緊鄰地鐵軟土基坑工程實(shí)踐研究

李 偉

(上海申元巖土工程有限公司，上海 200040)

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緊鄰地鐵軟土基坑工程實(shí)踐研究

李 偉

(上海申元巖土工程有限公司，上海 200040)

結(jié)合上海某辦公樓項(xiàng)目的工程概況及地質(zhì)條件，介紹了考慮地鐵區(qū)間隧道保護(hù)的基坑支護(hù)方案，并采用有限元軟件進(jìn)行了施工數(shù)值模擬，指出該項(xiàng)目采取分區(qū)順作方案，取得了良好的施工效果。

深基坑，地鐵，沉降量，有限元分析

0 引言

由于深基坑工程的復(fù)雜性與臨時(shí)性，即使采取了支護(hù)措施，出于技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果的考慮，其安全性也較永久工程偏低許多，仍然會(huì)導(dǎo)致土體和圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形，如果變形值超出允許值，就會(huì)對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境造成危害[1，2]。隨著技術(shù)的進(jìn)步，目前基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與施工已由穩(wěn)定性控制發(fā)展到了變形控制。

地鐵作為一種新型交通，對(duì)于緩解大城市公共交通壓力起到了巨大作用，但是軟土地基中的地鐵，時(shí)常受到臨近地鐵區(qū)域深基坑、高樓樁基、降水、堆載等加載與卸載建筑施工的影響，為此上海市政府頒布了“上海市軌道交通管理?xiàng)l例”[3]，對(duì)軌道交通保護(hù)區(qū)及保護(hù)區(qū)施工作業(yè)要求進(jìn)行了規(guī)定，上海市市政工程管理局頒布的“滬市政法(94)第854號(hào)文”[4]則對(duì)軌道交通保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了嚴(yán)格規(guī)定。

上海地區(qū)地質(zhì)條件較差，深基坑開(kāi)挖變形也相對(duì)較大，常規(guī)措施難以保證滿足滬市政法(94)第854號(hào)文的管理規(guī)定，因此必須采取針對(duì)性的保護(hù)措施，確保深基坑工程施工滿足地鐵保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。本文結(jié)合上海地區(qū)地鐵9號(hào)線某區(qū)間隧道地鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)的基坑工程實(shí)踐，介紹本項(xiàng)目中的相關(guān)保護(hù)措施。

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

上海某辦公樓項(xiàng)目地下2層，基坑面積約1.6萬(wàn)m2，挖深普遍在10.5 m～14.1 m。

基坑北側(cè)宜山路下為正在運(yùn)營(yíng)的地鐵9號(hào)線區(qū)間隧道，距離基坑11 m，地鐵隧道埋深為14.1 m～16.1 m。正在運(yùn)營(yíng)的地鐵區(qū)間隧道的變形保護(hù)要求高，也是本工程保護(hù)的重點(diǎn)。

1.2 地質(zhì)條件簡(jiǎn)介

本項(xiàng)目地處漕河涇開(kāi)發(fā)區(qū)，屬濱海平原地貌，淺部土層形成于第四紀(jì)的全新世。關(guān)于土層的具體分布及其物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)詳見(jiàn)表1。

表1 土層物理力學(xué)性質(zhì)綜合成果表

場(chǎng)地內(nèi)第③，④層淤泥質(zhì)土均屬于高壓縮性土，呈飽和、流塑狀態(tài)，靈敏度中～高，具有觸變性和流變性特點(diǎn)，且為基坑主要開(kāi)挖土層，是導(dǎo)致基坑開(kāi)挖變形較大、環(huán)境影響較大的主要因素之一。

2 對(duì)地鐵區(qū)間隧道的保護(hù)措施

2.1 地鐵保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)

1)地鐵保護(hù)等級(jí)為一級(jí)。2)運(yùn)營(yíng)線路和在建線路及結(jié)構(gòu)保護(hù)要求：兩軌道橫向高差小于4 mm；軌向偏差和高低差最大尺度值小于4 mm/10 m，地鐵結(jié)構(gòu)橫向差異沉降小于0.4‰；地鐵結(jié)構(gòu)的最終絕對(duì)沉降(或隆起)量和水平位移量小于10 mm，施工引起的地鐵結(jié)構(gòu)變形小于0.5 mm/d。

2.2 考慮地鐵區(qū)間隧道保護(hù)的基坑支護(hù)方案

本項(xiàng)目按照地鐵保護(hù)要求，通常需要設(shè)置四個(gè)分區(qū)，臨近地鐵分區(qū)三道支撐。后經(jīng)與地鐵主管部門(mén)多輪溝通，最終采用了兩個(gè)分區(qū)、板式支護(hù)加兩道支撐的方案。

