楊 寧

(中鐵三局集團(tuán)華東建設(shè)有限公司，南京 211106)

近年來，我國中大型城市人口不斷增加，人民生活水平不斷提高，城市中心區(qū)域的高密度開發(fā)和人口的高度集中導(dǎo)致交通出行總量劇增，地面交通擁堵的現(xiàn)象隨之產(chǎn)生并加劇。城市軌道交通的出現(xiàn)大大緩解了地面交通擁堵的問題，給城市提供了快捷、便利、有序的交通和良好的生活質(zhì)量，改變了人們“區(qū)間”的概念，把地理距離變成了準(zhǔn)確的時(shí)間距離。伴隨著城市軌道交通的快速發(fā)展與完善，軌道交通網(wǎng)絡(luò)越來越密集，為了給乘客創(chuàng)造良好的換乘體驗(yàn)，不可避免地會(huì)出現(xiàn)新建線路與已建線路的“沖突”。既有站鄰近位置或投影位置的基坑開挖工程不斷出現(xiàn)，給設(shè)計(jì)、施工和安全管理帶來了諸多問題和挑戰(zhàn)[1-3]。

本工程位于南京河西地區(qū)長江漫灘區(qū)域，地層富含承壓水，地質(zhì)條件復(fù)雜，運(yùn)營車站側(cè)向位移要求嚴(yán)格，結(jié)構(gòu)水平位移超過±3.3 mm即達(dá)到預(yù)警值，限值≯±10 mm，工程實(shí)施面臨重大風(fēng)險(xiǎn)。本文針對(duì)南京地鐵新建7號(hào)線車站鄰近既有運(yùn)營車站明挖基坑開挖工程的特點(diǎn)，研究對(duì)既有線保護(hù)的基坑開挖方案，結(jié)合地連墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)，提出了緊鄰既有運(yùn)營車站兩側(cè)基坑開挖的施工技術(shù)，通過該技術(shù)，控制了既有站側(cè)向變形，完成了該工程對(duì)既有線的保護(hù)施工[4]。

1 工程概況

南京地鐵7號(hào)線南起西善橋、北至仙新路，10號(hào)線西起雨山路，東至安德門；7號(hào)線中勝站零距離下穿既有10號(hào)線車站。中勝站位于河西大街與泰山路交叉口，車站沿泰山路展布；車站長270 m，標(biāo)準(zhǔn)段外包寬21.9 m、深20.76 m，端頭井段寬27.2 m、深22.15 m，換乘節(jié)點(diǎn)處暗挖井寬28.7 m、深23.76 m，車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用1 m厚地連墻，新建車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)距離既有站結(jié)構(gòu)1.2 m，兩車站縱斷面位置關(guān)系如圖1所示。

既有車站兩側(cè)基坑長度分別為37.5 m、35.35 m，豎向采用6道支撐，第1道及第2道采用700×800砼支撐，第3～6道支撐采用A800的鋼支撐。

本場(chǎng)地西臨長江，南至秦淮河，屬長江漫灘地貌單元，開挖斷面各土層的物理力學(xué)性能指標(biāo)如表1所示。

表1 開挖斷面各土層的物理力學(xué)性能指標(biāo)

本工程水文條件主要為地表水與地下水，地下水為潛水、承壓水、基巖裂隙水，潛水含水層主要分布于長江漫灘中上部，承壓水含水層主要分布于長江漫灘的中下部，潛水穩(wěn)定水位在地面以下2.2～2.8 m，承壓水水頭埋深在地面下2.6～3.2 m。

2 關(guān)鍵施工技術(shù)

本工程地處長江漫灘，距離既有運(yùn)營車站僅1.2 m，開挖深度遠(yuǎn)超既有站底板深度，緊鄰既有運(yùn)營車站基坑的開挖方式?jīng)Q定了必須確保運(yùn)營車站的側(cè)向位移在規(guī)范值內(nèi)，以保證運(yùn)營安全[5]。

