臨近地鐵側(cè)微擾動(dòng)施工措施的研究

焦 卓

(上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司，上海 200433)

1 概述

基坑安全和周邊變形控制，是衡量深基坑工程成敗的兩大關(guān)鍵因素。上海近地鐵側(cè)深基坑施工作為復(fù)雜環(huán)境下施工的最具代表場(chǎng)景之一，以其嚴(yán)苛的變形控制和規(guī)范的全過(guò)程施工聞名業(yè)內(nèi)。隨著上海2035規(guī)劃愿景的藍(lán)圖逐步實(shí)施，未來(lái)上海的軌道交通將迎來(lái)里程碑式的建設(shè)大潮，隨之而來(lái)的近地鐵深基坑施工也將愈發(fā)普及、愈發(fā)復(fù)雜。對(duì)臨近地鐵側(cè)微擾動(dòng)施工措施的研究已然刻不容緩，意義深遠(yuǎn)。

2 工程案例

2.1 工程概況

1)基坑概況。

前灘21-05地塊綠化總體及周邊聯(lián)絡(luò)通道工程，擬建場(chǎng)地位于上海市浦東新區(qū)前灘地區(qū)21-05地塊，東、北至前康路，南至海陽(yáng)西路，西至東育路。項(xiàng)目總建筑面積為9 205 m2(地下建筑面積3 550 m2，地上建筑面積200 m2)，項(xiàng)目工程主要為(綠化、綠化管理用房、地下空間、與周邊建筑的聯(lián)絡(luò)通道，新建下沉式廣場(chǎng)約700 m2等)。主要工作量見(jiàn)表1～表3。

表1 圍護(hù)參數(shù)統(tǒng)計(jì)

表2 圍檁、支撐參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

表3 地基加固參數(shù)統(tǒng)計(jì)

2)地質(zhì)概況。

本工程基坑施工有直接影響的為淺部土層中的潛水，其補(bǔ)給來(lái)源主要為大氣降水。勘察測(cè)得鉆孔中潛水穩(wěn)定水位埋深約0.3 m～1.50 m。

b.微承壓水。

對(duì)工程有影響的主要是微承壓水和承壓水，根據(jù)勘探成果，微承壓水賦存于上更新統(tǒng)地層中的粉性土或砂土中，其水位低于潛水位，呈周期性變化，承壓水水位埋深約為3 m～11 m。本工程微承壓水賦存于第⑤層(⑤2,⑤3-2)中，第⑤3-2層埋深較深，對(duì)本工程基坑開(kāi)挖無(wú)影響。

3)環(huán)境概況。

本工程擬建場(chǎng)地位于上海市浦東新區(qū)前灘地區(qū)，東、北至前康路，南至海陽(yáng)西路，西至東育路。基坑?xùn)|北側(cè)緊鄰運(yùn)營(yíng)中的軌道交通6號(hào)線東方體育中心站—靈巖南路站區(qū)間及軌道交通11號(hào)線東方體育中站—三林站，地鐵結(jié)構(gòu)為隧道，基坑離開(kāi)軌道交通11號(hào)線區(qū)間隧道最近處約10 m，距離6號(hào)線最近處約30 m。西北角臨近既有BRT車站，離開(kāi)基坑最近處約3 m。西側(cè)為在建“前灘中心地塊項(xiàng)目”；南側(cè)為規(guī)劃“上海前灘信德文化中心項(xiàng)目”。與地鐵位置關(guān)系平面圖見(jiàn)圖1。

2.2 臨近地鐵側(cè)微擾動(dòng)措施

1)優(yōu)化施工參數(shù)。

1961年出生的蔡振華，7歲開(kāi)始練習(xí)乒乓球。進(jìn)入無(wú)錫市少體校后，經(jīng)過(guò)短短四個(gè)月訓(xùn)練，就拿到市少年組冠軍。在1981年的第36屆世乒賽上，蔡振華獲得男雙冠軍、混雙以及男單亞軍。之后的兩屆世乒賽，他的成績(jī)依然耀眼。