1)基坑分區(qū)實(shí)施。基坑分為兩個(gè)分區(qū)，加快單一分區(qū)施工速度，依據(jù)“時(shí)空效應(yīng)”原理減少對(duì)地鐵區(qū)間隧道的影響。

2)圍護(hù)墻加強(qiáng)。臨近地鐵區(qū)間隧道側(cè)需選用剛度最大的地下連續(xù)墻作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，且相應(yīng)加深地下連續(xù)墻墻底埋深，保護(hù)地鐵安全。地鐵保護(hù)區(qū)30 m以外，選用造價(jià)經(jīng)濟(jì)的鉆孔灌注樁結(jié)合三軸水泥土攪拌樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)。

3)支撐剛度控制?；釉O(shè)置兩道鋼筋混凝土內(nèi)支撐。每道支撐采用雙向?qū)螢橹鞯闹尾贾梅绞?，提高支撐剛度?/p>

4)主動(dòng)區(qū)加固。臨近地鐵側(cè)設(shè)置三軸水泥土攪拌樁裙邊加固，提高被動(dòng)區(qū)土體抗力和模量。

5)加強(qiáng)隔水措施。地下連續(xù)墻兼做隔水帷幕與擋土結(jié)構(gòu)，同時(shí)設(shè)置槽壁加固三軸水泥土攪拌樁，提高地下連續(xù)墻施工可靠性及隔水可靠性。

6)減小運(yùn)營(yíng)期影響。地下室防水等級(jí)采用一級(jí)。樁基持力層選擇第⑨層，控制單樁荷載，減少高層建筑沉降對(duì)地鐵的影響。

7)簡(jiǎn)化底板施工。地鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)，底板選用筏板形式，簡(jiǎn)化施工流程，加快底板施工進(jìn)度。

8)嚴(yán)格遵循“時(shí)空效應(yīng)”原理減少基坑變形。土方開(kāi)挖嚴(yán)格遵守先撐后挖的原則，土方應(yīng)根據(jù)支撐布設(shè)采用限時(shí)、對(duì)稱、分塊、分層開(kāi)挖，靠近地鐵區(qū)間隧道的區(qū)域，土體開(kāi)挖后16 h內(nèi)形成支撐。

9)減少基坑暴露時(shí)間。緊鄰地鐵車(chē)站及區(qū)間隧道的基坑工程，墊層應(yīng)隨挖隨澆，應(yīng)在開(kāi)挖至坑底12 h內(nèi)澆筑完成，每次澆筑墊層的面積不大于200 m2。墊層內(nèi)設(shè)置型鋼支撐，加快支撐形成速度。

10)地鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)，基坑開(kāi)挖到底后72 h～120 h內(nèi)完成底板施工。

11)基坑施工過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，做到信息化施工，根據(jù)監(jiān)測(cè)資料及時(shí)控制和調(diào)整施工進(jìn)度和施工方法。

12)基坑邊嚴(yán)禁大量堆載，臨近地鐵側(cè)地面堆載不大于10 kN/m2。

13)基坑施工時(shí)，施工機(jī)械、土方車(chē)等施工路線均按遠(yuǎn)離地鐵區(qū)間隧道組織。

14)基坑結(jié)合第一道混凝土支撐布置設(shè)置必要數(shù)量的棧橋，方便施工，縮短工期，減少基坑開(kāi)挖對(duì)地鐵區(qū)間隧道的影響。同時(shí)，應(yīng)滿足搶險(xiǎn)施工速度的要求。

15)基坑按需降水。

16)制定施工安全預(yù)案。開(kāi)工前，針對(duì)圍護(hù)位移過(guò)大、圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲漏水以及其他危及地鐵安全的事情給出可靠的控制預(yù)案；搶險(xiǎn)應(yīng)急材料備足到位；施工過(guò)程中加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理和信息傳遞。

2.3 相比常規(guī)方案優(yōu)化的措施

相較于常規(guī)的三個(gè)～四個(gè)分區(qū)、臨近地鐵分區(qū)三道支撐且必須采用軸力自動(dòng)補(bǔ)償鋼支撐體系方案，本次采用的方案具有如下優(yōu)勢(shì)：1)基坑分區(qū)選擇兩個(gè)分區(qū)，較三個(gè)～四個(gè)分區(qū)，可以節(jié)約工期約3個(gè)月～6個(gè)月，并可以降低財(cái)務(wù)成本和財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)。2)本次實(shí)施的兩個(gè)分區(qū)方案，因?yàn)榛有螤钤?，最終選擇兩道鋼筋混凝土內(nèi)支撐。相較于常規(guī)方案，避免了采用軸力自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)鋼支撐，節(jié)約了大量鋼支撐費(fèi)用，但圍護(hù)體變形略有增大。3)本次實(shí)施的兩個(gè)分區(qū)方案，節(jié)約了更多分區(qū)方案分隔墻和分隔止水帷幕的費(fèi)用，造價(jià)更為經(jīng)濟(jì)。4)本項(xiàng)目充分考慮到地鐵區(qū)間隧道在本項(xiàng)目基坑開(kāi)挖面4 m～6 m以下，通過(guò)控制基坑側(cè)向位移和坑底隆起，最大限度的保證地鐵區(qū)間隧道安全。

