紧邻地铁车站及三污干管的深基坑施工

赵 武 夏晓庆 郑三润

中国建筑第八工程局有限公司总承包公司 上海 201204

1 工程概况

1.1 项目概况

杭州市城市轨道交通3号线第二控制中心位于九和路以北，老红普路以西地块。本项目包含Q1线网调度指挥大楼及Q2配套办公、Q3设备维修大楼及管槽。Q1主楼11层，裙房5层，地下室3层，基坑大面开挖深度约15.3 m（裙房）/16.4 m（主楼），局部最大落深3.1 m。Q3地上9层，地下2层。单体建筑面积约70 000 m2，其中，地面建筑面积约50 000 m2，地下建筑面积约20 000 m2，基坑大面开挖深度约11.3 m。

1.2 周边环境

1）基坑东北侧范围内存在2根DN200的铸铁给水管、若干电力管（10 kV直埋铜管）和光线管（200 mm×100 mm）。

2）Q1基坑围护边线与地铁1号线左线隧道最近水平距离为4.97 m，与地铁1号线出入段线区间隧道最近水平距离为24.6 m，与地铁1号线右线区间隧道最近水平距离为35.5 m。

3）基坑侧边6～9 m处存在2根江干区φ2 200 mm主污水管，埋深3.6 m。

4）基坑西侧及西南角存在2根光纤管、1根PVC污水管（位于等厚度水泥土地下连续墙〔TRD〕止水帷幕内）。

1.3 工程地质条件

本工程穿越了不同时代的地层，根据勘探孔揭露的地层结构、岩性特征、埋藏条件及物理力学性质，场地勘探深度以内可分为①杂填土、③砂质粉土夹粉砂、④淤泥质粉质黏土、⑥淤泥质粉质黏土、⑦粉质黏土夹黏土、⑧粉质黏土、⑩粉砂夹粉质黏土等地层。其中，基坑深度范围主要位于④3层淤泥质粉质黏土，该层层厚4.2～8.8 m，顶板高程－13.42～－11.74 m。工程区第一承压水层主要分布于④4层和⑥3层，水量较小，隔水层为上部的④3层。建华站勘察时实测④4层第一承压水层水头埋深在地表下3.80 m，相应绝对高程为1.63 m，红普路站勘察时实测⑥3层第一承压水层水头埋深在地表下6.10 m，相应绝对高程为－0.49 m。工程区第二承压含水层主要分布于深部的⑩3粉砂夹黏质粉土、12 1粉细砂、12 4层圆砾中，水量较丰富，隔水层为上部的⑥、⑦、⑧层。

2 基坑设计概况

Q1基坑开挖深度为15.3～16.4 m，局部电梯井和集水坑下沉0.6～3.1 m。3层地下室基坑外侧统一采用厚1 000 mm地下连续墙，墙长为40.0～44.5 m；基坑分坑施工中隔墙采用厚800 mm地下连续墙，墙长为40.0～41.0 m。B3-1长条形基坑深度为15.3～16.4 m，设置1道混凝土支撑和3道钢支撑。B3-2三角形基坑深度为15.3～16.4 m，设置3道混凝土支撑。B3-1长条形基坑围护边线与运营地铁1号线区间左线隧道最近水平距离为4.97 m，围护结构边线与运营地铁1号线左线隧道间进行全方位高压旋喷注浆（MJS）隔离桩加固。集水坑、电梯基坑等局部加深部位进行坑底高压旋喷桩加固，加固深度为坑底以下3 m。基坑西侧、北侧外围，设置一周TRD搅拌墙止水帷幕（厚800 mm，止水帷幕墙长为23 m），与MJS隔离桩加固体衔接封闭，周圈形成封闭的止水帷幕，对既有污水管线、建筑物进行保护。基坑北侧影响范围存在2根三污干管。Q1基坑围护情况如图1所示。

图1 线网调度指挥大楼基坑竖向围护结构平面布置示意

Q3基坑开挖深度约为11.60 m，局部电梯井和集水坑下沉1.0～2.8 m。工程围护结构采用厚600 mm地下连续墙，墙长为27.45～36.75 m。基坑设置1道混凝土支撑和2道φ800 mm的钢支撑。局部混凝土支撑上方设置栈桥板（板厚350 mm），栈桥板范围内的混凝土支撑下设置格构柱（600 mm×600 mm）和立柱桩（桩径1 100 mm），立柱桩桩长为底板下35m。其余范围内的立柱桩桩径均为900 mm，桩长为底板下30 m，内插460 mm×460 mm格构柱。基坑北侧为既有三污干管，埋深为3.75～4.00 m，为降低基坑开挖期间对三污干管的影响，设计采用φ850 mm@600 mm三轴搅拌桩对地下连续墙进行槽壁加固，加固范围为地面以下21 m[1-4]。集水坑、电梯基坑等局部加深部位进行坑底高压旋喷桩加固，加固深度为坑底以下2 m。Q3基坑围护情况如图2所示。

