某引發地鐵隧道變形的深基坑搶險復工設計

林作忠

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司， 湖北武漢 430063)

某引發地鐵隧道變形的深基坑搶險復工設計

林作忠

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司， 湖北武漢 430063)

位于即將開通運營某地鐵線路一側的商務中心大型基坑采用樁錨支護形式。由于基坑大范圍開挖至基底，圍護結構產生了較大位移，導致臨近的地鐵盾構隧道發生了嚴重變形。為了保證隧道的安全，立即對基坑進行了回填土反壓處理。通過監測，在明確隧道的變形和基坑的位移趨于穩定后，設計方編制了基坑的搶險復工方案，施工方根據該方案，采取了分塊開挖的方式，完成了商務中心地下室結構的施工。隧道的后續變形控制在設計方提出的建議值之內，隧道管片經過加固處理后能夠繼續使用。

嚴重變形；回填土反壓；分塊開挖；搶險措施

1 工程概況

某商務中心基坑包含該商務中心的四層地下商場及車庫，場地位于某市東南部新區，距市區中心約26 km。場地東鄰正在開發地塊，北側為空地、南及西側均為市政道路，該市軌道交通1號線區間隧道位于西側道路正下方。本項目對應基坑開挖面積約23 958 m2；基坑支護周長約639 m，按勘察現狀地面高程計算，基坑周邊開挖深度13.70～20.50 m，其中基坑西南角深度較大，西北角深度較小(圖1)。

圖1 某商務中心基坑平面

2 圍護結構設計概況

基坑深度范圍內從上往下依次分布有填土、粉質黏土、粉細砂、粉砂、礫砂、泥炭質土等土層，地下水位為地面以下4～5 m。

基坑的支護形式結合現場的實際情況進行選擇：基坑北側和東側現場有放坡條件，采用復合土釘墻進行支護；基坑的西側和南側，采用“頂部放坡+旋挖灌注樁+預應力錨索”的支護方案，放坡段根據基坑場地條件以及土層情況的不同，采用不同的坡率以及平臺寬度。當頂部放坡空間有限時，采用長螺旋灌注短樁和人工挖孔短樁進行加固。由于基坑西側臨近地鐵隧道，南側是剛剛竣工的市政道路，在圍護樁外側設置了落地止水帷幕，以確保基坑開挖過程中的環境安全(圖2)。

圖2 某商務中心基坑圍護剖面(單位：mm)

3 基坑應急處理措施

基坑大面積開挖至基底時，業主方要求增加地下室的高度，基坑的實際開挖深度比原設計加深了1 m，基坑最深處為21.5 m。7月份正值該地區雨季，連日下雨，大片底板未能及時澆筑，基坑暴露時間長，基坑西側尤其是南角的圍護結構出現較大變形。

根據現場了解，該商務中心基坑分別出現兩次較大變形，第一次變形較大的時間為7月11日，變形較大部位位于基坑中部靠近西南角，施工方采取了應急措施，回填了部分反壓土；第二次基坑出現較大變形時間為7月17日，基坑西北側出現了滑坡。基坑出現較大變形，與大面積開挖有關，同時也與基坑超挖有關(比原設計加深1 m)。

7月25日下午，地鐵方施工人員對該商務中心基坑事故區域的區間隧道進行巡視時發現：編號222、234、235、236、238的管片左側拱腰位置出現碎裂裂紋，裂紋位置位于隧道東側，呈南北走向，裂紋最大寬度約2 cm(編號238管片)。同時，管片表面出現較多的混凝土脫落現象，情況危急。該區間隧道已于此前一年7月10日貫通，同年12月移交鋪軌單位施工，隧道移交前，隧道防水堵漏、斷面測量等工作均按設計要求完成。在管片開裂之前，各工序工作基本完成，已經具備試通車條件。

