地铁隧道保护区内深基坑施工技术

地铁隧道保护区内深基坑施工技术

刘晓强

西安市建总工程集团有限公司陕西西安710000

摘要：城市内为缓解交通压力必然会大力发展公共交通，地铁以其便利性和实用性在我国得到大力发展。为保证地铁运营安全，地铁车站与隧道结构周边的附近区域，在进行建筑和设施的设计与施工时都需要考虑到对地铁结构的保护。基于此，本文主要对地铁隧道保护区内深基坑施工技术进行分析探讨。

关键词：地铁隧道；保护区内；深基坑；施工技术

前言

由于地铁周边范围往往是交通便利、人流密集的范围，地下空间的开发是非常必要的，因此地铁保护区内进行的工程建设往往都有深基坑的开挖，而地铁保护区内的深基坑开挖和基坑降水如不采取一定的措施，会影响到地铁车站与隧道结构的应力应变状态，甚至对地铁安全运营产生重大影响。因此地铁保护区内的深基坑工程必须采取稳妥的支护方案来保证基坑和地铁结构的安全。

1、工程主要特点

上海广场工程占地面积约10000m2,建筑总面积80860m2。主楼高129m,地下3层,地上34层,其中裙房6层。箱形基础,二墙合一地下连续墙与底板采用锥螺纹连接,与楼板采用预留插筋连接。上海广场地处淮海中路,基坑边线紧贴红线,最近距离不足2m。开通营运的地铁一号线由东向西贯穿整个南部浅坑区,将基坑分隔成两大块,即北部地下3层和南部地下1层,南、北基坑交界的中隔墙一部分基壁已进入隧道3m宽保护区。

该工程地处闹市,施工场地狭小,一旦基坑开挖后四周已贴紧红线,施工车辆无法通行,而且没有材料堆放场地。基坑沿地铁一号线延长线长约151m;距离地铁隧道线最近处仅2.61m;在邻近地铁隧道保护禁区挖土深达16m,且比隧道顶部低0.36~1.26m;浅坑基础座落在地铁隧道上方,距其顶部仅7.74m。

2、地铁保护设计控制标准

(1)隧道的绝对沉降量不大于20mm。

(2)隧道总水平位移不超过20mm。

(3)相对弯曲曲率不超过1\2500。

(4)隧道管片相接处的橡胶密封条张开值小于0.5mm。

(5)因打桩、爆破产生的震动对隧道引起的峰值波速不超过25mmPs。

(6)引起隧道的附加荷载不超过20kPa。

3、基础施工方案

该工程由于基坑开挖,会不可避免地引起支护结构体系和坑周地层的位移而造成邻近地铁隧道变形,一旦这种变形过大,就会危及地铁隧道的安全。通过比较和论证,决定采用“先浅后深”方案,即先开挖南部浅坑区,待南部基础垫层混凝土浇筑完成后再开挖北部深坑区,然后南、北两部分基础、结构同时施工。“先浅后深”方案可缩短工期100d左右,能在不同施工阶段充分利用施工场地,从而加快施工进度,便于文明施工。

4、采取保护地铁隧道的主要技术措施

4.1基坑加固措施

4.1.1北部深基坑加固

出于保护地铁隧道之目的,除对整个基坑底面以下进行井格状高压旋喷桩加固外,还在地铁区间隧道一侧沿着中隔墙进行不间断高压旋喷桩加固,加固宽度达15m,坑内加固平面布置如图1所示,基坑剖面及加固部位如图2所示。采用三重管高压注浆工艺,注浆体直径不小于1m,注浆后加固区范围内的无侧限抗压强度必须大于1MPa,桩身强度不小于1MPa。

4.1.2南部浅基坑加固

为了减小开挖时坑底土体回弹,保护地铁,除对整个基坑底面以下进行井格状深层搅拌桩加固外,还重点对地铁隧道两侧进行深层搅拌桩加固,加固宽度各为2m,加固后土体的无侧限抗压强度不小于1MPa。

4.1.3基坑外加固

从与中隔墙变形协调及受力均匀考虑,普安路、金陵路地下连续墙外侧采用钻孔灌注桩加固。地下连续墙与钻孔灌注桩之间的空隙,采用高压旋喷桩加固,使两者紧密结合、共同作用。高压旋喷桩45d内的无侧限抗压强度必须达到2MPa以上,摩擦阻力必须达到0.3MPa,桩直径大于1.4m。

图2基坑剖面及加固部位示意

4.2支撑体系选择

4.2.1北部深坑

根据深坑区的平面形状以及考虑到临近地铁隧道,选择了4道钢筋混凝土支撑,支撑形式为井格式,间距12m左右。支撑截面采用800mm@1000mm和1000mm@1000mm。立柱桩在基坑底以下采用<800mm钻孔灌注桩,桩长40m,基坑开挖面以下采用<609mm钢管立柱,钢管立柱插入钻孔灌注桩中约2m。