图2 设备维修大楼基坑竖向围护结构平面布置示意

3 施工过程

3.1 总体流程

Q1基坑先行施工TRD止水帷幕和最外侧止水MJS工法桩，同时穿插施工工程桩，待TRD和外侧MJS形成封闭的止水帷幕后，开始施工地下连续墙和剩余的MJS，地下连续墙施工完成后，开始穿插施工工程桩和立柱桩、高压旋喷桩、降水井，B3-2区具备土方开挖条件后，进行该区土方开挖和内支撑施工，待B3-2区回筑至地下2层顶板后，开始B3-1-2区土方开挖和内支撑施工，待B3-1-2区回筑至±0 m结构后，开始B3-1-1区和B3-1-3区土方开挖和内支撑施工，直至Q1楼完成±0 m结构。

Q3基坑先进行三轴搅拌桩槽壁加固，随后施工地下连续墙，然后施工工程桩和立柱桩、高压旋喷桩和降水井，具备土方开挖条件后，由西向东进行土方开挖和支撑施工。

3.2 基坑开挖

3.2.1 土方开挖原则

1）基本原则：从上到下、对撑支撑、分区、分层、分单元、分块、对称、平行、抽条式开挖。按照“时空效应”原理，“限时、分段、均匀、对称”地进行土方开挖和设置支撑，立杆连杆设计位置，随开挖加设，减少和控制无支撑土体暴露时间。

2）分区原则：按设计工况的基坑分区划分开挖阶段。

3）分层原则：基坑各阶段挖土施工必须遵循“分层开挖、严禁超挖”的原则。每层厚度不宜大于1.5 m，每段开挖宽度不宜超过20 m。

3.2.2 Q1基坑土方开挖

B3-2区基坑面积约为6 502 m2，大面挖深16.4 m。基坑按照后浇带及支撑位置划分为4个区块，按照B3-2-1、B3-2-2、B3-2-3、B3-2-4先后顺序组织流水施工。待B3-2-1区完成地下2层顶板结构，方可开挖B3-1-2区。

B3-1区基坑面积2 543 m2，基坑标准深度16.40 m，南侧为运营地铁1号线，西侧为七堡车辆段综合维修基地，基坑按设计要求分为B3-1-1、B3-1-2、B3-1-3共3个区块，待B3-1-2区地下室结构地下1层顶板完成后，进行B3-1-1区及B3-1-3区土方开挖及支撑施工。土方开挖分区如图3所示。

图3 Q1楼底土方开挖分区

3.2.3 Q3基坑土方开挖

Q3基坑面积约6 600 m2，基坑深度约11.700 m，土方量约7.46万 m3，出土时间为32 d，每日出土量约为2 400 m3。结构布局为东西向的长条形结构，南侧、西侧为既有建筑，北侧为高架桥及地下管网。地下3层施工时间长。东西向分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ共计5个区域，按照Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ组织流水施工。各区块待第1道支撑混凝土强度达到85%设计强度后，将土方挖至第2道支撑（钢支撑），并及时施加支撑预应力；尔后开挖至第3道支撑（钢支撑），并及时施加支撑预应力；最后开挖至设计标高（预留300 mm人工挖土以免扰动基底原状土），分区如图4所示。

图4 设备大楼基坑开挖分区

3.3 基坑降水

3.3.1 Q1基坑降水

基坑西侧、北侧外围设置一周TRD搅拌墙止水帷幕（厚800 mm止水帷幕，墙长为23 m），MJS隔离桩加固体衔接封闭周圈形成封闭的止水帷幕，止水帷幕闭合后，方能进行坑内降水、地下连续墙与TRD间控制性降水。坑内采用自流疏干井，B3-1基坑坑内设12口降水井，B3-2基坑坑内设19口降水井；坑外设自流疏干井兼作应急井，坑外共计20口降水井，坑外按地面以下5 m进行控制性降水。

3.3.2 Q3基坑降水

基坑围护结构全部采用厚600 mm地下连续墙，φ850 mm@600 mm三轴搅拌桩槽壁加固深度为21 m，进入④3层2 m。基坑布置17口坑内疏干降水井用于坑内土体疏干，坑外布置16口坑外观测及应急井。

3.4 基坑监测

基坑支护主要监测项目为支护桩（墙）顶部水平（竖向）位移、支护桩（墙）水平位移、支撑轴力、地表沉降、土体深层水平位移、立柱竖向（水平）位移、地下水位。周边环境主要监测项目为周边建（构）筑物竖向位移、倾斜、裂缝，周边管线竖向位移、差异沉降。

本基坑重点监测对象有地铁站的位移及收敛、污水干管的位移，对地铁站的监测项目和报警值主要为：上行线位移、收敛≤4 mm，下行线位移、收敛≤6.5 mm，入段线位移、收敛≤5.7 mm；污水干管位移≤17 mm。