地鐵試運行在即，突然出現了嚴重的變形和開裂，軌道公司、相關主管部門、隧道施工單位高度重視，立即召開專家討論會，分析得出隧道的嚴重變形是由于該基坑大面積開挖和超挖產生的側向變形引起的(圖3)，圍護樁發生較大的側移，樁后土體也隨之發生了側移，樁錨體系的側移導致區間隧道管片兩側土體壓力失衡，隧道管片處于偏壓狀態，產生了水平位移和豎向位移，隧道出現較大開裂。軌道公司、相關主管部門責成商務中心地產方立即啟動應急預案，停止底板施工，并對基坑西側進行回填土反壓處理，同時地鐵隧道施工方立即對出現嚴重開裂的隧道管片增加了鋼托架，以控制管片的變形，同時加強了商務中心基坑的監測和管片的變形監測。

圖3 商務中心基坑與隧道位置關系

回填反壓后，對基坑及隧道管片進行了連續一周的加密監測，二者的變形均趨于穩定。在此期間，軌道公司委托某高校對變形嚴重的隧道管片進行了檢測和鑒定，給出的意見是隧道管片經過加固可以繼續使用，但變形已經達到臨界狀態。相關主管部門向商務中心地產方下達了停工令，防止任何未經許可的取土行為，以確保地鐵隧道的安全。

4 基坑復工方案

4.1 復工方案的提出

在回填反壓處理之后，商務中心地產方為趕工期繼續進行基坑中部和西側的土體開挖以及地下室結構的施工，在相關主管部門的嚴密監察下才未對反壓土進行取土。當時面臨的一個問題就是地鐵要保證如期試運行，而商務中心地下室的后續施工又必須涉及到再次取土的問題。

根據收集到的現場資料以及基坑的原設計文件，我方針對目前的開挖現狀做了圍護結構的驗算。結果顯示，在基坑普遍超挖1 m的條件下，圍護結構的整體穩定性、坑底抗隆起勉強滿足設計規范要求，計算所得到的圍護結構水平位移值較原設計大，超挖條件下，樁錨支護體系的圍護結構水平位移難以得到有效控制。

與隧道順行的基坑西側范圍，是圍護結構水平位移較大的范圍，管片開裂最嚴重的幾個環片也對應在這個范圍內。

我方設計人員根據現場的監測數據提出了基于錨索未完全失效情況下的復工方案，大致思路是將影響隧道的順行區域反壓土體分成若干條塊，并采取跳倉開挖的方式，對于每一倉的反壓土，均采取分層取土的方法，分兩次取土，第一次取土的深度不超過隧道的頂高程。取土完畢后，施做腰梁，并利用基坑中部已施工的結構底板設置斜向混凝土支撐，支撐以底板上的支墩和混凝土腰梁為支點。經過分析計算，混凝土支撐采用600X800、C30現澆混凝土支撐，水平間距約為8 m(與某商務中心地下室結構柱距大致保持相同，以方便結構施工)。混凝土支撐在結構回筑階段考慮為不拆除支撐，支撐與即將施工的側墻之間采用防水接頭處理，結構施工完畢后予以割除。對應于本方案，設計方提出，在后續抽條挖取反壓土時，圍護結構的新增水平位移控制在15 mm以內，同時要求隧道管片監測與基坑變形監測進行聯測，并做到監測結果相互反饋和共享。在圍護結構新增水平位移15 mm以內的條件下，結合高校出具的管片檢測報告和建議，設計方提出的盾構隧道管片的新增變形不得超過10 mm。

4.2 復工方案的實施

在方案實施前，必須對復工方案作專家評審。9月11日，由相關主管部門組織召開了專家討論會，專家針對我方提出的復工方案，主要提出以下意見：

①應全面調查基坑現狀，盡快組織對現有支護結構(支護樁、錨索)進行必要的檢測，設計應根據檢測情況對現設計方案進行復核驗算，以保證工程安全。

②應完善斜撐構造設計，保證樁-錨-撐整體受力體系的可靠性。

③應對現有止水帷幕有效性進行合理評估，盡快封閉滲漏點，鑒于本場地存在粉土、粉砂層，降水不當將可能形成流砂，現設計方案應補充完善對地下水的控制措施，以保證彩云南路坑邊與地鐵隧道之間地下水的穩定。

