緊鄰既有高架橋深基坑施工風(fēng)險(xiǎn)及應(yīng)對(duì)措施研究

董海龍，蔡剛，許成漢，代滿

（1.中鐵隧道集團(tuán)二處有限公司, 河北 廊坊 065200; 2.深圳市地鐵建設(shè)集團(tuán), 廣東 深圳 518034）

1 引言

城市中土地資源緊缺，地質(zhì)條件復(fù)雜，既有建（構(gòu)）筑物分布密集，給基坑工程的施工安全與施工質(zhì)量帶來(lái)了挑戰(zhàn)，狹小空間施工工藝以及對(duì)工程周圍環(huán)境的保護(hù)成為工程熱點(diǎn)[1～3]。

受當(dāng)下施工工藝限制，深基坑的開(kāi)挖必將引起周圍地層水位和應(yīng)力場(chǎng)的改變，導(dǎo)致周圍地層變形。但目前仍缺乏對(duì)施工過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)及應(yīng)對(duì)措施的研究，本文以深圳城市軌道交通14 號(hào)線布吉站基坑工程為依托，對(duì)坑施工過(guò)程中存在的風(fēng)險(xiǎn)和應(yīng)對(duì)措施進(jìn)行了研究和總結(jié)。

2 工程及地質(zhì)概況

2.1 工程概況

深圳城市軌道交通14 號(hào)線布吉站為地下3 層島式換乘車站，位于地鐵3 號(hào)線高架與龍崗大道布吉高架橋夾持的龍崗大道西側(cè)道路下方，沿龍崗大道呈西南- 東北方向布置，如圖1 所示。

圖1 布吉站平面示意圖

車站基坑主體長(zhǎng)239 m，標(biāo)準(zhǔn)段基坑寬度為22.3 m、深度為26.6 m，采用明挖法施工，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用咬合樁，設(shè)置4 道支撐，采用坑內(nèi)降水方案。

2.2 地質(zhì)概況

布吉車站的原始地貌主要為沖洪積平原，基坑范圍內(nèi)土層由地表向下分別為：第四系全新統(tǒng)人工素填土、沖洪積粉質(zhì)黏土、礫砂、全風(fēng)化至微風(fēng)化的下伏侏羅系角巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)。地下水位位于埋深2.8～9.7 m，基坑范圍內(nèi)主要為賦存于第四系巖土層的松散巖類孔隙水和略承壓性的基巖裂隙水兩類。

3 工程難點(diǎn)

布吉站基坑周邊建構(gòu)筑物密集，西側(cè)毗鄰3 號(hào)線高架車站及草布高架區(qū)間、北側(cè)緊鄰5 號(hào)線的布百右線盾構(gòu)區(qū)間、東側(cè)緊靠龍崗大道高架橋。工程具有以下難點(diǎn)：

1）由于施工場(chǎng)地緊鄰既有高架橋，施工區(qū)域的高度、寬度都受到極大的限制，施工空間極其狹小，必須采用低凈空作業(yè)，施工難度大并且質(zhì)量難以保證；

2）既有建（構(gòu)）筑物對(duì)地層的荷載增大了基坑支護(hù)難度；

3）施工過(guò)程中需做好對(duì)既有建（構(gòu)）筑物及周圍行人、車輛的保護(hù)。

4 施工風(fēng)險(xiǎn)及應(yīng)對(duì)措施

4.1 咬合樁施工

4.1.1 施工工藝

布吉站基坑選擇鉆孔咬合樁作為基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，咬合樁成孔采用DTR-2016H 型全套管全回旋鉆機(jī)，護(hù)壁為套管；取土方式采用XR360 旋挖鉆機(jī)或沖抓斗土層取土+ 潛孔錘巖層破巖；吊裝設(shè)備為130 t+90 t 履帶吊。

4.1.2 影響內(nèi)容

1）由于緊鄰既有高架橋，施工空間受限，大型設(shè)備的運(yùn)作受到嚴(yán)重限制；

2）影響咬合樁成樁質(zhì)量，易造成圍護(hù)結(jié)構(gòu)漏水，坑外地下水?dāng)y帶砂土顆粒流入坑內(nèi)；

3）成孔過(guò)程中超挖引起塌孔，咬合樁強(qiáng)度、剛度不足導(dǎo)致圍護(hù)樁變形大，致使周邊土體失穩(wěn)，影響高架橋安全運(yùn)營(yíng)。

4.1.3 空間受限應(yīng)對(duì)措施

1）旋挖機(jī)、沖抓斗、吊機(jī)等設(shè)備采用低凈空設(shè)備或進(jìn)行限高改裝，若自帶限位功能，則根據(jù)施工空間設(shè)置好高度、角度，避免司機(jī)因誤操作而觸碰到橋梁。