近地鐵側(cè)微擾動(dòng)施工的主要目的是控制軌交變形，而變形控制的根基取決于施工參數(shù)的控制。該基坑在嚴(yán)苛的軌交保護(hù)區(qū)內(nèi)作業(yè)，水泥樁的水泥摻量、水灰比、施工速度等施工參數(shù)的優(yōu)化就顯得尤為重要。

為此，正式施工前針對(duì)不同的樁型，在距離軌交隧道區(qū)間55 m處分別采用12組試樁，并在距離試驗(yàn)樁分別為3 m，6 m，9 m處各布設(shè)1根土體測(cè)斜管。進(jìn)行試樁時(shí)，通過(guò)對(duì)“9宮格”式監(jiān)測(cè)孔進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以模擬三軸攪拌樁施工時(shí)對(duì)地鐵的影響，以便后續(xù)確定施工參數(shù)。

最終，通過(guò)試樁選定各種樁型中對(duì)地鐵影響最小的施工參數(shù)作為今后的控制參數(shù)，從源頭上減小對(duì)軌交的擾動(dòng)。選定施工參數(shù)統(tǒng)計(jì)表見(jiàn)表4。

表4 選定施工參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

2)優(yōu)化施工順序。

變形控制，不僅需要有精準(zhǔn)的施工參數(shù)，同樣還離不開(kāi)合理的施工順序安排。對(duì)于該工程復(fù)雜的軌交形勢(shì)，經(jīng)認(rèn)真分析制定施工流程：槽壁加固地墻→超深三軸→坑內(nèi)裙邊、墩式、落深加固鉆孔灌注樁→首道混凝土支撐→基坑開(kāi)挖的順序。

目的在于：首先通過(guò)施工槽壁加固+地墻組合在近地鐵側(cè)筑起一道強(qiáng)有力的圍護(hù)墻，將地鐵與基坑內(nèi)施工有效隔離；其次通過(guò)先加固后施工鉆孔灌注樁的施工安排，有效提高土體強(qiáng)度，進(jìn)一步削弱鉆孔灌注樁施工對(duì)地鐵變形的影響。超深三軸見(jiàn)圖2，地墻成槽見(jiàn)圖3。

3)優(yōu)化深基坑施工。

a.降水。

本工程主要涉及⑤2層微承壓水，厚度為22.13 m。經(jīng)承壓水抗突涌計(jì)算，基坑在開(kāi)挖至8.7 m深度范圍內(nèi)處于臨界安全邊際，繼續(xù)向下開(kāi)挖至10.5 m深度時(shí)需要著重考慮承壓水的減壓?jiǎn)栴}。

潛水：通過(guò)布設(shè)15口17 m深的疏干井，結(jié)合真空泵疏干，單口井有效降水面積180 m2。每層土方開(kāi)挖前預(yù)降水，將水位降至開(kāi)挖面以下1 m即可。在每層土預(yù)降水過(guò)程中嚴(yán)格控制水泵的位置，使水泵始終處于該層土開(kāi)挖面以下2 m位置，不可一次性將水泵置于基坑總開(kāi)挖面以下，超前降水，進(jìn)而影響地鐵變形控制。

