深基坑施工對(duì)盾構(gòu)地鐵隧道的影響分析

陳 新 焱

(山西建設(shè)投資集團(tuán)有限公司，山西 太原 030002)

0 引言

隨著中國(guó)建筑土木行業(yè)的迅猛發(fā)展，在基礎(chǔ)施工中開挖的深度越來越深，對(duì)于深基坑的支護(hù)提出了更高的要求，深基坑的支護(hù)也變得多樣化[1]。在水平內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)材料的選取上，目前越來越多的采用型鋼組合支撐體。理論分析表明，臨界荷載隨著支撐體系抗側(cè)剛度的增加而增加，抗側(cè)剛度是影響支撐體系整體穩(wěn)定的關(guān)鍵因素[2]。

深基坑的開挖不僅要保證基坑本身的安全與穩(wěn)定，而且還要有效地控制基坑周圍地層移動(dòng)以達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的，尤其是在地基土質(zhì)較差的城市內(nèi)進(jìn)行基坑開挖施工時(shí)，經(jīng)常引起基坑周圍土體的較大變形，從而影響基坑周圍的建筑物、公共設(shè)施、道路、管線等的正常使用，特別是對(duì)于盾構(gòu)地鐵隧道的安全，引起各界人士的關(guān)注。因此，準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)因基坑開挖而引起的土體移動(dòng)，不僅是基坑降水開挖支護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要組成部分，而且是評(píng)價(jià)基坑開挖對(duì)周圍環(huán)境影響程度的一個(gè)重要指標(biāo)。

1 工程概況

該深基坑為太原地鐵2號(hào)線某站廣場(chǎng)綠地及配套停車場(chǎng)工程，建設(shè)內(nèi)容包括地上廣場(chǎng)管理用房、園路及場(chǎng)地鋪裝、景觀綠化、地下機(jī)動(dòng)停車位以及社會(huì)停車庫(kù)管理用房等，地下車庫(kù)為2層地下室(埋深約9 m)，建筑物為1層，根據(jù)招標(biāo)文件擬建建筑最大柱荷載約3 500 kN。距離深基坑北側(cè)10 m左右，為太原地鐵2號(hào)線某路站，且正在盾構(gòu)施工中[3]，其平面圖如圖1所示。

2 支護(hù)體系

傳統(tǒng)基坑的支撐主要有鋼筋混凝土支撐、鋼管支撐等。鋼筋混凝土支撐結(jié)合鉆孔灌注樁形成整個(gè)完整的支撐體系，該體系大多采用鋼筋制模，并用混凝土澆筑，形成的鋼筋混凝土支撐和鉆孔灌注樁作為支撐和擋土結(jié)構(gòu)，三軸水泥攪拌樁作為止水結(jié)構(gòu)。但其中的鋼材和混凝土的使用均為不可回收材料，并且會(huì)產(chǎn)生大量的泥漿排放量，同時(shí)造價(jià)高、施工周期長(zhǎng)、拆除噪聲大；鋼管支撐雖可循環(huán)使用，但其整體性差、結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接薄弱、可靠性低，基坑安全性可能會(huì)降低。這些傳統(tǒng)支撐結(jié)構(gòu)已逐漸不能滿足基坑工程對(duì)環(huán)境保護(hù)、綠色施工方面的要求[4，5]。

2.1 型鋼組合支撐體系

該系統(tǒng)采用一種高強(qiáng)度的型鋼，經(jīng)工廠加工形成模塊化的標(biāo)準(zhǔn)件，系統(tǒng)由模塊化組合標(biāo)準(zhǔn)件組成，根據(jù)設(shè)計(jì)要求任意組合增加預(yù)應(yīng)力的一種施工方法。其連接節(jié)點(diǎn)如圖2所示。

型鋼組合支撐體系結(jié)合鉆孔灌注樁或TRD工法或SMW工法，該系統(tǒng)中大多采用鋼材作為擋土、止水和支撐結(jié)構(gòu)，最后除去消耗部分，均會(huì)回收再利用，在材料消耗、碳排放、水資源消耗、能源消耗、垃圾排放等方面具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)對(duì)基坑周邊的位移影響也較小，適用于盾構(gòu)施工的地鐵項(xiàng)目周邊的基坑項(xiàng)目[6，7]。