2.1 安全風(fēng)險(xiǎn)分析

(1) 鄰近既有車站基坑土方開挖過程中，基坑內(nèi)的壓力釋放，使墻體產(chǎn)生側(cè)向變形[6]，造成車站側(cè)向位移。

(2) 既有站兩側(cè)基坑開挖過程中降深高度不一致或支撐體系支撐力存在偏差，造成車站側(cè)向位移。

2.2 基坑開挖方案

1) 方案一

分坑分步開挖方式。在南、北暗挖工作井，選取一個(gè)工作面先開挖，待結(jié)構(gòu)封頂后開挖另一個(gè)基坑，在南北暗挖工作井選取單個(gè)基坑開挖；基坑除第1、2道采用混凝土支撐，其余均采用普通鋼支撐，整體開挖到每層支撐底以下50 cm時(shí)停止，施作支撐體系，隨后重復(fù)以上開挖步驟至開挖完成。方案一開挖方式如圖2所示。

2) 方案二

南北暗挖工作井同時(shí)、同步對(duì)稱開挖，開挖過程中須做到南北暗挖工作井降深相同，兩暗挖工作井配備兩組相同的開挖機(jī)械，整體開挖至支撐底以下50 cm時(shí)施作支撐體系，重復(fù)以上步驟至開挖完成。方案二開挖方式如圖3所示。

3) 方案三

南北暗挖工作井同時(shí)、同步對(duì)稱開挖，支撐采用強(qiáng)支護(hù)體系，開挖過程中做到南北暗挖工作井降深相同，鋼支撐采用伺服系統(tǒng)，第1、2層土方采用整體降深方式開挖，剩余土方開挖至每層支撐中心線上方1 m時(shí)，進(jìn)行腰梁范圍內(nèi)土方開挖，開挖至混凝土腰梁底標(biāo)高位置進(jìn)行混凝土腰梁施工，腰梁采用早強(qiáng)混凝土澆筑，待其強(qiáng)度達(dá)到70%時(shí)進(jìn)行每層剩余土方開挖，并架設(shè)鋼支撐伺服系統(tǒng)。兩側(cè)同時(shí)、對(duì)稱預(yù)加軸力。支撐體系架設(shè)完成后重復(fù)以上步驟至開挖完成。方案三開挖方式如圖4所示。

2.3 方案比較分析

結(jié)合工程地質(zhì)水文條件、工程自身特性分析，總結(jié)出本工程有如下特點(diǎn)：①基坑為異形基坑，開挖長度較短，放坡開挖將導(dǎo)致部分支撐體系架設(shè)不及時(shí)，不具備放坡開挖的條件；②基坑開挖范圍地質(zhì)條件差，開挖應(yīng)力釋放后，剩余土體不能有效提供支撐力；③與既有車站結(jié)構(gòu)距離較近，基坑開挖產(chǎn)生的側(cè)向位移對(duì)既有站影響較大；④每層鋼支撐設(shè)置混凝土腰梁，腰梁施工時(shí)間長，將影響支撐體系的及時(shí)受力；⑤基坑開挖深度遠(yuǎn)大于既有站底板埋深，且既有站底板位于軟弱地層中，超過既有站底板埋深范圍土方開挖的應(yīng)力釋放將對(duì)既有車站造成嚴(yán)重的安全威脅。

以上3種方案均體現(xiàn)了基坑開挖的“豎向分層、先撐后挖”的時(shí)間和空間效應(yīng)，可達(dá)到控制基坑的側(cè)向位移，但結(jié)合本工程特性，其實(shí)施效果各不相同，下文將對(duì)比分析以上3種方案。

1) 變形控制

方案一將南北暗挖工作井分步開挖，先開挖其中一個(gè)基坑，減少基坑開挖工作面，但由于單側(cè)開挖造成既有站兩側(cè)土體偏壓，如支撐軸力施加不及時(shí)或在開挖過程中鋼支撐軸力損失，既有站將產(chǎn)生側(cè)向位移，且位移產(chǎn)生后無法進(jìn)行修正。方案二、方案三采用南北暗挖工作井同時(shí)、同步對(duì)稱開挖，既有站兩側(cè)側(cè)向壓力同時(shí)卸載，可保證開挖過程中既有車站兩側(cè)不產(chǎn)生偏壓，綜上所述，在控制既有站側(cè)向位移方面，方案二、方案三優(yōu)于方案一。