微承壓水：局部地下兩層區(qū)開(kāi)挖深度為10.5 m，從8.7 m 深度繼續(xù)向下開(kāi)挖時(shí)需要啟動(dòng)降壓井。本基坑的圍護(hù)為近地鐵側(cè)采用21 m～25.5 m的800 mm厚地墻，其他區(qū)域采用樁長(zhǎng)26 m的SMW工法，在局部地下兩層區(qū)四周采用43.5 m超深三軸攪拌樁止水，坑內(nèi)又采用10.9 m深度的裙邊加固，對(duì)第二道混凝土支撐至坑底以下5 m進(jìn)行加固，因此局部地下兩層區(qū)為封閉空間，況且43.5 m的超深三軸穿越⑤2層，進(jìn)入⑤3-1層，已隔斷⑤2層微承壓水，可在開(kāi)挖過(guò)程中按需降壓。而基坑內(nèi)其他區(qū)域圍護(hù)體深度僅21 m～26 m不足以隔斷⑤2層微承壓水，一旦啟動(dòng)降壓，坑外水位將迅速補(bǔ)給，對(duì)坑外地鐵變形造成難以估量的變形影響，故這部分區(qū)域嚴(yán)禁降壓。因?yàn)闋可娴匠袎核祲海鶕?jù)該區(qū)域要求需要考慮可能存在的回灌問(wèn)題。基于此，承壓井坑內(nèi)布設(shè)5口(4用1備，1口位于局部地下兩層區(qū))，深度24 m，坑外地鐵側(cè)73 m范圍內(nèi)布設(shè)8口深度為30 m的回灌井，其余區(qū)域均勻布設(shè)8口深度為30 m的回灌井。一旦需要啟動(dòng)回灌，可迅速開(kāi)啟回灌井作業(yè)。

b.支撐、土方開(kāi)挖。

基坑北側(cè)緊靠地鐵11號(hào)、6號(hào)線區(qū)間隧道，開(kāi)挖中土方卸載勢(shì)必引起基坑周圍土體的位移變化，對(duì)區(qū)間隧道產(chǎn)生不利影響。基坑土方開(kāi)挖針對(duì)上海地區(qū)軟土的流變特性，工程施工時(shí)應(yīng)用“時(shí)空效應(yīng)”原則，嚴(yán)格限時(shí)、支撐開(kāi)挖要求。土方開(kāi)挖、支撐施工總原則是嚴(yán)格執(zhí)行“分層分段、留土護(hù)壁(近地鐵側(cè)按照單層4倍開(kāi)挖深度留土保護(hù))、限時(shí)、支撐開(kāi)挖”。基坑開(kāi)挖基本信息統(tǒng)計(jì)表如表5所示。

表5 基坑開(kāi)挖基本信息統(tǒng)計(jì)表

常規(guī)基坑開(kāi)挖“先深后淺”，本次因開(kāi)挖10.5 m的局部地下兩層區(qū)位于近地鐵側(cè)，因此總體開(kāi)挖思路為：由遠(yuǎn)離地鐵側(cè)開(kāi)挖至近地鐵側(cè)；地下1層底板澆筑完成后再開(kāi)挖局部地下兩層區(qū)。主要開(kāi)挖工況為：開(kāi)挖第一層土；澆筑第一道鋼筋混凝土支撐；整體開(kāi)挖第二層土；澆筑第二道鋼筋混凝土支撐；開(kāi)挖局部第三層土；施工墊層、防水卷材、底板、牛腿；開(kāi)挖局部第四層土(局部地下兩層區(qū)至鋼支撐底部)，施工鋼支撐；開(kāi)挖局部第五層土(局部地下兩層區(qū)剩余土方)；施工墊層、防水卷材、底板。

基坑土方開(kāi)挖期間，要想有效減小對(duì)周邊軌道交通的擾動(dòng)，最好的措施就是快速開(kāi)挖，及時(shí)支撐，盡早發(fā)揮支撐對(duì)土體擠壓的“抵抗力”。基坑暴露時(shí)間短，地鐵變形較小；反之，地鐵變形較大。因此限時(shí)開(kāi)挖、開(kāi)挖方式、施工資源配備成為本次與時(shí)間賽跑的決定性指標(biāo)。另外，在對(duì)于局部?jī)蓪訁^(qū)的處理上，項(xiàng)目部采取了一定的措施。局部?jī)蓪訁^(qū)因?yàn)槭窃诘叵?層區(qū)底板達(dá)到強(qiáng)度后，先架設(shè)鋼支撐支護(hù)(一端作用在底板上現(xiàn)澆的上翻牛腿)，再開(kāi)挖施工的流程，因此在開(kāi)挖第三層土方時(shí)，對(duì)局部?jī)蓪訁^(qū)土方的處理就顯得惟妙惟肖了，如果和該層其他區(qū)域土方一起開(kāi)挖，但該區(qū)域土體又未開(kāi)挖到底無(wú)法及時(shí)澆筑形成有效支撐，實(shí)質(zhì)上增加了該區(qū)域基坑的暴露時(shí)間，對(duì)坑外地鐵變形的控制是不利的。為此，項(xiàng)目部采取的措施是在開(kāi)挖第三層土方時(shí)，該地下兩層區(qū)未緊鄰圍護(hù)墻的另兩側(cè)土方1∶1放坡式留土覆蓋，既保證了該區(qū)土體未被提前卸載，又通過(guò)放坡保證了留土穩(wěn)定。待該區(qū)域開(kāi)挖時(shí)，首先挖至鋼支撐底部，形成鋼支撐后再繼續(xù)開(kāi)挖，充分考慮基坑土方卸載后對(duì)地鐵變形的擾動(dòng)。

