临近地铁的深基坑施工技术

2019-10-14周磊

山西建筑 2019年17期

周磊

(上海建工集团有限公司，上海 200080)

上海拥有发达的地下轨道交通系统，且仍呈现增长趋势。同时，其地下空间开发项目也逐年递增。临近运行地铁线(隧道)施工的地下空间项目也越来越多，轨交作为城市的交通生命线，其重要性不言而喻，因此充分考虑评估深基坑(群)施工可能对轨道交通造成的影响，并有针对性的采取有效措施减少不利影响显得尤为重要。况龙川[1]结合实际项目，通过实测数据分析了基坑施工中可对临近隧道产生影响的主要因素。戚科骏等[2]以上海临隧道施工基坑为研究对象，用有限元弹塑性分析法模拟分析了基坑开挖过程对隧道的影响，并通过实测数据验证了此方法的有效性，其结果也表明要减少相邻深基坑施工对隧道的影响，应合理选用施工开挖方案。王强[3]分析了敏感环境下邻近地铁施工深大基坑的实测数据，并用三维有限元对基坑施工过程中对隧道的影响进行了弹塑性分析。赵笑男[4]采用ANSYS研究分析了隧道与深基坑在不同相对位置情况下，深基坑开挖对隧道结构的水平、竖向位移影响规律。张伟[5]在紧邻地铁车站深基坑项目中成功实施了一体化施工技术，可对类似项目提供一定的参考和借鉴。刘卫未等[6]通过变形控制为主，辅以FLAC3D模拟安全评估以及信息化施工控制等多重手段相结合的方式，控制了基坑施工对地铁的影响。为满足设计施工和临近地铁的双向要求，根据工程地质和基坑特点，采取优化施工分段的方式，同时针对地铁保护的施工要求，采用合理的围护形式和支撑体系相结合，在本项目中进行了成功的应用，并取得了良好的经济效益和社会效益。

1 工程概况

提篮桥街道HK324-01地块综合开发项目位于上海虹口区89号街坊，北外滩的核心位置。一期规划的总建筑面积约22.6 m2，由1幢180 m高的办公楼，音乐剧剧院和主题商业中心构成的裙房以及聂耳旧居所组成。地上建筑面积约13.6万m2，其中计容建筑面积为126 704.6 m2，地下室共5层，地下总建筑面积约8.9 m2(不包含公平路地下空间)。

本工程地下室地下5层，近地铁侧局部地下2层，地下总建筑面积89 906.9 m2。±0.00标高为3.45 m。建筑BIM模型如图1所示。

本工程北侧地铁12号线(国际客运中心站至提篮桥站)区间隧道直径6.7 m，埋深约9 m，距离本工程基坑最近仅9.3 m，区间处于基坑挖深1倍影响范围以内。

拟建场地地下水类型有浅部土层中的潜水、中部土层(第⑦层)和深部土层(第⑨层)中的承压水。本工程地下室5层，基坑开挖深度约为25 m～27 m，浅部的潜水和第⑦层承压水均与本工程建设密切相关。

1)潜水。勘察期间所测得的地下水稳定水位埋深一般在0.95 m～1.62 m之间，相应标高在1.20 m～1.88 m之间，平均值为1.55 m。

2)承压水。本场地深部第⑦层和第⑨层是上海地区的第一、第二承压含水层，该两层承压含水层连通，根据上海地区的区域资料，第⑦层中的承压水埋深一般在3 m～12 m，低于潜水水位，并呈年周期性变化。

2 深基坑施工

2.1 围护结构

2.1.1地下连续墙

在保证基坑施工安全的前提下，充分考虑经济性，在不同的保护区域采用不同深度和厚度的地下连续墙。主要采用0.8 m,1 m,1.2 m厚地下连续墙，其中临近地铁侧地墙深度为30 m,32 m,34 m，其余地墙深度52 m,53 m,54 m,55 m,58 m，地下连续墙设计强度等级为水下混凝土C35，抗渗等级为P6。地墙共计159幅，其中1.2 m厚地墙共118幅。

2.1.2槽壁加固

本工程地下连续墙外侧槽壁加固采用TRD工法加固，以增强地墙外侧加固效果。TRD工法墙深30 m，厚度0.7 m，共分2段。地墙内侧采用φ850@600三轴水泥土搅拌桩槽壁加固(桩长30 m，搭接250 mm)；近地铁外侧采用双排三轴水泥土搅拌桩槽壁加固(桩长30 m,32 m，外排搭接250 mm，内排套打一孔)，近地铁内侧采用单排三轴水泥土搅拌桩槽壁加固(桩长30 m,32 m，搭接250 mm)。

2.1.3分坑施工

结合主体建筑功能分区及柱网布置，在基坑内部设置缓冲区，将基坑分成四个大区域进行实施。其中A区包含办公塔楼、商业裙楼及地下室，B区包含商业裙楼、剧院及地下室，C1，C2区包含商业裙楼、地下室及下沉式广场。

