城市复杂环境下深基坑微扰动施工控制研究

冯 雷

(上海沪申高速公路建设发展有限公司，上海 200335)



城市复杂环境下深基坑微扰动施工控制研究

冯 雷

(上海沪申高速公路建设发展有限公司，上海 200335)

结合上海市北横通道筛网厂段明挖基坑工程，从MJS门式加固、SMW工法桩、坑底及坑外三轴加固、“弹钢琴”法施工四方面，研究了城市密集空间复杂环境下地下结构微扰动施工的保障技术，为今后类似工程提供参考。

微扰动施工技术，复杂环境，MJS工法，基坑

0 引言

随着上海地区城市地下空间高速开发及地铁隧道网络日渐完善，城市地下结构密集程度越来越高，这给新建地下结构带来了日益严峻的考验。上海地层为典型的深厚软土，地下空间土体开挖会引起周围地层移动，严重威胁周围结构安全。许多新建地下结构需要紧邻既有地下结构施工，需减小对既有结构的扰动，保证施工安全，对新建结构施工技术和工艺提出了更高的要求[1-6]。

本文结合上海市北横通道筛网厂段基坑在城市密集空间复杂环境下开挖工程，研究了此类环境下地下结构微扰动施工的保障技术，为类似工程的施工建设提供技术支撑。

1 工程概况

北横通道是中心城区北部东西向小客车专用通道，服务北部重点地区的中长距离到发交通，是三横北线的扩容和补充。北横通道西起北虹路，东至内江路，贯穿上海中心城区北部区域，全线经长宁路→长寿路→天目西路→海宁路→周家嘴路，向西接北翟快速路，向东接周家嘴路越江隧道，长约19.1 km。

筛网厂段工程是北横通道工程的重要节点之一，基坑开挖深度最深13.1 m，与地铁13 号线小角度斜交，基坑开挖卸载比大于0.5的长度范围达到110 m。工程采用明挖顺筑法施工，围护结构与隧道距离最近处仅1 m净距，部分区段围护骑跨在隧道上方。

表1 土层物理力学性质

土层名称γkN/m3Es0.1-0.2MPa固接快剪c/kPaφ/(°)①1杂填土②0粘质粉土18.27.00928.5②1粉质粘土18.34.362018.5③淤泥质粉质粘土17.63.771222.0③夹粘质粉土18.610.13630.0④淤泥质粘土16.92.461411.5⑤1粉质粘土18.24.371719.0⑤4粉质粘土19.97.255118.0⑥粉质粘土19.76.804917.0⑦1砂质粉土18.711.03333.0

基坑上跨13号线段由于隧道上方卸载将对地铁13号线产生一定的扰动。对于卸载比大于0.5的区段采取“化整为零”的思想将基坑分为11个小仓，进行“弹钢琴”施工。基坑开挖工程平面示意图如图1所示。

根据工程地质勘察报告，场地90 m以内分布的土层自上而下可划分为九大层及若干亚层和透镜体夹层。根据上海地区的工程实践，本场地环境类型按Ⅲ类考虑。地基土的构成与特征见表1。

2 微扰动施工控制关键技术

对于城市密集空间复杂环境下的新建地下结构施工，尤其是上跨既有地铁隧道的明挖基坑工程，首要任务是减小施工过程中的扰动，确保周边结构的安全。

2.1 MJS门式加固

MJS工法采用独特的多孔管和前端强制吸浆装置。施工过程中可控制吸浆孔的开启大小，调节泥浆排出量达到控制土体内压力的目的。MJS工法可避免出现挤土效应，大大减少了地基加固施工中出现地表变形、建筑物开裂、构筑物位移等风险，大幅度减小对环境的影响，有效减少对13号线隧道的扰动。

以往的深基坑大跨度上穿运营地铁隧道的研究案例表明，在开挖深度5 m左右而卸荷比为0.5～0.6的条件下，隧道的隆起量接近10 mm。本工程明挖上跨地铁13号线基坑开挖最深深度约为13 m，卸荷比为0.7，为降低对13号线的影响，在13号线隧道上方及两侧进行全断面MJS高压喷射注浆“门式”加固。门腿的宽度均为3 m，顶部盖板的厚度为3 m，围护插入比不足段MJS加固至坑底，厚度约为5.3 m，加固剖面如图2所示。

2.2 SMW工法桩

本工程基坑围护全部采用SMW工法桩。上跨13号线段基坑采用φ1 000@750 mm的SMW工法桩围护，其余采用φ850@600 mm和φ650@450 mm的SMW工法桩围护。SMW工法桩采用套孔施工，以形成连续的挡土墙，然后在孔中插入型钢。由于本工程SMW工法桩深度最深29 m、最浅8 m，深度范围较大，根据以往施工经验，超过20 m的型钢插入难度较大，因此1仓～11仓采用套打2孔的方式，确保每个气孔复搅一次，其余采用常规套打方式。1仓～11仓基坑工法桩套打如图3所示。

