高鐵保護(hù)區(qū)深基坑分期修建技術(shù)研究

由于高鐵隧道對(duì)變形控制要求較高，高鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)基坑變形管控嚴(yán)格，導(dǎo)致高鐵隧道附近的建設(shè)工程施工難、驗(yàn)收難、保護(hù)難，因此對(duì)高鐵隧道附近的工程建設(shè)提出了較高要求[1]。基于此，本文提出將高鐵隧道附近的建設(shè)工程沿高鐵保護(hù)區(qū)分界線劃分為二期開發(fā)的方法，探討分期施工基坑支護(hù)、降水及土方工程，以達(dá)到減少施工過程中地下高鐵隧道的變形量、保證基坑工程施工安全的目的。

1 工程概況

天津?yàn)I海萬達(dá)廣場(chǎng)位于天津市濱海新區(qū)，總建筑面積16.3萬m2，高鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)地下1層，其余位置地下2層，地上33層，鋼筋混凝土鉆孔灌注樁+防水板地基基礎(chǔ)。項(xiàng)目鄰近津?yàn)I高鐵隧道。隧道頂位于現(xiàn)地表下10.5～14.5 m，直徑11.6 m，底端位于現(xiàn)地表下22.1～26.1 m。項(xiàng)目南側(cè)地下室外墻距離高鐵隧道線約為20.0～24.0 m。基坑施工過程中，將整體工程沿高鐵保護(hù)區(qū)分界線分為兩期實(shí)施。

2 分期施工情況

高鐵保護(hù)區(qū)外基坑為一期工程，先行施工。一期基坑面積約19 000㎡，周長(zhǎng)570 m，場(chǎng)地自然地坪標(biāo)高為大沽標(biāo)高2.000 m，基坑底標(biāo)高為大沽標(biāo)高-7.500 m，基坑普遍開挖深度為9.5 m。基坑周圍采用三軸攪拌樁止水帷幕止水，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注支護(hù)樁和一道水平支撐體系，支撐體系采用2道對(duì)撐和4個(gè)環(huán)撐組合而成[2]。見圖1。

圖1 一期施工工藝布局

高鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)基坑為二期工程，待一期工程施工完成并穩(wěn)定后再進(jìn)行。二期基坑面積約6 222 m2，周長(zhǎng)448 m，場(chǎng)地自然地坪標(biāo)高為大沽標(biāo)高2.000 m，基坑底標(biāo)高為大沽標(biāo)高-3.050 m，基坑普遍開挖深度為5.05 m。基坑周圍采用三軸攪拌樁止水帷幕止水，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注支護(hù)樁和一道水平支撐體系，支撐體系采用2道對(duì)撐和保護(hù)區(qū)外支撐、結(jié)構(gòu)組合而成。見圖2。

圖2 二期施工工藝布局

3 分期修建技術(shù)方案

3.1 降水

3.1.1 細(xì)化施工

在編制降水施工方案時(shí)對(duì)降水引起的土體形變進(jìn)行細(xì)化分析，降水井的布置數(shù)量及布置位置應(yīng)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況相結(jié)合。根據(jù)降水井、觀測(cè)井、回灌井的數(shù)量及位置進(jìn)行降水施工方案編制，包括井口的施工機(jī)具選擇、人員配備；井口的施工順序；降水井作業(yè)管理；降水井的保護(hù)措施等方面。見圖3。

降水開始前，需對(duì)基坑內(nèi)外水位及周邊環(huán)境進(jìn)行全面的監(jiān)測(cè)，以確保降水效果并及時(shí)掌握降水對(duì)周邊環(huán)境的影響情況。在降水開始前應(yīng)做好井點(diǎn)和管路的清洗和檢查工作，如發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，防止“死井現(xiàn)象”的發(fā)生。降水單位在基坑開挖期間應(yīng)每天測(cè)報(bào)抽水量及坑內(nèi)地下水位。

圖3 基坑降水井、回灌井結(jié)構(gòu)剖面

3.1.2 高鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)回灌工藝及技術(shù)要求

為減小高鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)降水過程對(duì)基坑外水位的影響，高鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)設(shè)置回灌設(shè)施。在坑外基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)與隧道之間設(shè)置一定數(shù)量的承壓水回灌井，在基坑坑內(nèi)降水期間坑外進(jìn)行針對(duì)承壓水的自動(dòng)無壓回灌，確保坑外承壓水水位不下降。考慮基坑自身風(fēng)險(xiǎn)，在坑外布置觀測(cè)井，及時(shí)掌握坑內(nèi)降水對(duì)坑外水位的影響。為減少降水對(duì)坑外環(huán)境的影響，降水運(yùn)行控制期間，嚴(yán)格執(zhí)行“分層降水、按需降水、動(dòng)態(tài)調(diào)整”的原則，盡量減小坑外水位下降對(duì)環(huán)境的影響。同時(shí)坑內(nèi)降水嚴(yán)格與基坑土方開挖相對(duì)應(yīng)，做好分層、分區(qū)域降水。

回灌分加壓回灌和無壓回灌兩種，兩種回灌工藝的設(shè)備完全不同，需要結(jié)合地層特點(diǎn)以及根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)備的選取。回灌井的回灌量與含水層的滲透性有密切關(guān)系，在不同滲透性能的含水層中，井的回灌量差別很大。為了保持一定的回灌量，滲透性好的含水層，井中的回灌水位較小；反之滲透性愈差，井中所需的回灌水位就愈高[3]。

