临近地铁的深基坑逆作法施工技术

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    与轨道交通运营线路相邻的深基坑施工过程中必须有严密的技术和管理措施以保证基坑和周边环境的安全。逆作法施工技术由于在减小施工对周边环境影响、充分利用地下空间、缩短工期等方面的优点具有广阔的应用前景。文章结合工程实例,总结其施工控制技术要点。

随着上海轨道交通和城市建设的迅速发展,紧邻运营线路的基坑(包括隧道两侧及上部)项目屡见不鲜,许多大型深基坑距离地铁仅有3m,开挖深度20m。深基坑开挖必然引起围护结构向基坑内的侧向位移和坑内土体隆起,加之工程降水等因素影响使得坑外地层沉降,隧道结构随之变形。施工过程中的不慎、不当很可能导致地铁结构的变形超标,从而引发渗漏水等结构病害,严重者会直接影响到列车的正常运营。

目前上海运营中的地铁隧道基本位处饱和含水的流塑或软塑粘性土层。这类土层具有孔隙比大、压缩性高、含水量高、灵敏度高、抗剪强度低、渗透系数低、重新固结变形量大等特点。一经扰动,强度明显降低,且在长达数年的时间内进行固结和次固结沉降,带动隧道后期沉降十分明显。依据《上海市轨道交通管理条例》“地下车站与隧道外边线外侧50m内属安全保护区范围”。如何减小在此范围内施工对轨道交通结构(车站、隧道及附属设施)的影响程度已引起了相关工程技术人员的高度重视和关注。

1工程概况

某工程位于闹市中心,基地面积近6000m2,由主楼和三层商业裙房组成,主楼39层,高度约175m;设五层地下室(四层地下室及自行车夹层),基坑开挖深度-22.7m,局部深坑为-25.20m,最深处达-26.45m。本工程基础形式为钻孔灌注桩及现浇钢筋混凝土厚底板基础,工程桩采用Ф850mm钻孔灌注桩,单桩承载力为11500kN,C40混凝土,持力层为⑨层灰色粉细砂层(见表1)。立柱桩采用Ф750mm和Ф609mm钢管立柱及480mm×480mm格构柱。基坑平面略呈矩形,南侧围护结构呈圆弧状,正在运营的地铁隧道距其外边线14m,隧道结构处于地面以下-14.0~-20.2m标高位置。依据《上海地铁基坑工程施工规程》,该工程属于一级基坑等级,环境保护要求相当高:地面最大沉降量≤0.1%H;围护墙最大水平位移≤0.14%H(H为基坑开挖深度);抗隆起安全系数≥2.2(按圆弧滑动公式计算)。2相邻的地铁区间隧道结构及保护要求

2.1隧道结构

盾构隧道一般由6块管片拼装成环,环环串联,其纵向和环向由螺栓联接。管片厚350mm,宽1m。与本工程相邻的区间隧道基本位于第④淤泥质粘土层中。

2.2地铁结构变形

隧道结构纵向沉降或隆起,隧道横向水平位移,隧道管径收敛变形,这几项也是隧道监测的基本项目。如果隧道结构变形超过结构保护标准,轻则引起隧道管片间张开过大,隧道结构接缝渗漏水,重则引起管片开裂,继而锈蚀钢筋,导致结构损坏(如道床与管片的脱开)等,危及列车运行安全。

2.3地铁结构保护要求

隧道结构最终绝对沉降量及水平位移量≤10mm;隧道变形曲线的曲率半径15000m;结构相对弯曲1/2500;隧道最终收敛变化值≤10mm,地铁结构日沉降量和水平位移量≤0.5mm。

2.4监测系统

进行围护结构侧向位移及地铁隧道内变形监测,为保证数据的精准和及时,在邻近的地铁区间隧道内布设测点,采用以自动化系统为主、人工系统为辅的监测措施。当监测值超过日指标或地铁结构总变形控制量的1/2时,地铁侧基坑围护结构的水平位移日变化量1mm。

