高铁保护区深基坑分期修建技术研究

2019-03-08

天津建设科技 2019年6期

由于高铁隧道对变形控制要求较高，高铁保护区内基坑变形管控严格，导致高铁隧道附近的建设工程施工难、验收难、保护难，因此对高铁隧道附近的工程建设提出了较高要求[1]。基于此，本文提出将高铁隧道附近的建设工程沿高铁保护区分界线划分为二期开发的方法，探讨分期施工基坑支护、降水及土方工程，以达到减少施工过程中地下高铁隧道的变形量、保证基坑工程施工安全的目的。

1 工程概况

天津滨海万达广场位于天津市滨海新区，总建筑面积16.3万m2，高铁保护区内地下1层，其余位置地下2层，地上33层，钢筋混凝土钻孔灌注桩+防水板地基基础。项目邻近津滨高铁隧道。隧道顶位于现地表下10.5～14.5 m，直径11.6 m，底端位于现地表下22.1～26.1 m。项目南侧地下室外墙距离高铁隧道线约为20.0～24.0 m。基坑施工过程中，将整体工程沿高铁保护区分界线分为两期实施。

2 分期施工情况

高铁保护区外基坑为一期工程，先行施工。一期基坑面积约19 000㎡，周长570 m，场地自然地坪标高为大沽标高2.000 m，基坑底标高为大沽标高-7.500 m，基坑普遍开挖深度为9.5 m。基坑周围采用三轴搅拌桩止水帷幕止水，围护结构采用钻孔灌注支护桩和一道水平支撑体系，支撑体系采用2道对撑和4个环撑组合而成[2]。见图1。

图1 一期施工工艺布局

高铁保护区内基坑为二期工程，待一期工程施工完成并稳定后再进行。二期基坑面积约6 222 m2，周长448 m，场地自然地坪标高为大沽标高2.000 m，基坑底标高为大沽标高-3.050 m，基坑普遍开挖深度为5.05 m。基坑周围采用三轴搅拌桩止水帷幕止水，基坑围护结构采用钻孔灌注支护桩和一道水平支撑体系，支撑体系采用2道对撑和保护区外支撑、结构组合而成。见图2。

图2 二期施工工艺布局

3 分期修建技术方案

3.1 降水

3.1.1 细化施工

在编制降水施工方案时对降水引起的土体形变进行细化分析，降水井的布置数量及布置位置应与现场实际情况相结合。根据降水井、观测井、回灌井的数量及位置进行降水施工方案编制，包括井口的施工机具选择、人员配备；井口的施工顺序；降水井作业管理；降水井的保护措施等方面。见图3。

降水开始前，需对基坑内外水位及周边环境进行全面的监测，以确保降水效果并及时掌握降水对周边环境的影响情况。在降水开始前应做好井点和管路的清洗和检查工作，如发现问题及时处理，防止“死井现象”的发生。降水单位在基坑开挖期间应每天测报抽水量及坑内地下水位。

图3 基坑降水井、回灌井结构剖面

3.1.2 高铁保护区内回灌工艺及技术要求

为减小高铁保护区内降水过程对基坑外水位的影响，高铁保护区内设置回灌设施。在坑外基坑围护结构与隧道之间设置一定数量的承压水回灌井，在基坑坑内降水期间坑外进行针对承压水的自动无压回灌，确保坑外承压水水位不下降。考虑基坑自身风险，在坑外布置观测井，及时掌握坑内降水对坑外水位的影响。为减少降水对坑外环境的影响，降水运行控制期间，严格执行“分层降水、按需降水、动态调整”的原则，尽量减小坑外水位下降对环境的影响。同时坑内降水严格与基坑土方开挖相对应，做好分层、分区域降水。

回灌分加压回灌和无压回灌两种，两种回灌工艺的设备完全不同，需要结合地层特点以及根据现场实际情况进行设备的选取。回灌井的回灌量与含水层的渗透性有密切关系，在不同渗透性能的含水层中，井的回灌量差别很大。为了保持一定的回灌量，渗透性好的含水层，井中的回灌水位较小；反之渗透性愈差，井中所需的回灌水位就愈高[3]。

回灌过程中加强监测，一旦发现无压回灌不能满足要求时，可结合实际情况，采用加压回灌。

采用抽灌一体化的整体回灌理念。坚持同灌同抽原则，基坑内开始降水，坑外即同时开始回灌。回灌井内水位下降幅度超过10 cm回灌自动启动，水位超过初始水位10 cm时回灌自动终止。水位回灌采用专业设备自动控制，始终保持回灌井水位在初始水位±10 cm范围内；同时人工辅助巡视，发现问题及时反馈并进行调整。

主要以基坑内抽水井的地下水作为回灌水，地下水必须经过滤处理后方可进行回灌使用；坑内地下水不能满足要求时，可考虑利用自来水[4]。

3.1.3 回灌技术的优点

采用分期降水措施，在高铁保护区内基坑围护结构与隧道之间设置一定数量的承压水回灌井，保证在基坑降水期间不对止水帷幕外的地下水位产生影响，最大限度避免因水位变化、水压变化导致的高铁隧道位移。

3.2 支撑分期施工交接位置处理方法

保护区内支撑与保护区外交接部位在对应保护区外原冠梁上方增加连接冠梁，采用植筋方式进行连接，同时增设钢筋混凝土传力杆，与保护区外地下结构相连接。

在保护区外地下顶板梁结构施工时，按照传力杆对应位置结构梁配筋预留钢筋，待保护区内支撑施工时与保护区内冠梁钢筋相连接。

3.3 分期施工土方开挖方法

高铁保护区内外土方分期开挖，在保证施工进度的同时，缩小了对高铁隧道产生影响的土方开挖体量，配合高铁保护区内土方开挖采取纵向分区、分段开挖的方法，最大限度减小因土方开挖、土体侧压力减小产生的土体扰动。同时因为开挖面积减小，基坑支护的刚度相对变大，可以更有效防止基坑外土体变形，进而保证高铁隧道偏移不超过限定值。

3.3.1 一期开挖

采取常规方式，冠梁、支撑施工完毕且混凝土强度达到100%后，基坑降水至基底0.5 m以下，降水井施工完毕持续降水8 d左右。进行土方开挖施工，首先沿基坑周圈开挖土方，从基坑边向圆环中挖运，在支撑周边掏挖出较大空隙，满足挖机进入支撑下部，将土方向外侧翻运；最后采用长臂挖机掏挖支撑下土方。

3.3.2 二期土方开挖

采取分区、分段开挖的方法，与降水相结合。例如，开挖一区时，启动一、二区降水，开挖二区时，启动二、三区降水，以此类推。见图4。

分区开挖主要目的是减少大面积降水对高铁隧道沉降的影响。同时进行支护外高铁隧道一侧的降水回灌施工，保持回灌井水位在初始水位±10 cm范围内。

图4 保护区内开挖降水对应关系

4 分期施工的优越性

该项目整体基坑开挖面积约2.5万m2，开挖方量大、周期长，基坑变形控制难度较大，难以控制对高铁隧道偏移量的影响。通过高铁保护区内外分区开挖的方式，将高铁保护区内的基坑作为二期，在一期基坑及地下室施工完成后再进行施工，将影响高铁隧道的基坑面积缩小为6 222㎡。开挖方量小，施工周期短，基坑变形较容易控制；同时对高铁隧道偏移量的影响较小，易对偏移进行修正。