2）套管、鋼筋籠進(jìn)行分段加工、吊裝，分段長(zhǎng)度小于常規(guī)分段長(zhǎng)度。

3）加強(qiáng)吊車、旋挖機(jī)司機(jī)及信號(hào)工技能及安全技術(shù)培訓(xùn)。在吊臂端部安裝探測(cè)雷達(dá)，在高架橋上設(shè)置紅外線報(bào)警系統(tǒng)，提醒吊車司機(jī)，避免誤操作。

4）針對(duì)機(jī)械設(shè)備在限高改裝后仍無(wú)法安全施工的區(qū)域，可采取降低地面標(biāo)高的方法施工。地面開(kāi)挖后，采用放坡并掛網(wǎng)噴漿的形式進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，以避免開(kāi)挖作業(yè)對(duì)臨近橋墩造成影響。

5）在既有高架橋底部向上3 m 的范圍內(nèi)布置橡膠輪胎結(jié)合擠塑板的防護(hù)措施，能夠有效地保護(hù)既有橋墩，減緩設(shè)備失誤碰撞橋墩時(shí)的沖擊力。

6）潛孔錘破巖施工時(shí)，將潛孔錘施工過(guò)程中地表震速嚴(yán)格控制在1 cm/s 以內(nèi)，降低對(duì)周圍環(huán)境的影響。

4.1.4 成樁質(zhì)量控制措施

1）為保證樁身質(zhì)量，混凝土澆筑時(shí)應(yīng)持續(xù)作業(yè)，不可間斷，達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高為止。由于混凝土澆筑時(shí)間延長(zhǎng)，因此必須延長(zhǎng)混凝土的初凝時(shí)間。

2）在樁頂之上布設(shè)（鋼筋）混凝土導(dǎo)墻，鉆機(jī)就位，當(dāng)首節(jié)套管壓入定位孔時(shí)，同步進(jìn)行監(jiān)測(cè)與調(diào)整，令套管與定位孔間的空隙均勻分布，嚴(yán)格控制孔口定位誤差。

3）對(duì)套管的順直度進(jìn)行檢查和校正、對(duì)成孔過(guò)程的樁身垂直度進(jìn)行監(jiān)測(cè)和垂直度糾偏，嚴(yán)格控制樁身垂直度。

4.2 基坑降排水

4.2.1 施工工藝

采用管井降水，先降水后開(kāi)挖，降水至開(kāi)挖面以下1.0 m，基坑開(kāi)挖時(shí)隨挖隨降；坑內(nèi)設(shè)置排水溝及集水坑并用水泵抽出，保證基坑內(nèi)排水通暢。

4.2.2 影響內(nèi)容

1）既有高架會(huì)對(duì)地層施加巨大的荷載，基坑開(kāi)挖引起的土體卸荷會(huì)引起土體變形，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致高架橋樁基的位移和變形。

2）支撐架設(shè)不及時(shí)會(huì)造成圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移，進(jìn)而導(dǎo)致既有高架的沉降位移。

3）龍門吊線路與既有地鐵3 號(hào)線間距最小為50 cm。高度距離地鐵3 號(hào)線高架橋下邊線平均50 cm。

4.2.3 應(yīng)對(duì)措施

1）嚴(yán)格監(jiān)控坑外水位，若出現(xiàn)水位不正常下降，地表及時(shí)回灌。

2）及時(shí)找到劈叉位置，進(jìn)行注漿封堵，必要時(shí)在圍護(hù)樁外側(cè)補(bǔ)打旋噴樁止水。

4.3 基坑開(kāi)挖及內(nèi)支撐施工

4.3.1 施工工藝

基坑開(kāi)挖采用縱向分層分段開(kāi)挖的方法，保持開(kāi)挖坡面穩(wěn)定，結(jié)合主體結(jié)構(gòu)分段情況，基坑開(kāi)挖施工自南向北劃分為9 個(gè)工作區(qū)，各工作區(qū)長(zhǎng)度26.5 m 左右，基坑分段圖詳見(jiàn)圖2。車站布置2 臺(tái)龍門吊架設(shè)鋼支撐、運(yùn)輸材料，并進(jìn)行土石方出渣。

圖2 車站基坑總體開(kāi)挖順序圖

4.3.2 既有高架橋保護(hù)措施

1）首先對(duì)基坑工程影響范圍內(nèi)的樁基周圍地層采用袖閥管進(jìn)行注漿加固處理，在注漿效果滿足要求后，再對(duì)樁基進(jìn)行補(bǔ)樁以及新建擴(kuò)大承臺(tái)（見(jiàn)圖3）。