4 工程重难点分析及对策

4.1 基坑开挖施工

4.1.1 基坑开挖重点分析

本工程基坑开挖深度大，且邻近运营地铁1号线及三污干管，因此对基坑变形控制要求较高，确保地铁隧道与三污干管安全是本项目重中之重。同时，由于需要分层分块开挖、分块施工，且支撑梁布置密集，项目处于市中心，上下班高峰期土方运输困难，导致土方开挖较慢。

4.1.2 解决措施

1）严格按照设计要求分区安排施工。

2）分区分块开挖过程中，严格按照设计要求限时完成土方开挖及形成支撑，分区开挖过程中严密监测地下连续墙的变形与水位变化。

3）压顶圈梁及支撑分段进行施工并限制分段长度及施工时间，以减少基坑变形，采取必要的技术措施保证开挖前支撑的强度。

4）完善方案，缩短基底暴露的时间，尽快浇筑底板混凝土。

5）针对较薄弱的后浇带采取加筋垫层的处理方法，底板施工过程中，预留局部降水井作为泄水口，适当延迟其封闭时间，以防止底板上浮。

6）加强现场交通组织，保证行车通畅，落实好土方卸点，确保土方运输通畅。

7）加强施工监测的信息化，及时对数据进行上报、分析及处理。

4.2 深基坑施工的变形控制

4.2.1 变形控制重点分析

变形控制要求：Q1基坑南侧围护结构外边线与运营地铁1号线区间左线隧道边线水平距离为4.97～10.90 m，隧道顶面埋深14～16 m；基坑北侧围护结构外边线与三污干管（DN2200）水平距离为6.0～9.3 m，干管顶面埋深约4 m；东北侧存在2根直径200 mm的铸铁给水管、若干根电力管和光纤管；西侧及西南角存在2根光纤管、1根PVC污水管，距离西侧文体中心11.0～16.5 m。Q3围护结构外边线距三污干管3.0～6.4 m，距离南侧文体中心16 m。基坑开挖过程中，要严格确保基坑变形量，采取措施将对周边的影响控制在最低程度。

4.2.2 解决措施

1）各分区基坑开挖前，进行认真研究和部署，开挖时严格遵循各施工工况要求，减小基坑开挖施工时对相邻基坑和周边环境的变形影响。

2）严格按照“开槽支撑，先撑后挖，分层开挖，严禁超挖”的原则进行土方开挖作业。土方开挖时，必须待支撑达到设计要求时，方可进行下层土方的开挖。

4）施工期间基坑周边10 m范围内堆载不允许超过20 kPa。

5）尽量缩短基坑无支撑暴露时间，混凝土支撑施工时间不超过48 h。开挖最下一层土方时，混凝土垫层应随挖随浇，无垫层坑底最大暴露面积不得大于200 m2，基坑不得超过48 h。

6）详细了解地铁隧道、三污干管等周边管线的情况，制定详细监测方案，开展日常管线巡视、检查，加强管道线设施的安全运行和保护管理。

7）加强施工过程的各项监测，特别是地铁侧和三污干管侧基坑变形、坑外水位的监测、地铁隧道和三污干管变形，并及时将监测数据通报相关各方。

8）做好安全防护应急预案，现场准备好应急材料及应急设备，一旦发生险情，立即处理。

5 地铁变形控制及应急措施

5.1 数据突变

实施监测过程中，及时总结监测对象随施工开展的变形规律，并重点关注监测数据变形情况是否正常。一旦出现数据异常突变，虽累积变形值未超过控制指标，也需立即启动应急预案，采取如下处理措施：

1）立即通过电话、短信等方式，报送建设、施工、监理等单位，启动应急处理流程。

2）立即安排加密进行现场监测，并加密后续监测频率（不少于每天2次），根据后续数据变形情况，通过协商确定监测频率。

3）根据数据变形情况，适时报请建设单位和产权单位组织召开专家分析咨询会，并做好分析汇报的准备。

5.2 缓变超标

随着地层固结沉降，在施工过程中未达到警戒指标的测点可能在后期缓慢变形，地铁保护区监测单位需密切关注数据变化情况，采取以下应急处理措施：

1）通过日报、预警快报等方式，报送建设、产权、施工、监理等单位，启动应急处理流程。

2）密切关注数据变形情况，如变形趋势持续发展，则在跟踪监测的同时，报请建设单位组织专家咨询分析会，根据专家咨询意见，确定后期监测工作开展情况。

3）如变形趋势趋于收敛，则继续跟踪监测，并保持与建设、产权、施工、监理单位的有效沟通。

6 结语

本工程为紧邻杭州市三污干管及运营地铁1号线的超深基坑，基坑施工期间对三污干管及地铁车站的保护至关重要；深基坑施工严格按照设计工况分坑施工，施工过程中加强基坑监测并做好各项应急措施，因此三污干管、地铁车站等结构变形均在控制值以内，未发生报警情况，基坑安全施工完成。