3基坑的围护、加固及土方开挖

3.1围护形式采用地下连续墙

槽段共46幅。主楼部分墙厚1m,近地铁侧深达39m,其它部分深度为35m,墙底进入⑦-1层,地墙顶标高为-2.4m;地墙内侧槽段接头处设置扶壁柱,接头采用企口槽接头,结构接头采用地墙内预留钢筋接驳器和预埋钢筋的方法与地下各层楼板连接。

3.2地基加固采用旋喷桩加固

靠近地铁一侧地墙10m宽度范围内采用格构式墩式加固,标高从-5.55m至⑥层土面以上-26.70m(底板下4m范围),不包括底板;其它部位加固宽度为地墙内侧6m范围,呈锯齿形,标高从-16.50m至-26.70m。土体加固强度0.8MPa部位(底板上方)水泥掺量为7%,1.5MPa部位水泥掺量为15%。为使旋喷加固时不影响已施工的“一柱一桩”的垂直度,施工时尽量避开原有的工程桩,对称均匀施打。南侧地铁隧道的地墙外侧均预埋注浆管,可根据工况及时进行跟踪注浆,局部深坑部分采用双液速凝注浆加固。

3.3基坑开挖

1)采用逆作法开挖至大底板完成,但不同时向上层施工。利用永久性结构的楼板作水平支撑,“一柱一桩”的施工方法。根据地下室结构特点,车道处和楼板开有大孔的位置采取临时支撑,楼层缺失部位用Ф609mm钢管或H型钢补撑。

2)首层板完成后,地下其余五层均为暗挖。基坑开挖由北向南推进,划分为三个区,设4个取土口;开挖时由中心向四周推进,周边靠地铁的南侧留土10m宽度,其他三侧宽度为6m,并按1∶1.5留土放坡;其次挖除南北两侧的边坡,至地墙边随即浇筑该块垫层;再次由南北两侧向中间退挖边坡土体,垫层随挖随浇。

3)基坑大底板面标高分为-19.50m和-20.45m,板厚分别为3m和2.05m。B4板面标高-15.3m,挖土面在-17.2m位置,开挖至坑底-22.70m处深度达5.5m,净空达7.4m,不利于基坑安全。在标高-20.4m处设置一道高65cm的底板内支撑,待支撑混凝土达到一定强度后开始第二次挖土至坑底。由此,二次挖土高度分解为3.2m和2.3m,开挖流程由南北两侧向中间退挖,一次挖至设计标高。

4)严禁各种机械设备在运行中碰撞立柱、地墙、井管及支撑。开挖过程中严密监控立柱之间和立柱与地墙间的差异沉降量、承压水位,地墙侧向位移,周边环境沉降。根据监测数据及时调整施工参数。

5)坑内设置12口深井,4台真空泵连接各深井,采用分层降水、自下而上的降水方式,确保顶板、地下楼板及大底板施工前后10d内,保持地下水位在挖土面下1m的深度范围;第⑦层为承压含水层,为避免坑底发生突涌,坑外设置7口降压井(其中一口作备用井兼日常观测井)。降水降压措施与施工进度计划相匹配,即满足基坑安全又最大限度地控制因过早过量抽取地下水造成周边土体沉降。

4结语

1)深基坑采用逆作法技术由于地下楼板与立柱桩、围护结构等组成的水平内支撑体系刚度很大,对于减小施工对周边环境的影响十分有利。从环境保护的角度上来说,在保证基坑安全的基础上控制围护结构侧向位移及合理降水降压是成功的关键;从逆作法工法上来说,立柱之间、立柱与地墙间的差异沉降是动态控制的重点。

2)开挖阶段,采用盆式挖土方式,由保护对象侧留土适当宽度,最后挖除有利于控制围护结构侧向位移。采用小型机械与人工相结合的挖土方法可提高逆作法施工速度。

3)南侧地墙插入比只有0.54,但圆弧形的结构形式,10m宽的旋喷桩土体加固再加之开挖过程中技术措施得当,监控有效,最终达到测斜值远0.14%H的一级基坑控制要求。