2.4 地鐵區(qū)間隧道保護(hù)的有限元分析

基坑設(shè)計(jì)已由穩(wěn)定控制發(fā)展到變形控制，為了確?；邮┕ぐ踩铜h(huán)境安全。對(duì)于支擋結(jié)構(gòu)，本項(xiàng)目采用彈性地基梁法進(jìn)行變形計(jì)算與控制；對(duì)于支撐體系，采用平面桿系有限元法進(jìn)行變形計(jì)算與控制；對(duì)于被保護(hù)建(構(gòu))筑物及地下管線，則采用通用有限元軟件Plaxis-2D進(jìn)行數(shù)值模擬分析，基坑開(kāi)挖對(duì)臨近地鐵區(qū)間隧道的影響結(jié)果詳見(jiàn)圖1和圖2，基坑開(kāi)挖引起的地鐵區(qū)間隧道沉降約1.24 mm，水平變形約3.95 mm。

3 基坑實(shí)施效果

本項(xiàng)目于2011年11月18日開(kāi)始圍護(hù)樁施工，至基坑全部完

成，地鐵側(cè)圍護(hù)墻測(cè)斜一區(qū)最大值在19 mm～24 mm之間，二區(qū)最大值在20 mm～34 mm之間，地鐵區(qū)間隧道變形約5 mm，與設(shè)計(jì)預(yù)估水平比較接近，個(gè)別點(diǎn)達(dá)到7 mm～8 mm，均在保護(hù)要求范圍以內(nèi)，整體實(shí)施效果良好。一區(qū)臨近地鐵側(cè)地下連續(xù)墻測(cè)斜曲線詳見(jiàn)圖3。

4 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目通過(guò)多種設(shè)計(jì)手段對(duì)比分析，選擇了分區(qū)順作方案，地鐵區(qū)間隧道監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示實(shí)施效果良好。從本項(xiàng)目的成功實(shí)踐中，可以得出如下結(jié)論：

1)基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案應(yīng)該根據(jù)環(huán)境保護(hù)要求采取針對(duì)性的選型，不同的環(huán)境保護(hù)要求，可以采用不同安全等級(jí)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，既要保護(hù)環(huán)境安全，又要降低工程造價(jià)，做到技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理。

2)軟土地基中的基坑施工過(guò)程變形較大，為保護(hù)地鐵區(qū)間隧道，增大圍護(hù)墻剛度及插入深度、縮小軟土地層支撐豎向間距、增加支撐剛度、被動(dòng)區(qū)軟土地基加固都是控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形的有效措施。

3)軟土基坑小變形控制必須遵循“時(shí)空效應(yīng)”原理的指導(dǎo)，先撐后挖、限時(shí)支撐，減少基坑土方無(wú)支撐暴露時(shí)間是控制變形的重要手段。

4)施工過(guò)程控制是基坑變形控制的重要手段。

[1] 陳曉勇,高廣運(yùn),李 偉.深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的風(fēng)險(xiǎn)分析[J].地下空間與工程學(xué)報(bào),2009,5(z2):1794-1798.

[2] 周紅波,蔡來(lái)炳,高文杰.城市軌道交通車(chē)站基坑事故統(tǒng)計(jì)分析[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì),2009,36(2):67-71.

[3] 上海市人民代表大會(huì)常務(wù)委員會(huì)公告第5號(hào),上海市軌道交通管理?xiàng)l例[Z].2014.

[4] 滬市政法(94)第854號(hào)文,上海市地鐵沿線建筑施工保護(hù)地鐵技術(shù)管理暫行規(guī)定[Z].1994.

Practical study on soft-soil foundation engineering near metro line

Li Wei

(ShanghaiShenyuanGeotechnicalEngineeringCo.,Ltd,Shanghai200040,China)

Combining with the office building engineering project conditions and geology conditions in Shanghai city, the paper introduces the foundation support scheme by taking metro running tunnel protection into consideration, carries out construction numerical simulation by applying finite element software, and finally points out that: it achieves good construction effect by applying sub-region construction scheme.

deep foundation, subway, settlement volume, finite element analysis

1009-6825(2016)20-0053-02

2016-05-05

李 偉(1978- )，男，博士，高級(jí)工程師

TU463

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