2.3 坑底及坑外三轴加固

施工中，部分仓采用坑底满堂加固施工，加固工艺采用三轴搅拌桩，桩径38φ850@600 mm，加固范围为坑底至坑底以下4 m。对于13号线上方围护插入比不足段，对其坑外进行必要的补强加固，在坑外紧贴围护结构的一定范围内进行三轴搅拌桩加固，桩径φ850@600 mm，加固范围为地面至坑底以下4 m，加固剖面如图4所示。

2.4 “弹钢琴”法施工

根据穿越隧道基坑变形控制中“利用时空效应和隧道刚度”的原理，考虑“充分利用并加强隧道抗隆起能力”和“减小单次开挖的卸荷量和暴露时间”两个方面因素，在基坑分区开挖时，各区块之间设置封堵墙。基坑开挖时采用分小条分小幅的“弹钢琴”开挖工艺，减少13号线上方土体卸载量并严格控制土体卸载的自由暴露时间，通过在已浇筑的底板上进行压载，产生压重作用，减少13号线上浮的可能性。综合现场实际情况，“弹钢琴”施工的11仓基坑分2阶段实施，第1阶段施工1仓～5仓，第2阶段施工6仓～11仓。第1阶段施工中结合管线搬迁的实际情况，5个小基坑开挖和结构施工顺序为1仓→3仓→2仓→5仓→4仓，第2阶段6个小基坑开挖和结构施工顺序为7仓→9仓→11仓→6仓→8仓→10仓，见图5。

3 结构变形的控制效果

实际施工中采用MJS门式加固，SWM工法桩，三轴旋喷加固等工艺和优化的“弹钢琴”施工方法控制基坑开挖对周围结构扰动的影响。现场实测结果表明所采用的工艺工法能够有效控制基坑施工周围结构的扰动。

由于基坑开挖工程对环境影响的控制因素为13号线地铁隧道，所以监测项目主要针对13号线地铁隧道结构。MJS门式加固地基加固完成后地铁隧道结构的变形情况如图6所示。基坑开挖施工过程中地铁隧道结构变形情况如图7所示。根据地铁运营要求，基坑开挖过程中隧道结构变形不超过10 mm。

4 结语

针对上海北横通道在城市密集空间复杂环境下的筛网厂段基坑工程上跨地铁13号线隧道施工问题，提出了结合MJS门式加固，SMW工法，三轴旋喷加固的优化“弹钢琴”式微扰动施工方法，成功运用于实际工程并取得了预期效果。利用SMW工法桩将明挖基坑分为若干个小基坑，小基坑采用跳仓和分层开挖方式。结合MJS门式加固，大面积搅拌桩地基加固以及地铁隧道的隔离桩和抗拔桩等工程措施，解决城市密集空间复杂环境条件下大型基坑开挖过程中近距离地铁保护关键微扰动施工技术问题。现场测试结果表明地铁隧道的隆起量以及周围其他结构的变形都被控制在安全范围内。研究结果可为今后软土地区城市密集建筑中深基坑的工程设计和施工提供有价值的参考和借鉴。

[1] 朱合华，丁文其，乔亚飞，等.盾构隧道微扰动施工控制技术体系及其应用[J].岩土工程学报，2014,36(11):1983-1993.

[2] 肖 扬.微扰动法施工紧邻浅埋地铁隧道的钢套管施工技术[J].铁道建筑技术,2013(9):84-87.

[3] 戴仕敏.土压平衡盾构上穿运营中地铁隧道上浮控制[J].地下空间与工程学报,2011(S1):1459-1464.

[4] 陈 宝,徐胜文,彭芳乐，等.下穿越工程施工微扰动评价指标试验研究[J].岩石力学与工程学报,2011(S1):2682-2689.

[5] 陈丹锡.盾构近距离穿越危房的微扰动控制技术研究[D].上海：同济大学,2008.

[6] 张 强.开挖卸荷下既有地铁隧道的竖向变形及其控制研究[D].北京:北京交通大学,2012.

On construction of weak perturbation of deep foundation pits under urban complicated environment

Feng Lei

(ShanghaiHushenExpresswayConstructionandDevelopmentCo.,Ltd,Shanghai200335,China)

Combining with the open excavation foundation pit project of the section of Shanghai Bolting Cloth Factory of the North Horizontal Passage in Shanghai, the paper researches the guarantee technique for the weak perturbation construction of the underground structure in urban complicated environment from MJS consolidation, SMW construction pile, pit bottom, tri-axial consolidation out of pits, and “the piano playing” method, so as to provide some reference for similar projects.

weak perturbation construction technique, complicated environment, MJS construction method, foundation pit

1009-6825(2017)15-0062-02

2017-03-02

冯 雷(1983- )，男，博士,工程师

TU463

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