回灌過程中加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)無壓回灌不能滿足要求時(shí)，可結(jié)合實(shí)際情況，采用加壓回灌。

采用抽灌一體化的整體回灌理念。堅(jiān)持同灌同抽原則，基坑內(nèi)開始降水，坑外即同時(shí)開始回灌。回灌井內(nèi)水位下降幅度超過10 cm回灌自動(dòng)啟動(dòng)，水位超過初始水位10 cm時(shí)回灌自動(dòng)終止。水位回灌采用專業(yè)設(shè)備自動(dòng)控制，始終保持回灌井水位在初始水位±10 cm范圍內(nèi)；同時(shí)人工輔助巡視，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)反饋并進(jìn)行調(diào)整。

主要以基坑內(nèi)抽水井的地下水作為回灌水，地下水必須經(jīng)過濾處理后方可進(jìn)行回灌使用；坑內(nèi)地下水不能滿足要求時(shí)，可考慮利用自來水[4]。

3.1.3 回灌技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

采用分期降水措施，在高鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)與隧道之間設(shè)置一定數(shù)量的承壓水回灌井，保證在基坑降水期間不對(duì)止水帷幕外的地下水位產(chǎn)生影響，最大限度避免因水位變化、水壓變化導(dǎo)致的高鐵隧道位移。

3.2 支撐分期施工交接位置處理方法

保護(hù)區(qū)內(nèi)支撐與保護(hù)區(qū)外交接部位在對(duì)應(yīng)保護(hù)區(qū)外原冠梁上方增加連接冠梁，采用植筋方式進(jìn)行連接，同時(shí)增設(shè)鋼筋混凝土傳力桿，與保護(hù)區(qū)外地下結(jié)構(gòu)相連接。

在保護(hù)區(qū)外地下頂板梁結(jié)構(gòu)施工時(shí)，按照傳力桿對(duì)應(yīng)位置結(jié)構(gòu)梁配筋預(yù)留鋼筋，待保護(hù)區(qū)內(nèi)支撐施工時(shí)與保護(hù)區(qū)內(nèi)冠梁鋼筋相連接。

3.3 分期施工土方開挖方法

高鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)外土方分期開挖，在保證施工進(jìn)度的同時(shí)，縮小了對(duì)高鐵隧道產(chǎn)生影響的土方開挖體量，配合高鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)土方開挖采取縱向分區(qū)、分段開挖的方法，最大限度減小因土方開挖、土體側(cè)壓力減小產(chǎn)生的土體擾動(dòng)。同時(shí)因?yàn)殚_挖面積減小，基坑支護(hù)的剛度相對(duì)變大，可以更有效防止基坑外土體變形，進(jìn)而保證高鐵隧道偏移不超過限定值。

3.3.1 一期開挖

采取常規(guī)方式，冠梁、支撐施工完畢且混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%后，基坑降水至基底0.5 m以下，降水井施工完畢持續(xù)降水8 d左右。進(jìn)行土方開挖施工，首先沿基坑周圈開挖土方，從基坑邊向圓環(huán)中挖運(yùn)，在支撐周邊掏挖出較大空隙，滿足挖機(jī)進(jìn)入支撐下部，將土方向外側(cè)翻運(yùn)；最后采用長(zhǎng)臂挖機(jī)掏挖支撐下土方。

3.3.2 二期土方開挖

采取分區(qū)、分段開挖的方法，與降水相結(jié)合。例如，開挖一區(qū)時(shí)，啟動(dòng)一、二區(qū)降水，開挖二區(qū)時(shí)，啟動(dòng)二、三區(qū)降水，以此類推。見圖4。

分區(qū)開挖主要目的是減少大面積降水對(duì)高鐵隧道沉降的影響。同時(shí)進(jìn)行支護(hù)外高鐵隧道一側(cè)的降水回灌施工，保持回灌井水位在初始水位±10 cm范圍內(nèi)。

圖4 保護(hù)區(qū)內(nèi)開挖降水對(duì)應(yīng)關(guān)系

4 分期施工的優(yōu)越性

該項(xiàng)目整體基坑開挖面積約2.5萬m2，開挖方量大、周期長(zhǎng)，基坑變形控制難度較大，難以控制對(duì)高鐵隧道偏移量的影響。通過高鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)外分區(qū)開挖的方式，將高鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)的基坑作為二期，在一期基坑及地下室施工完成后再進(jìn)行施工，將影響高鐵隧道的基坑面積縮小為6 222㎡。開挖方量小，施工周期短，基坑變形較容易控制；同時(shí)對(duì)高鐵隧道偏移量的影響較小，易對(duì)偏移進(jìn)行修正。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)高鐵工程建設(shè)不斷發(fā)展，建筑工程與高鐵工程必然產(chǎn)生更多交集；通過對(duì)此工程案例研究可以確定，將鄰近高鐵保護(hù)區(qū)的建筑工程分區(qū)開發(fā)建設(shè)，無論對(duì)建設(shè)工程的工期、質(zhì)量控制，還是對(duì)高鐵工程的安全控制，都具有積極意義。