超深盾構(gòu)井施工中對(duì)特殊建筑的保護(hù)

□文/張鐵成 劉 泉 陳 瑜

工程概況

天津地鐵3號(hào)線工程和平路站坐落于和平區(qū)勸業(yè)場(chǎng)中心商業(yè)區(qū)，小里程盾構(gòu)井長(zhǎng)27.9 m，寬26.7 m，基坑深23 m，天津市標(biāo)志性建筑之一渤海大樓距離小里程盾構(gòu)接收井基坑僅7.6 m。

渤海大樓由法商永和營(yíng)造公司設(shè)計(jì)，建于1936年，位于和平路與丹東路交口，占地0.06 hm2，建筑面積4 088 m2。該樓為8層（局部10層）框架結(jié)構(gòu)，總高度47.47 m，基礎(chǔ)為筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深約2.0 m，內(nèi)墻為空心磚墻，外墻為磚墻。2005年8月天津市政府把渤海大樓列為0110025號(hào)特殊保護(hù)建筑物。

地質(zhì)概況

工程地層主要為第四系全新人工填土層，第Ⅰ陸相層、第Ⅰ海相層、第Ⅱ陸相層、第Ⅲ陸相層、第Ⅱ海相層、第Ⅳ陸相層。開挖范圍內(nèi)以粉質(zhì)粘土、粉砂為主。渤海大樓基礎(chǔ)坐落于①2素填土層中，素填土以粘性土為主。

場(chǎng)地內(nèi)表層地下水類型為第四系孔隙潛水。附存于第Ⅱ陸相層及以下粉砂和粉土中的地下水，為微承壓水。

潛水附存于人工填土層①層、第Ⅰ陸相層③層及第Ⅰ海相層④層中。微承壓水以第Ⅱ陸相層⑤1粉質(zhì)粘土、⑥1粉質(zhì)粘土為隔水頂板。⑥2粉土、⑥4粉砂、⑦2粉土、⑦4粉砂、⑦9細(xì)砂、⑨2粉土、⑨4粉砂、⑨9粉砂、⑩2粉土、⑩4粉砂為主要含水地層，含水層厚度較大，分布相對(duì)穩(wěn)定。勘測(cè)期間微承壓水穩(wěn)定水位埋深約為3.41 m（高程約為-0.83 m）。

基坑開挖

設(shè)計(jì)方案

基坑采用蓋挖逆作法施工，小里程盾構(gòu)井采用明挖法施工，原設(shè)計(jì)方案明挖與蓋挖基坑連在一起，同時(shí)施工。考慮到渤海大樓的安全，在盾構(gòu)井明挖段與車站蓋挖段之間增加一道隔離墻（地連墻），使小里程盾構(gòu)井單獨(dú)封閉、明挖順作法施工。根據(jù)施工組織，先開挖盾構(gòu)井然后開挖其他蓋挖部分。

盾構(gòu)井采用角撐和對(duì)撐相結(jié)合的支撐體系，豎直方向共設(shè)置5層支撐，盾構(gòu)井前端全部為角撐，每層共10根支撐；后端為角撐配合支撐，每層角撐共8根，直撐1根，在每層的角部設(shè)置鋼筋混凝土角撐，第5層因開挖深度變化將角撐改為對(duì)撐，第5層支撐共3根。因支撐長(zhǎng)度較大，為保證支撐受力合理，每層支撐中間增加聯(lián)系梁，聯(lián)系梁基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁插格構(gòu)柱。地連墻厚度1 m，標(biāo)準(zhǔn)幅寬5 m，深度40.05 m。地連墻接頭形式采用工字鋼接頭。為保證墻底承載力和止水效果，澆注時(shí)每幅預(yù)埋2根φ48mm墻趾注漿管，施工完成后進(jìn)行墻趾注漿。

施工控制

（1）基坑開挖時(shí)兩倍基坑深度范圍內(nèi)地面荷載不得＞20 kPa，以防地面荷載對(duì)基坑側(cè)壓過大引起基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形及基底隆起。

（2）開挖前準(zhǔn)備注漿泵及相關(guān)的設(shè)備，開挖中如發(fā)現(xiàn)圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲水，立即組織人員進(jìn)行注漿并設(shè)專門技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)值班。注漿液采用水泥和外加劑，具體配合比根據(jù)施工情況確定。

（3）基坑開挖時(shí)挖掘機(jī)不得碰撞鋼支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)，基坑周邊土方由人工配合挖掘機(jī)開挖施工。

（4）在基坑土方開挖過程中，嚴(yán)格執(zhí)行開槽支撐，先撐后挖，分層開挖，嚴(yán)禁超挖的原則；充分考慮基坑開挖的時(shí)空效應(yīng)，必要時(shí)可考慮采用抽槽開挖方法，即先挖除支撐位置土方，再開挖其他土體。

對(duì)渤海大樓保護(hù)措施

盾構(gòu)井基坑開挖后，土體平衡發(fā)生很大變化，引起渤海大樓的沉降，由此引起房屋裂縫、傾斜。基坑開挖引起的地基變化為非彈性變形無法恢復(fù)，所以要在開挖前先對(duì)地基進(jìn)行加固處理，減少地基的變形量。