2.2 圍護(hù)體系

結(jié)合基坑周邊環(huán)境情況，經(jīng)過討論決定采用鉆孔灌注樁作為圍護(hù)體系，同時(shí)結(jié)合三軸止水。鉆孔灌注樁的施工流程為：樁位放樣→埋設(shè)護(hù)筒→鉆機(jī)就位→鉆進(jìn)成孔→一次清孔→下鋼筋籠→下導(dǎo)管→二次清孔→灌注混凝土。

3 隧道影響分析

該項(xiàng)目支護(hù)施工完成后，開始土方的開挖，挖到基坑設(shè)計(jì)底標(biāo)高后馬上進(jìn)行基礎(chǔ)底板的澆筑，地下室的建設(shè)，最終型鋼支撐拆除。

3.1 支撐的影響

在深基坑工程中，基坑的跨度較大，在設(shè)置支撐時(shí)，對(duì)于其平面內(nèi)和平面外的穩(wěn)定性提出了很高的要求。目前一般的解決方法是：在平面外穩(wěn)定性，采用設(shè)置豎向立柱的方法；在平面內(nèi)穩(wěn)定性，通過增加桿件截面或縮短桿件計(jì)算長(zhǎng)度的方法。

型鋼組合支撐體系作為新興的支撐體系在早期的工程應(yīng)用中僅對(duì)每榀支撐內(nèi)的不同型鋼桿件設(shè)置蓋板以增加整體性，并未對(duì)各榀支撐進(jìn)行有效連接，使得各榀支撐發(fā)揮作用時(shí)相互獨(dú)立。因此隨著支撐桿件長(zhǎng)度增加，桿件平面內(nèi)穩(wěn)定性減小，臨界荷載減小，對(duì)周邊土體約束能力減弱。

在地鐵盾構(gòu)施工時(shí)，一般會(huì)采用隧道圍巖來抵抗土體的自重壓力，在型鋼組合支撐體系中設(shè)置橫向連桿是增加體系抗側(cè)剛度的一種方法，同時(shí)設(shè)置橫向支撐可減小壓桿計(jì)算。

3.2 圍護(hù)體系的影響

本項(xiàng)目在施工過程中，施工好鉆孔灌注樁、SMW三軸止水樁等圍護(hù)體系后，對(duì)臨近基坑的地鐵隧道周邊土體的側(cè)移位移進(jìn)行檢測(cè)，以監(jiān)測(cè)報(bào)告為依據(jù)，將cx3,cx7,cx11,cx15四點(diǎn)實(shí)測(cè)位移與理論計(jì)算結(jié)果作比較，如圖3所示。

經(jīng)過對(duì)深層土體位移曲線的對(duì)比與分析，發(fā)現(xiàn)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)結(jié)果與理論計(jì)算值基本吻合，cx3點(diǎn)因位于基坑出土口范圍，土體經(jīng)攪拌樁加固且基坑暴露時(shí)間相對(duì)較短，因而位移相對(duì)較小。

基于剖面計(jì)算結(jié)果，本文對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體計(jì)算，對(duì)比在支撐體系內(nèi)是否設(shè)置橫向連桿兩種情況下支撐體系平面受力及位移，分析橫向連桿在支撐體系內(nèi)所起的作用。在結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面，傳統(tǒng)的鋼筋混凝土支撐因易成形，不易變形，截面剛度大且適用于各種類型的基坑等優(yōu)點(diǎn)而廣泛使用。型鋼組合支撐體系在布置時(shí)通常會(huì)在受壓主桿間設(shè)置連系梁，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使原本各自獨(dú)立的支撐桿件形成整體以提高平面內(nèi)穩(wěn)定性[8]。

4 結(jié)語

在使用型鋼組合支撐體系時(shí)通過增加橫向連桿的方法來提高基坑整體穩(wěn)定性，橫向連桿可約束支撐桿件平面內(nèi)變形，從而減小因支撐桿件偏心受壓所產(chǎn)生的彎矩。經(jīng)過對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的整理和分析，發(fā)現(xiàn)型鋼組合支撐體系內(nèi)設(shè)置橫向連桿后，對(duì)基坑的整體穩(wěn)定性有明顯的提高，從而減少了對(duì)周邊地鐵隧道位移的影響。同時(shí)采用鉆孔灌注樁加SMW三軸止水的形式，經(jīng)過對(duì)隧道周邊位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)土體側(cè)移較小，均在2 cm以內(nèi)，且與理論計(jì)算結(jié)果接近，很好的保護(hù)了地鐵隧道的正常施工。