4.2.2南部浅坑

南部浅坑区原设计为1道钢筋混凝土支撑,后来根据总结北坑开挖经验,考虑到深坑区基础结束后,中隔墙受力已趋稳定,故将1道钢筋混凝土支撑改为1道钢斜撑,在有临时设施的基坑边采用2道水平钢撑。斜撑为H400型钢,一端撑在先期施工完成的底板上,另一端支撑在连续墙上。水平钢撑为<609mm钢管。钢支撑中部设置H400型钢立柱,其长度为24m和12m(地铁隧道顶上),钢斜撑节点如图3所示。

4.3土方开挖原则

运用“时空效应”规律,严格遵循“分层、分区、分块、分段,留土护壁,先形成中间支撑,后限时对称平衡形成端头支撑,减少无支撑暴露时间”的原则,保证在48h内挖除基坑四周相应区段内的土方并浇筑完该区段内的支撑与围檩混凝土。

4.4挖土和支撑施工

根据土方开挖原则,并根据地铁隧道位移情况,不同层次采用不同的开挖方法。

(1)第1皮土采用大开挖。

(2)第2皮土采用条式开挖,将整个基坑分成5条块,且规定相邻后挖的土必须待前条块的混凝土支撑做好后才能开挖。

(3)第3、4皮土采用了/盆0式挖法,即首先挖去基坑中部的土,待这部分支撑成型后,再开挖四周护壁土,护壁土宽度不得小于12m,坡度为1|1.5。护壁土必须分块对称开挖,并要求这部分土的挖掘、截桩至混凝土支撑浇捣等整套工序在48h内完成。

(4)第5皮土是深基坑开挖最关键的一层,也是影响地铁隧道位移最敏感的一层。当时地铁下行线水平位移最大值已达到9.2mm。为了缩短基坑暴露时间,保护地铁隧道安全,将基坑分成2块来施工,即先裙房后塔楼。同时把垫层厚度由200mm改为300mm,以此改善地下连续墙底部的刚度以防止坑底土体回弹,基坑采用条式开挖,即沿南北向逐条开挖,混凝土垫层及时跟进,使垫层这一”支撑”尽早形成。

(5)浅坑区基础施工的最大技术难点就是如何控制地铁隧道的回弹。一般来讲,地铁隧道的回弹与基坑暴露时间和面积有关。为此采用区域开挖法,即将整个浅坑区划分为10小块进行施工,先分块开挖基坑当中土方,挖好1块,浇筑1块底板混凝土,底板上留设钢筋混凝土牛腿,再逐次开挖四周土方,做到边撑边挖。

5、信息化施工

5.1强化信息化管理

要求监督工作与施工同步进行,真正起到指导施工的作用,当第3皮中间土挖掉后,个别点的位移已增加至10.7mm,超过报警值10mm。同时其他点的位移也相应增大。分析原因是由于“盆”区土体应力释放,而支撑受力体系尚未形成,造成盆边一侧的中隔墙外土体变形开始加剧。我们立刻采取措施,沿中隔墙与下行线之间进行双液分层劈裂注浆,同时在上、下行线之间设置泄压孔,经过近20d的纠偏和加固,这些点基本回复到原来位置。到第5皮土结束,底板混凝土浇完,最大水平位移值为13.1mm,小于20mm的允许值。在浅坑区施工时,当某块土卸载后,应力一下子释放,土体回弹的最大数值达到2mmPd以上,以后逐步趋于平缓,这时抓紧浇捣这块底板,并及时加载,使该点的回弹数值逐步回落,至底板混凝土结束最大的回弹数值为12.7mm,小于允许值20mm。

5.2以测试数据为依据,及时调整施工方案挖深坑时,个别地方坑外水位降低较快,达到40~50cmPd,究其原因,该处地下连续墙有渗漏水现象,暂停抽水,对连续墙进行修补,避免了地面进一步沉降。由于爆破产生的震动波速大于25mPs,为使地铁隧道免受爆破影响,所有混凝土支撑采用人工凿除。

参考文献

[1]方程飞，初振环．紧邻地铁隧道超深基坑支护方案分析[J].土工基础，2014，28（3）：23－26．

[2]深圳地铁集团．深圳市地铁集团有限公司地铁运营安全保护区和建设规划控制区工程管理办法[R].深圳，2014．

[3]建筑基坑支护技术规范（JGJ120－2012）[S].

[4]沈辉，等．深基坑施工对地铁车站影响的数值仿真分析[J].地下空间与工程学报，2011，7（05）：1018－1024．