方案一、方案二采用整體平層降深至腰梁底，在腰梁施作需要時(shí)間；方案一在施工腰梁過程中，其應(yīng)力釋放在鋼支撐施加軸力前已產(chǎn)生變形，方案二在腰梁施工過程中，由于兩側(cè)對(duì)稱開挖，在既有線底板埋深以上時(shí)其側(cè)向位移變形對(duì)既有車站側(cè)向位移影響不大，但超越既有線底板埋深后，由于支撐不能及時(shí)施加軸力，且既有站基底位于軟弱地層中，無法保證既有車站兩側(cè)側(cè)向變形同步。方案三采用腰梁區(qū)域掏槽開挖，非腰梁區(qū)域預(yù)留一定量的核心土，在支撐架設(shè)前提供的支撐作用大于方案一、方案二。綜上所述，在變形控制方面，方案三優(yōu)于方案一、方案二。

方案一、方案二采用普通鋼支撐體系，受環(huán)境溫度影響，鋼支撐應(yīng)力會(huì)有增加與損失，支撐軸力的采集、處理需要人工操作，軸力監(jiān)測(cè)存在滯后性；且普通鋼支撐體系在施加預(yù)應(yīng)力時(shí)需打入鋼楔鎖定，鎖定過程中會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力損失，以上特點(diǎn)對(duì)變形控制不利。方案三采用鋼支撐伺服系統(tǒng)，其屬于主動(dòng)受力體系，軸力可實(shí)現(xiàn)24 h自動(dòng)監(jiān)測(cè)，并可根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行既有車站兩側(cè)伺服軸力的調(diào)整，可有效控制既有車站的側(cè)向位移。從上述分析可得出“強(qiáng)支護(hù)、對(duì)稱式”的開挖方法(即方案三)對(duì)既有車站側(cè)向變形控制最有利。

2) 工期分析

方案一采用先開挖一個(gè)暗挖工作井，待結(jié)構(gòu)施工完成后再開挖另一工作井；方案二、方案三為兩個(gè)暗挖工作井同時(shí)開挖，工期基本相同，理想狀態(tài)下，會(huì)比方案一節(jié)約一半的工期。

3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變形及控制效果

實(shí)際施工采用“強(qiáng)支護(hù)、對(duì)稱式”的開挖方法，混凝土腰梁采用掏槽施工早強(qiáng)混凝土澆筑，鋼支撐采用伺服系統(tǒng)，腰梁澆筑完成3 d后進(jìn)行支撐軸力的施加，開挖至基底及時(shí)澆筑底板混凝土。通過在新建南京地鐵7號(hào)線中勝站地連墻中布設(shè)的墻體測(cè)斜管及既有車站內(nèi)布設(shè)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)[7]，在既有站兩側(cè)基坑開挖至主體結(jié)構(gòu)封頂時(shí)，鄰近既有車站側(cè)地連墻最大墻體測(cè)斜14 mm，既有運(yùn)營車站最大側(cè)向位移值2.4 mm，未超過預(yù)警值3.3 mm。結(jié)果表明，通過“強(qiáng)支護(hù)、對(duì)稱式”的開挖方法，成功解決了緊鄰既有運(yùn)營車站基坑工程變形控制的難題，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)營車站正常運(yùn)營的目標(biāo)。

4 結(jié)語

針對(duì)南京地鐵7號(hào)線中勝站緊鄰既有運(yùn)營車站基坑開挖施工對(duì)運(yùn)營車站的影響，通過施工技術(shù)研究提出了“強(qiáng)支護(hù)、對(duì)稱式”的開挖方法，利用對(duì)稱開挖、局部掏槽、鋼支撐伺服系統(tǒng)的使用等，解決了富水復(fù)雜地層基坑開挖對(duì)緊鄰既有運(yùn)營車站的保護(hù)技術(shù)難題，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，運(yùn)營車站側(cè)向變形均未超出控制值。通過該項(xiàng)技術(shù)的延伸，可為今后緊鄰周邊重要建筑物的基坑工程設(shè)計(jì)、施工提供借鑒與參考。