能够满足再次取土时围护结构以及盾构管片的变形要求。

9月19日，施工现场开始复工，进行西侧的取土作业。在此之前，设计方就复工方案的要点和注意事项等内容向施工方进行了详细交底并要求施工方严格遵照执行，同时施工单位必须根据复工方案编制详尽的应急预案，确保隧道的安全。

首先实施的就是拉槽的区段，经过一周左右的时间，该区段的地下室结构基本施工完毕，在基坑西侧中间位置形成了强有力的板撑(图4)。以此段支撑为分界，向基坑南侧和北侧同时进行跳仓开挖，分层取土，施做混凝土支撑，同时加强隧道和基坑的监测，并将二者的监测进行连动比较。监测结果反映，采用设计方提出的分块分层开挖土体并增加混凝土支撑的方案，实施过程中基坑围护结构水平位移和隧道管片的变形均满足设计方提出的控制值，整个施工过程得到了较好的把控。经过约2个半月的施工，顺行地铁隧道的西侧基坑部分地下室结构全部完成，既满足了该商务中心的工期要求，也保证了地铁的顺利试运行，取得了良好的社会效益。

图4 基坑抽条开挖施工过程

5 结束语

某商务中心桩锚支护基坑，由于基坑大范围超挖，围护结构产生了较大水平位移，导致临近的地铁盾构隧道发生了严重变形。为了保证隧道的安全，立即对基坑进行了回填土反压处理。通过监测，在明确隧道的变形和基坑的位移趋于稳定后，设计方编制了基坑的复工方案并通过了专家评审。施工方根据该方案，采取了抽条开挖的方式，完成了商务中心地下室结构的施工，同时隧道的后续变形控制在设计方提出的建议值之内，既保证了某商务中心的工期，又满足地铁开通试运行的条件，是一次成功的基坑病害整治过程，收到了良好的效果，可为今后同类工程提供参考和借鉴。

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LIN Zuo-zhong