圖3 袖閥管地層加固及補(bǔ)樁

2）結(jié)合場(chǎng)地條件和基坑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，基坑開(kāi)挖盡可能在同一期內(nèi)采取平行流水作業(yè)方式進(jìn)行，遵循“開(kāi)槽支撐、先撐后挖、分層開(kāi)挖、嚴(yán)禁超挖”的原則。基坑開(kāi)挖及混凝土支撐平面施工步序?yàn)橛绍囌局胁肯騼啥碎_(kāi)挖，縱向分臺(tái)階開(kāi)挖，隨開(kāi)挖隨施作支撐體系。首先，將地表土降至冠梁標(biāo)高，組織施工冠梁、第一道混凝土支撐，在冠梁及第一道混凝土支撐強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，組織基坑開(kāi)挖和后續(xù)混凝土支撐施工。

3）對(duì)既有高架橋布設(shè)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，對(duì)結(jié)構(gòu)的沉降位移進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

4）利用BIM 建模模擬龍門吊行走路線，提前進(jìn)行碰撞檢測(cè)，防止碰撞高架橋。

4.4 基坑爆破施工

4.4.1 施工工藝

基坑內(nèi)巖層采用數(shù)碼雷管爆破，并設(shè)置爆破減震孔以減小爆破振動(dòng)；基坑周邊2～3 m 范圍內(nèi)，或者鄰近控制性建（構(gòu)）筑物，采用機(jī)械破除的方式。減少對(duì)建筑物的影響，最大震速應(yīng)小于1 cm/s。

4.4.2 影響內(nèi)容

1）車站緊鄰地鐵3 號(hào)線和5 號(hào)線，人流來(lái)往密度大，爆破地震波、爆破產(chǎn)生的飛石會(huì)對(duì)運(yùn)營(yíng)線路及周圍人群造成安全隱患。

2）爆破震動(dòng)對(duì)橋梁樁基和軌道產(chǎn)生影響。

4.4.3 應(yīng)對(duì)措施

1）爆破應(yīng)選在列車運(yùn)行的空檔期實(shí)施，爆破前發(fā)布公告，設(shè)立告示牌。

2）多打孔，少裝藥，單孔深度不大于1.5 m，優(yōu)化爆破參數(shù)，采用兩孔串聯(lián)爆破，降低爆破影響。

3）硬巖采取數(shù)碼雷管爆破，且在既有樁基周邊設(shè)置3 排減震孔，爆破震速控制在小于或等于1 cm/s。

4）采用炮被覆蓋爆破區(qū)。

5）加強(qiáng)對(duì)橋墩及軌道的變形監(jiān)測(cè)。

4.5 支撐拆除

4.5.1 施工工藝

混凝土支撐全部采用繩鋸切割拆除，鋼支撐采用門吊拆除。

4.5.2 影響內(nèi)容

在側(cè)墻、中板未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度及倒撐未架設(shè)完成并施加預(yù)應(yīng)力之前拆除支撐會(huì)導(dǎo)致圍護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)位移變形，進(jìn)而導(dǎo)致周邊地鐵建（構(gòu)）筑物沉降位移。

4.5.3 應(yīng)對(duì)措施

1）支撐拆除嚴(yán)格按方案進(jìn)行，及時(shí)設(shè)置倒撐。

2）加強(qiáng)支撐拆除時(shí)的受力監(jiān)測(cè)，待穩(wěn)定后開(kāi)始拆除。

5 結(jié)論

本文以深圳城市軌道交通14 號(hào)線布吉站基坑工程為依托，針對(duì)基坑緊鄰既有高架橋的施工條件，總結(jié)提出了一系列在基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工、基坑開(kāi)挖及支撐施工、基坑降排水、基坑爆破等階段存在的風(fēng)險(xiǎn)以及應(yīng)對(duì)措施。施工監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，在基坑施工過(guò)程中，高架橋墩基礎(chǔ)沉降、基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移均在控制范圍之內(nèi)，基坑施工對(duì)高架影響較小，基坑施工處于安全的可控狀態(tài)。本工程的成功實(shí)施，對(duì)今后類似工程具備有益的借鑒和參考價(jià)值。

1）針對(duì)施工空間受限，可對(duì)施工設(shè)備進(jìn)行限高改裝，對(duì)套管、鋼筋籠等進(jìn)行分段加工和吊裝，或者通過(guò)降低地面標(biāo)高的方式來(lái)完成施工。

2）基坑緊鄰既有建（構(gòu)）筑物，可通過(guò)袖閥管注漿或高壓旋噴樁的方式對(duì)既有樁基附近土體、基坑周圍地層進(jìn)行加固，以降低基坑開(kāi)挖對(duì)周圍環(huán)境的影響。