劉海軍，車(chē)元平，張 波，竇 晗，陳 國(guó),2

(1.中鐵一局集團(tuán)有限公司第三工程分公司，陜西 寶雞 721006；2.南京林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，江蘇 南京 210037)

1 工程概況

某地鐵車(chē)站基坑附近地下管線(xiàn)縱橫交錯(cuò)，周邊道路和建筑物距基坑較近，因而不具備放坡開(kāi)挖的條件。臨近基坑的東側(cè)依次分布了現(xiàn)代國(guó)際大廈、工行金碧苑住宅樓以及東方曼哈頓大廈，基坑西側(cè)為金湖廣場(chǎng)。其中，現(xiàn)代國(guó)際大廈和金碧苑住宅采用的靜壓預(yù)制方樁為摩擦型樁。

2 未加固基坑

綜合考慮該基坑開(kāi)挖范圍內(nèi)的水文地質(zhì)條件差異以及周?chē)慕ㄖ锓植继攸c(diǎn)，確定基坑的長(zhǎng)度、寬度和深度的尺寸分別為550m、450m 和69m。采用梁?jiǎn)卧M腰梁、斜撐梁、立柱等構(gòu)件，地下連續(xù)墻（簡(jiǎn)稱(chēng)地連墻）采用板單元，土體采用六面體實(shí)體單元。有限元模型的邊界條件為頂部自由，基坑周邊及底部限制法向位移，坑底限制三向位移。數(shù)值分析計(jì)算工況1～工況11施工天數(shù)分別為20、10、20、10、20、10、20、10、20、5、20 天，模擬內(nèi)容分別為：開(kāi)挖第一層土體、施工第一道支撐、開(kāi)挖第二層土體、施工第二道支撐、開(kāi)挖第三層土體、施工第三道支撐、開(kāi)挖第四層土體、施工第四道支撐、開(kāi)挖第五層土體、施工第五道支撐和開(kāi)挖第六層土體至坑底。

圖1 為金碧苑和現(xiàn)代國(guó)際建筑物的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，其中金碧苑四角設(shè)置了4 個(gè)測(cè)點(diǎn)，即P3、P4、P5 和P6，現(xiàn)代國(guó)際大廈四角設(shè)置了P1、P2、P7 和P8 測(cè)點(diǎn)。

圖1 測(cè)點(diǎn)布置

最大豎向沉降發(fā)生在靠近地鐵車(chē)站基坑一側(cè)的P1、P2、P3 和P4 測(cè)點(diǎn)，基坑?xùn)|側(cè)地連墻的最大值達(dá)35.1mm，西側(cè)變形約為25.8mm?；娱_(kāi)挖引起的地連墻變形約為開(kāi)挖深度的0.12%，圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形較小。

各節(jié)點(diǎn)沉降隨施工過(guò)程發(fā)展如圖2 所示。P1、P2、P3 和P4 測(cè)點(diǎn)的沉降值表現(xiàn)出類(lèi)似的下沉趨勢(shì)，隨施工時(shí)間的增長(zhǎng)而增大，并在第165天達(dá)最大值，分別為-24.57mm、-22.29mm、-19.15mm 和-22.6mm。在前50 天內(nèi)，P5 的下沉位移隨時(shí)間而略有增大，在第50 天時(shí)達(dá)最大值，約-0.68mm，隨后下沉變形逐漸減小，在第165 天時(shí)降至-0.11mm。P6 測(cè)點(diǎn)在第20 天時(shí)的下沉值最大，達(dá)-0.47mm，隨后變形減小，從第80天開(kāi)始，發(fā)生向上隆起的現(xiàn)象。P7 和P8 測(cè)點(diǎn)表現(xiàn)出隨時(shí)間增長(zhǎng)而增大的向上隆起變形，并在165 天時(shí)達(dá)最大值，分別為3.08mm 和1.86mm。布置于現(xiàn)代國(guó)際大廈左側(cè)的P1 和P2 發(fā)生了顯著的下沉變形，而右側(cè)的P7 和P8 產(chǎn)生了輕微的向上隆起變形，表明現(xiàn)代國(guó)際大廈在施工過(guò)程發(fā)生了較明顯的傾斜。金碧苑和現(xiàn)代國(guó)際大廈均發(fā)生了輕微的傾斜，但金碧苑的傾斜值略小于現(xiàn)代國(guó)際大廈。

