地鐵車站風(fēng)道蓋挖支撐失效原因及修復(fù)技術(shù)

□文 /秦銀剛

1 工程概況

某地鐵車站1號風(fēng)道基坑長約57.8 m、寬約23.4 m、開挖深度約10.5 m。基坑?xùn)|側(cè)距某大學(xué)宿舍樓約7.06 m。該宿舍樓共5層，16.3 m高，筏板基礎(chǔ)。因需解決管線遷改路由問題，風(fēng)道采用明挖+蓋挖結(jié)合的施工方法。

根據(jù)管線遷改需要，橫向蓋板寬度為11.7 m，在蓋挖范圍內(nèi)設(shè)置3排格構(gòu)柱，每排5根，作為蓋挖區(qū)域頂板的豎向支撐；蓋挖區(qū)域利用結(jié)構(gòu)永久頂板作為支撐結(jié)構(gòu)，頂板厚度為700 mm，明挖-蓋挖區(qū)域分界點(diǎn)的擋土墻高度為3.5 m，寬度600 mm，擋土墻鋼筋按構(gòu)造要求錨入頂板內(nèi)。明挖區(qū)域豎向設(shè)置2道φ609 mm t16鋼支撐，腰梁為［40c槽鋼，平面支撐間距約3.5～4.0 m；整個基坑采用φ800 mm@1 000 mm鉆孔灌注樁+φ800 mm@500 mm三重管雙高壓旋噴樁止水帷幕作為圍護(hù)體系，鉆孔灌注樁嵌入深度為8.5 m。見圖1。

圖1 基坑設(shè)計(jì)平面

2 事故經(jīng)過

明挖區(qū)域開挖至8 m時，20：00左右在3-6軸范圍內(nèi)采用2臺小挖機(jī)向蓋挖區(qū)域內(nèi)掏土，頂板上采用2臺長臂挖機(jī)配合出土，掏土最大寬度約4 m(向車站方向)、長度約 30 m、深度約 3.8 m。轉(zhuǎn)天 8：00，巡檢時發(fā)現(xiàn)2根格構(gòu)柱變形較大，遂將頂板上機(jī)械移走，清理板頂存土及其他物料；11：00，格構(gòu)柱變形明顯增大，和明挖交界處的格構(gòu)柱全部變形，見圖2；12：00經(jīng)專家現(xiàn)場研究決定，對明挖區(qū)域已開挖土方進(jìn)行回填，回填至第二道支撐下方；次日2:00土方已回填至第二道支撐底部，12：00蓋板下土方無法回填部位采用M1.0砂漿回填。

圖2 格構(gòu)柱損壞

3 事故原因

3.1 土方開挖問題

為便于蓋挖土方開挖，施工單位先將明挖區(qū)域土方一次性開挖到設(shè)計(jì)標(biāo)高，一次性開挖高度約7.5 m，然后從明挖區(qū)域向車站主體方向進(jìn)行蓋挖掏土施工，未遵循時空原理進(jìn)行分層、分段開挖。從地面到基坑底的土質(zhì)情況依次為雜填土、素填土、粉質(zhì)粘土，其中6-1、6-4粘土呈軟塑狀態(tài)且厚度約為4.4～7.5 m，剛好位于基坑開挖范圍之內(nèi)。軟塑土結(jié)構(gòu)一經(jīng)擾動破壞，強(qiáng)度就會急劇下降甚至呈流動狀態(tài)，蓋挖區(qū)土在擾動情況下有向明挖基坑滑動的傾向，側(cè)向推壓格構(gòu)柱，導(dǎo)致格構(gòu)柱變形。格構(gòu)柱柱頂開裂形態(tài)和土滑動趨勢方向相吻合。

3.2 格構(gòu)柱質(zhì)量問題

現(xiàn)場暴露出的格構(gòu)柱截面尺寸＜530 mm×530 mm，綴板焊縫不密實(shí)，降低了格構(gòu)柱整體剛度，給支撐系統(tǒng)的穩(wěn)定帶來不利影響。格構(gòu)柱樁孔周邊也未按圖紙要求進(jìn)行密實(shí)性回填，增加了格構(gòu)柱在開挖前的不穩(wěn)定因素。

3.3 超載現(xiàn)象

由于種種原因，現(xiàn)場掏挖出的土沒有及時運(yùn)送到棄土場，而是堆在現(xiàn)場蓋挖頂板上，局部地方堆土高度超過設(shè)計(jì)允許值。長臂挖掘機(jī)直接坐落于頂板施工作業(yè)，導(dǎo)致局部頂板承受荷載超過設(shè)計(jì)允許值。