再次，要有效縮短整體基坑施工的時(shí)間，不僅要解決機(jī)械、勞動(dòng)力的配置問(wèn)題，還要從混凝土上尋求突破口。本工程混凝土支撐強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值100%后方可開(kāi)挖下一層土，也就意味著正常情況下原級(jí)配混凝土需達(dá)到28 d養(yǎng)護(hù)后方可繼續(xù)開(kāi)挖。但近地鐵側(cè)深基坑施工有其特殊性，無(wú)法等待如此長(zhǎng)時(shí)間的混凝土養(yǎng)護(hù)，所以必須調(diào)整混凝土級(jí)配，有效壓縮養(yǎng)護(hù)時(shí)間。為此針對(duì)混凝土支撐級(jí)配主要做了三點(diǎn)調(diào)整，使養(yǎng)護(hù)時(shí)間縮短為3 d：

第一，混凝土標(biāo)號(hào)由C30提高至C60，提高混凝土強(qiáng)度，縮短養(yǎng)護(hù)時(shí)間；

第二，摻加早強(qiáng)劑，雖不改變混凝土最終的強(qiáng)度，但可以有效提高早期強(qiáng)度，縮短開(kāi)挖時(shí)間；

第三，提高水泥用量減少礦渣摻量，提高強(qiáng)度。基坑開(kāi)挖時(shí)間節(jié)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)表見(jiàn)表6。

表6 基坑開(kāi)挖時(shí)間節(jié)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)表

4)信息化施工。

本工程采用地鐵自動(dòng)監(jiān)測(cè)和深基坑監(jiān)測(cè)兩級(jí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)對(duì)軌道交通的收斂、沉降等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)基坑施工期間的水位、圍護(hù)墻測(cè)斜、軸力等進(jìn)行信息化采集，定期反饋監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反向調(diào)節(jié)施工安排，從而減少對(duì)環(huán)境的擾動(dòng)，達(dá)到保護(hù)基坑安全和減小地鐵變形的目的。

2.3 工程實(shí)施效果

從基坑開(kāi)挖至底板完成，軌道交通及基坑各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均可控，達(dá)到了對(duì)周邊環(huán)境的保護(hù)要求(沉降、位移報(bào)警值：累計(jì)值不小于±5 mm，日變化量不小于±0.5 mm；收斂報(bào)警值：累計(jì)值不小于±5 mm)。軌交監(jiān)測(cè)最大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表見(jiàn)表7。

表7 軌交監(jiān)測(cè)最大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

3 結(jié)語(yǔ)

近地鐵側(cè)深基坑施工，因軌道交通安全屬性加持，其施工難度遠(yuǎn)大于普通基坑。因而在實(shí)際施工中，要從施工參數(shù)、順序、基坑開(kāi)挖、監(jiān)測(cè)等一系列方面挖潛，縮短擾動(dòng)時(shí)間，提高保護(hù)質(zhì)量，從而減小對(duì)周邊軌交的擾動(dòng)。目前，通過(guò)各項(xiàng)微擾動(dòng)措施的實(shí)施，軌道交通及基坑各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均可控。