設(shè)置隔離樁

基坑開挖前在渤海大樓和基坑之間設(shè)置隔離樁，隔離樁采用2排三重管高壓旋噴樁，旋噴樁底部位于基坑底部以下12 m，樁頂?shù)降孛妗８綦x樁有2方面的作用：一是減少坑外土體的變形；二是防止地連墻接縫漏水。見圖1。

圖1 隔離樁布置示意

超前預(yù)注漿加固地基

基坑開挖前注漿加固地基，保護(hù)渤海大樓基礎(chǔ)然后再開挖基坑。超前預(yù)注漿分階段進(jìn)行，邊注漿邊開挖基坑，始終保持加固深度在基坑開挖底面以下≮5 m。總體加固深度為基坑開挖面以下5 m，加固體頂部位于地面下1 m。

注漿分5步進(jìn)行。第1步鉆孔深度7 m，從底部開始向上分層注漿，當(dāng)注漿壓或注漿量達(dá)到要求后向上提升注漿管，提升高度為0.3～0.5 m，按照此步距注漿直至地面下1 m。所有的注漿孔注漿完成后向下開挖基坑到第1層支撐位置，架設(shè)第1層支撐；第2步在原來的注漿孔位置向下繼續(xù)鉆孔，鉆孔深度比第1步孔深6 m，總深度為13 m；第3步在第2步的基礎(chǔ)上向下鉆孔深度5 m，總深度18 m；按照以上步驟先分層注漿后開挖至第5步注漿鉆孔總深度27 m，第5步注漿完成后開挖第5層土方，架設(shè)第5道支撐，然后向下開挖第6層土方直至開挖到基底。

超前預(yù)注漿孔共兩排，第一排注漿孔距離渤海大樓側(cè)墻1 m，兩排注漿孔梅花型布置，排距1.2 m，同一排內(nèi)注漿孔間距1.2 m。先注靠近大樓一側(cè)的注漿孔，間隔兩孔注漿，內(nèi)側(cè)孔注完后注外側(cè)孔。見圖2。

圖2 注漿孔布置

漿液采用水泥、水玻璃雙液漿，配合比為1∶1（體積比），水玻璃濃度為 35 Be′，水泥漿配合比為 1∶1（質(zhì)量比），注漿速度為 10～20 L/min，凝結(jié)時(shí)間 60～120 s，注漿壓力2～3 MPa，擴(kuò)散半徑1 m。注漿量根據(jù)圍護(hù)墻的估算位移量及各層土的空隙率來確定。

跟蹤注漿加固地基

基坑開挖后，經(jīng)過注漿的土體可能還要產(chǎn)生一定的變形量。預(yù)注漿改良了地基土體性狀，減小因基坑開挖引起的變形量，基坑開挖過程中產(chǎn)生的變形需要采取跟蹤注漿的方法來彌補(bǔ)。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果反復(fù)的注漿，控制渤海大樓的沉降。

跟蹤注漿孔的位置和預(yù)注漿孔重合，預(yù)注漿完成后，將注漿管繼續(xù)向上提升繼續(xù)注漿，注漿管提升步距為0.3～0.5m，注漿壓力2～3MPa，漿液為水泥水玻璃雙液漿，凝結(jié)時(shí)間 60～120s。

基坑降水

盡量減少降壓井抽水時(shí)間，根據(jù)水位監(jiān)測(cè)和坑底隆起監(jiān)測(cè)情況確定是否啟動(dòng)降壓井。

開挖過程中注意觀察圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲水情況，發(fā)現(xiàn)圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲漏水應(yīng)停止開挖，及時(shí)堵漏。

應(yīng)急預(yù)案

（1）基坑降水期間預(yù)備發(fā)電機(jī)并接好雙回路電源，以保證在停電期間連續(xù)降水。現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備多臺(tái)抽水泵，以備抽水設(shè)備故障時(shí)及時(shí)更換。

（2）基坑較深，基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)至關(guān)重要，如出現(xiàn)局部滲漏應(yīng)及時(shí)處理。

（3）嚴(yán)格控制基坑外地表沉降，及時(shí)對(duì)渤海大樓跟蹤注漿，減少沉降造成的破壞。

（4）在場(chǎng)地內(nèi)備土量不少于1 000 m3，遇到特殊情況及時(shí)回填基坑。

（5）現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備充足的應(yīng)急物資和應(yīng)急設(shè)備。

監(jiān)測(cè)結(jié)果及分析

基坑開挖準(zhǔn)備工作完成后，渤海大樓最大沉降量為18.31mm，各測(cè)點(diǎn)沉降較均勻。基坑開挖至結(jié)構(gòu)封頂階段渤海大樓沉降最大約6mm。地連墻施工階段由于設(shè)備成槽時(shí)對(duì)土體擾動(dòng)大，在砂層成槽困難，成槽時(shí)間長(zhǎng)等原因?qū)е碌剡B墻施工對(duì)周邊環(huán)境影響大。由于開挖前采取了保護(hù)措施，因而對(duì)渤海大樓沉降影響降到了最小化。