3.4 監(jiān)測失效

事故發(fā)生后，專家團(tuán)隊(duì)到現(xiàn)場，施工單位未能提供相應(yīng)監(jiān)測數(shù)據(jù)。現(xiàn)場查勘發(fā)現(xiàn)部分監(jiān)測點(diǎn)已被損壞，部分監(jiān)測點(diǎn)被建筑器材占壓。因?yàn)楸O(jiān)測失效，致使基坑開挖過程中不能及時發(fā)現(xiàn)隱患，無法判斷施工工藝和施工參數(shù)是否符合設(shè)計(jì)計(jì)算需求，支撐系統(tǒng)受力是否均衡性無從得知，在基坑發(fā)生事故事前也發(fā)現(xiàn)不了征兆。

4 處理措施

4.1 應(yīng)急處理措施

將蓋板上機(jī)械移走，清理板頂存土及其他物料；恢復(fù)監(jiān)測點(diǎn)并進(jìn)行第一次監(jiān)測取值，監(jiān)測頻率確定為每隔4 h監(jiān)測一次；對明挖區(qū)域及已掏挖的蓋挖區(qū)域進(jìn)行土方回填，明挖區(qū)域回填至第二道支撐下方，蓋挖區(qū)域回填至頂板位置，蓋板下土方無法回填部位采用M1.0砂漿回填，確保回填密實(shí)。

4.2 永久處理措施

4.2.1 方案比選

監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，采取應(yīng)急處理措施后，周邊環(huán)境、基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形等趨于穩(wěn)定。經(jīng)研究有兩種方案可以修復(fù)事故基坑：

1）維持原設(shè)計(jì)方案，對蓋挖區(qū)域失效的格構(gòu)柱進(jìn)行脫換；

2）補(bǔ)強(qiáng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)，拆除原蓋挖頂板，整個基坑進(jìn)行明挖施工。

方案一具有利用原來圍護(hù)結(jié)構(gòu)、不再另外增加圍護(hù)結(jié)構(gòu)，原來頂板和縱梁也利用，不遷改管線等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)為：托換格構(gòu)柱鉆孔灌注樁需穿透既有梁板，鉆孔范圍切斷縱梁鋼筋，鋼筋接頭位于同一截面內(nèi)，結(jié)構(gòu)永久受力有待進(jìn)一步驗(yàn)算且縱梁箍筋破除較多，構(gòu)造要求也難以滿足。考慮到土方開挖后回填土的密實(shí)性，對原狀土以上部分的灌注樁澆筑需采用鋼護(hù)筒保護(hù)；同時考慮結(jié)構(gòu)永久受力及施工鉆孔灌注樁的難易程度，該方案最終被放棄。

方案二雖然增加了圍護(hù)結(jié)構(gòu)并且需遷改管線，但結(jié)構(gòu)簡單、受力明確，永久結(jié)構(gòu)整體性及耐久性有保障，施工操作方便，最終選用方案二。

4.2.2 方案實(shí)施

在蓋挖區(qū)域兩端緊貼原止水帷幕增加φ800 mm@1 000 mm鉆孔灌注樁，樁長同原設(shè)計(jì)明挖段樁長，由車站主體向明挖區(qū)域方向延伸，與原明挖區(qū)域打結(jié)3根樁位置，再緊貼新施工鉆孔灌注樁增加一排φ800 mm@500 mm三重管雙高壓旋噴樁止水帷幕，新老止水帷幕之間采用旋噴樁重合搭接；樁頂設(shè)置冠梁，第一道設(shè)計(jì)為1 000 mm×1 000 mm鋼筋混凝土支撐，第二道為φ800 mm t16鋼支撐；見圖3。為避免蓋板破除導(dǎo)致圍護(hù)結(jié)構(gòu)松動，兩邊距離原圍護(hù)結(jié)構(gòu)1.5 m、斜向45°范圍內(nèi)的蓋板采用靜力切割技術(shù)拆除，其他范圍內(nèi)采用機(jī)械破除方式進(jìn)行。為避免開挖二次擾動?xùn)|側(cè)大學(xué)宿舍樓，事先在圍護(hù)結(jié)構(gòu)外進(jìn)行土體注漿固結(jié)。

圖3 最終修復(fù)方案平面

5 結(jié)語

該工程修復(fù)施工現(xiàn)已完成。從事故原因分析來看，監(jiān)測作為地下工程建設(shè)“眼睛”的作用不能忽視，施工中應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測與巡視，在出現(xiàn)事故征兆時及時采取措施予以預(yù)防；施工前應(yīng)詳細(xì)研究地質(zhì)情況，針對不同地質(zhì)采取與之相適應(yīng)的開挖技術(shù)方能保證施工順利進(jìn)行；施工應(yīng)加強(qiáng)過程管控，現(xiàn)場實(shí)施情況應(yīng)與設(shè)計(jì)工況相符。