分坑流程，本工程挖土施工阶段根据基坑平面布置，分为A,B,C1,C2共4大区域，C1,C2分区设置主要是为了减少邻近轨交处基坑施工时间，最大限度保护基坑施工以及轨交的安全。各基坑均采用顺作法施工。除首皮土方退挖外，各层土方挖土均采用盆式开挖，先挖盆中心土方，盆边留土护坡，待支撑形成后，挖除盆边土。最后将临时隔断从上往下凿除，连接两侧地下结构梁板和基础底板，形成整个地下室结构[7,8]。

2.1.4支撑和栈桥

混凝土支撑：本工程A区基坑竖向共设置6道混凝土支撑，B区基坑竖向共设置5道混凝土支撑，C区设置4道支撑(首道混凝土支撑，其余3道均为钢支撑，钢支撑均带自动伺服系统)。C1,C2区垫层型钢支撑：设300厚C30素混凝土垫层，垫层内设H300×300×10×15型钢支撑、预加轴力300 kN。

2.1.5坑内的土体加固

采用三轴搅拌桩进行坑内加固，主要有：裙边加固、满堂加固、抽条加固，以对扰动的土体进行补强。采用高压旋喷桩进行局部深坑的加固以及坑内三轴搅拌桩加固体与地墙成槽预加固体间(或与地墙间)留有300 mm～500 mm空隙。部分深坑需要采用RJP旋喷加固。

2.2 降水工程

针对降水工程难点的施工对策，采用以下措施解决降水工程中的难点：

1)对于基坑开挖涉及的潜水含水层，由于被地下围护结构隔断，即隔断了潜水的水平补给来源，故在方案设计时可作为疏干降水井来完成降水工作。

2)对于第⑦层的承压水，其层顶最浅埋深为42.3 m，层底最深埋深为49.4 m。考虑到地下围护深度为52 m～55 m深入到第⑧1层粘土层中，完全隔断⑦层承压水，并切断了坑内第⑦层含水层水平补给来源，所以在第⑦层承压含水层布置泄压井直接将其压力释放、泄压。

3)对于第⑧2层微承压水，布置降压井和备用井进行降低微承压水的工作，防止基坑突涌的发生。在降压时遵循的原则：随着开挖深度加深逐步开启降压井，达到按需降水要求。

4)利用基坑内未抽水的观测井和基坑外观测备用井，加强水位观测，根据监测结果来指导抽水。

5)确保承压井的不间断工作，根据群井试验抽水出水量及观测井水位决定抽水速率，控制承压水头与上覆土压力足以满足开挖基坑稳定性要求，这将使降水对环境的影响进一步降低。为确保承压水降压井的供电不间断，施工现场应配置备用双电源。

A区基坑面积约7 257 m2，去除裙边加固面积约为1 618.2 m2，则实际疏干面积约为5 638.8 m2。

n=A/a井=5 638.8/180≈31.3,则拟定32口,其中裙房区域11口，深度32 m，塔楼区域21口，深度34 m。

B区基坑面积约10 072 m2，去除裙边加固面积约1 979.2 m2，则实际疏干面积约为8 092.8 m2。

n=A/a井=8 092.8/180≈44.9,则拟定45口,深度32 m。

C-1区和C-2区基坑坑底以上土体采取满堂加固，满足土方开挖要求,无需布井。

综上所述，疏干井77口，其中深度为32 m的56口，深度为34 m的21口。

2.3 基坑监测

根据本工程性质，确保监测结果能够指导基坑工程的信息化施工，基坑工程的安全和周边环境的保护达到要求，本次监测工作主要由围护体系监测和周边环境监测组成。

施工过程中，第二层土开挖到第二道撑完成，墙体测斜点CX7，变化位移-11.39 mm。第三层土开挖到第三道撑完成，墙体测斜点CX4，变化位移-26.69 mm。施工期间涉及“进博会”(约半月)施工暂停，判断第三道支撑施工完成后，不再进行第四皮土开挖施工，以免施工期间发生较大变形，测斜最大的监测点仍为CX4，达-29.52 mm，可见停工期间采取停工紧急措施比较有效。第四层土开挖到第四道撑完成，墙体测斜点CX7，变化位移-43.15 mm。最大测斜点位置在变化，施工过程中应注意挖土分块施工，加快支撑封闭时间。第五层土开挖到第五道撑完成，墙体测斜点CX7，变化位移-49.82 mm。第六层土开挖到底板完成，墙体测斜点CX8，变化位移-112.65 mm。此阶段地墙位移变化较大，主要是由于土方开挖以及底板施工时间均增加，变形较明显，施工过程中，挖土与底板浇筑相互配合，做到挖出一块浇筑一块，且过程中垫层应该及时浇筑封闭。底板完成后，监测数据显示基坑变形得到了有效的控制。底板完成到第六道支撑拆除阶段，地墙最大位移发生在测斜点CX8为-141.23 mm。可见，在拆撑结构回筑阶段，变形也较大，应注意拆撑分块与结构施工有效配合，缩短基坑无支撑暴露时间。