圖2 建筑物節(jié)點(diǎn)沉降

在開(kāi)挖富水深大基坑的過(guò)程中，需時(shí)刻重點(diǎn)關(guān)注地下水的滲漏，當(dāng)遭遇透水性較好的粉砂和中砂層時(shí)，坑壁容易發(fā)生塌孔，從而引發(fā)管涌、流砂甚至地面沉降的嚴(yán)重破壞。圍護(hù)結(jié)構(gòu)要求具有較大的剛度和較好的止水能力。其中，主體擋水系統(tǒng)采用1.2m 厚地連墻，而地下三層結(jié)構(gòu)的附屬基坑采用1.0m 厚地連墻，地下二層和一層的附屬基坑采用鉆孔灌注樁。

在基坑開(kāi)挖前，依據(jù)滲漏流場(chǎng)與水聲學(xué)測(cè)量原理，在65 個(gè)墻體接縫處布置三維流速矢量測(cè)量?jī)x實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的三維滲流場(chǎng)。在基坑拐角處發(fā)生了地下水滲漏，形成了滲漏通道。

3 袖閥管注漿加固

為防止成槽時(shí)發(fā)生塌孔以及地連墻接縫處出現(xiàn)地下水滲漏的現(xiàn)象，最終選擇地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔和注漿，在基坑頂部距地連墻接縫0.5m 處鉆2 個(gè)孔，通過(guò)袖閥管注漿加固地連墻外側(cè)的土體。地下水的主要滲漏通道得到了有效的控制，水的實(shí)際流速明顯降低，如表1 所示。

表1 地下水流速 (單位：cm/s）

圖3 為采用袖閥管加固后的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)、金碧苑住宅樓以及現(xiàn)代國(guó)際大廈的變形云圖。相比加固前而言，靠近基坑一側(cè)的P1、P2、P3 和P4 測(cè)點(diǎn)的豎向沉降值有了一定的降低，但遠(yuǎn)離基坑的P5、P6、P7 和P8 測(cè)點(diǎn)的沉降值略有降低。但是袖閥管加固對(duì)金碧苑住宅樓的沉降改善效果不明顯，僅減小8.0%。經(jīng)注漿加固后的現(xiàn)代國(guó)際大廈最大沉降量降幅達(dá)22.1%。位于基坑周邊的地連墻的最大變形為30.4mm，比加固前降低4.7mm，降幅達(dá)13.4%。

4 分段開(kāi)挖

盡管采用袖閥管加固后的支護(hù)結(jié)構(gòu)和周邊建筑物的沉降和變形均有一定程度的改善，但降幅并不明顯。為了更好地保障地鐵車(chē)站基坑的施工安全，地連墻接縫處使用袖閥管注漿加固的同時(shí)，采用分層分段開(kāi)挖并增設(shè)四道混凝土支撐和一道鋼支撐。計(jì)算工況如表2 所示。

表2 計(jì)算工況

布置于基坑?xùn)|側(cè)的現(xiàn)代國(guó)際大廈的P1 和P2測(cè)點(diǎn)采集到的沉降值明顯大于其他測(cè)點(diǎn)，最大沉降值為11.98mm。地連墻的整體最大變形為24.5mm。相對(duì)于未進(jìn)行袖閥管加固及未分段開(kāi)挖而言，地連墻最大變形有了明顯的改善，降幅達(dá)30.2%。布設(shè)于金碧苑住宅樓和現(xiàn)代國(guó)際大廈的8 個(gè)點(diǎn)位測(cè)得的沉降值與施工進(jìn)度的關(guān)系曲線(xiàn)如圖4 所示。經(jīng)袖閥管注漿加固和分段開(kāi)挖和支撐后，金碧苑住宅樓和現(xiàn)代國(guó)際大廈的沉降值大幅降低，降幅分別為54.0%和66.3%，有效保障了基坑開(kāi)挖的安全性。

圖4 節(jié)點(diǎn)沉降

5 結(jié)語(yǔ)

1）地連墻槽段間的接縫是地連墻發(fā)生地下水滲漏的薄弱部位，采用袖閥管注漿的方式加固接縫處的土體可有效阻斷滲漏通道，降低地下水的流速和流量。

2）靠近基坑一側(cè)的建筑物的沉降明顯大于遠(yuǎn)離基坑的測(cè)點(diǎn)，袖閥管加固可以減小地連墻的變形和建筑物的沉降，但改善幅度不明顯。

3）經(jīng)袖閥管注漿加固后，采用分段開(kāi)挖并增設(shè)支撐可大幅降低地連墻的變形和建筑物的沉降，顯著降低地鐵施工對(duì)周邊環(huán)境的擾動(dòng)。

4）施工過(guò)程中，需嚴(yán)密監(jiān)測(cè)金碧苑和現(xiàn)代國(guó)際大廈左側(cè)的下沉以及整體傾斜增量，做好相應(yīng)的預(yù)案，確保施工安全。