④應進一步完善監測方案，設置土體深層位移監測孔，并對變形速度和控制值提出要求。

⑤專家組原則上同意設計方提出的搶險復工設計方案，但應完善設計依據，按照相關規范要求，認真細化設計，對加固支護機構設計及隧道提出明確的預警值及控制值。

縱觀專家組的意見，無疑都集中在確保隧道安全的基礎上，但對于專家提出的要求對錨索進行檢測的意見，設計方認為存在一定的難度，且沒有必要性。針對目前的現狀，最能反映現狀問題的就是基坑和隧道的各項監測結果。如何檢驗圍護樁和錨索是否失效或者一旦失效了，如何檢驗失效的程度，都不是現場檢測實驗能夠準確得出的。對于專家提出的意見，設計方提出一個大膽的設想，即在順行隧道的西側反壓土中部，拉開一條約為10 m的槽段，槽段直接拉到基坑底部，且不增加任何支撐，并對槽段范圍內的樁及錨索進行位移監測和內力監測，而主要重點在圍護結構的水平位移監測上。通過7天的連續監測，發現新增的位移約為5 mm，隧道新增的變形約為4 mm，且趨于穩定。由此，設計方判斷，樁錨體系并未失效，采取增加腰梁和混凝土支撐的補救措施，能夠滿足再次取土時圍護結構以及盾構管片的變形要求。

9月19日，施工現場開始復工，進行西側的取土作業。在此之前，設計方就復工方案的要點和注意事項等內容向施工方進行了詳細交底并要求施工方嚴格遵照執行，同時施工單位必須根據復工方案編制詳盡的應急預案，確保隧道的安全。

首先實施的就是拉槽的區段，經過一周左右的時間，該區段的地下室結構基本施工完畢，在基坑西側中間位置形成了強有力的板撐(圖4)。以此段支撐為分界，向基坑南側和北側同時進行跳倉開挖，分層取土，施做混凝土支撐，同時加強隧道和基坑的監測，并將二者的監測進行連動比較。監測結果反映，采用設計方提出的分塊分層開挖土體并增加混凝土支撐的方案，實施過程中基坑圍護結構水平位移和隧道管片的變形均滿足設計方提出的控制值，整個施工過程得到了較好的把控。經過約2個半月的施工，順行地鐵隧道的西側基坑部分地下室結構全部完成，既滿足了該商務中心的工期要求，也保證了地鐵的順利試運行，取得了良好的社會效益。

圖4 基坑抽條開挖施工過程

5 結束語

某商務中心樁錨支護基坑，由于基坑大范圍超挖，圍護結構產生了較大水平位移，導致臨近的地鐵盾構隧道發生了嚴重變形。為了保證隧道的安全，立即對基坑進行了回填土反壓處理。通過監測，在明確隧道的變形和基坑的位移趨于穩定后，設計方編制了基坑的復工方案并通過了專家評審。施工方根據該方案，采取了抽條開挖的方式，完成了商務中心地下室結構的施工，同時隧道的后續變形控制在設計方提出的建議值之內，既保證了某商務中心的工期，又滿足地鐵開通試運行的條件，是一次成功的基坑病害整治過程，收到了良好的效果，可為今后同類工程提供參考和借鑒。

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DesignofEmergencyDealingandRestorationConstructionforDeepFoundationPitWhichCausedDeformationofSubwayTunnel

LIN Zuo-zhong

2014-06-05

林作忠(1971—)，男，1994年畢業于同濟大學地下工程與隧道工程專業，工學學士，高級工程師。

1672-7479(2014)04-0040-04

TU922

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