上跨既有隧道圍護結構小插入比深基坑開挖變形關鍵技術研究

張公羽

(中鐵十六局集團有限公司，北京 100018)

各大、中城市市政快速路隧道的建設有效緩解了交通擁擠現象。隧道線型沿城市主干道布設，與其他既有市政設施存在重疊交叉，如上跨、下穿既有市政隧道、橋梁、鐵路等工程案例，給設計、施工帶來了一定難度。工程實施中需要采取針對性措施，以確保既有建構筑物、社會交通以及工程施工安全。

基坑穩定性判斷因素主要包括地表沉降、地連墻水平位移、深層土體位移等方面，本文依托杭州市天目山路提升改造工程深基坑上跨既有紫之隧道，研究運用基底加固、基坑外主動土壓區加固、分層分塊、抽條開挖等措施有效控制基坑變形且保證了既有運營隧道安全，為今后類似工程提供借鑒。

1 工程概況

天目山路提升改造工程3#隧道全長1.3 km，在紫金港路口與既有紫之隧道西、東雙線垂直相交，即2#及4#基坑上跨既有紫之隧道，兩基坑均采用明挖法施工。

4#基坑內凈空長28.9 m，寬19.9 m，開挖深13.76 m，圍護結構采用800 mm厚地連墻，其中東、西兩側地連墻長27 m(插入基底下13.3 m)，南、北兩側墻長15.7 m(插入基底下1.54 m)，支撐形式采用1 000 mm×800 mm冠梁+三道800 mm×800 mm混凝土支撐?；紫虏捎秒A梯式微壓力注漿加固，南、北兩側地連墻外采用4 m寬三重管旋噴樁加固至開挖深度。

基坑開挖范圍內土層從上到下依次是1～1雜填土、1～2素填土、2～2粉質黏土、15～3碎石混黏土(開挖層厚11.5m)，基底位于15～3碎石混黏土層(地基承載力特征值350 kPa)。

2 深基坑實施方案

工藝流程：地連墻施工→微壓力擾動基底注漿加固→南北側主動土壓區土體加固→冠梁及支撐梁→分層分塊開挖→基底抽條開挖→型鋼支撐安裝→墊層澆筑及防水施工→結構施工。

重點闡述對基坑變形影響較大的注漿加固、分層分塊開挖、抽條開挖和型鋼支撐等工序。

2.1 基底及主動土壓區土體加固

基坑底與紫之隧道中間夾土采用微壓力擾動注漿加固，范圍為紫之隧道初支外1.5 m呈階梯型。南、北兩側地連墻外采用三重管旋噴樁加固。加固施工選用42.5#普通硅酸鹽水泥，水泥摻量25%，水灰比1∶1，土體28 d無側限抗壓強度大于等于1.0 MPa，抗滲系數小于等于10-6cm/s。經試樁確定旋噴樁注漿壓力25 MPa，空氣壓力0.7 MPa，提升速度15 cm/min，轉速18 r/min。

2.2 分層分塊開挖

按平面分塊、豎向分層原則，平面位置按照1～5塊順序開挖，豎向按照2～2.5 m一層共分7層開挖，各層實施期間結合監測數據指導現場施工。

(1)豎向1-2層土方開挖

待冠梁及第一道混凝土支撐達到強度后，分層依次挖取1～5塊的1～1#塊土方→1～2#塊土方→1～3#塊土方→2～1#塊土方→2～2#塊土方→2～3#塊土方，停止開挖，立即施作第二道混凝土圍檁、支撐和斜撐、角撐。

(2)豎向3～5層土方開挖

待第一道腰梁混凝土支撐達到強度后，采用一臺抓斗吊、配備2臺中型配合分層取土，開挖順序與上述1～2層土相同。

(3)豎向6層土方開挖

待第二道腰梁混凝土支撐達到強度后，采用一臺抓斗吊配備兩臺PC120挖機配合分塊取土。

2.3 抽條施工及型鋼支撐架設

基底按照1～7～2～6～3/4/5條施工順序抽條施工，采用一臺抓斗吊站位于基坑外側，基坑里程配備2臺PC120挖機(空間有限)配合抽條南、北對稱取土。開挖過程快速連續且每條開挖時間不超過24 h。

根據開挖實測基坑跨度分兩節預制I25A雙拼工字鋼，抽條完成后拼接架設并用鋼楔子加力，快速轉入后續結構施工。

3 監測數據與基坑變形分析

4#基坑圍護結構施工、基坑開挖、主體結構施工期間通過監測系統進行全方位監測，歷時3.5個月，施工區間監測總體情況如表1所示。

表1 4#基坑監測數據統計表

重點針對墻體深層水平位移進行分析，尤其注重南、北兩側插入比小的墻體開挖過程中的數據分析，控制和預防工程風險。

3.1 豎向1～2層土方開挖變形分析

開挖過程中分別通過監測點ZQT18、ZQT124進行墻體深層水平位移觀測。開挖深度5.3 m時圍護結構地連墻，北側測斜孔在5.0～5.5 m間產生向基坑內傾斜變形4.89 mm，南側基本無位移變化。

變形產生差異性原因，2、4#塊區域先于3、5#塊區域開挖，無支撐暴露時間長至北側墻體變形大于南側。

圖1 1～2層土方開挖南、北側短墻變形曲線圖

3.2 豎向3～5層土方開挖變形分析

開挖深度10.5 m時，北側地連墻測斜孔在7.0～7.5 m間產生向基坑內傾斜變形7.18 mm，南側測斜孔在7.0～7.5 m間產生向基坑內傾斜變形5.74 mm。

圖2 3～5層土方開挖南、北側短墻變形曲線圖

變形隨開挖深度增加逐漸加大，由于第二道混凝土支撐已經達到強度，變形在第二道混凝土支撐處略緩直，變形較大區域較比1～2層土方開挖時向下發展。

3.3 基底抽條施工開挖變形分析

基底開挖過程中揭示微擾動注漿加固效果較好，強度和抗滲指標滿足設計要求。每條開挖完成后及時架設雙拼工字鋼支撐。南、北兩側地連墻變形最大區域均居中在7.0～8.5 m之間，向基坑內發展最大值7.89 mm。土體深層水平位移最大值6.93 mm，位于南側深度12.50 m。

圖3 基底抽條完成南、北側短墻變形曲線圖

變形未隨開挖深度增加及基底抽條施工而有明顯變化，主要集中在第二道與第三道混凝土支撐之間，墻址基本無變形。變形控制效果與第三道混凝土支撐形成強度后，抽條開挖充分利用時空效應以及基底微擾動注漿加固后土體強度大有直接關系。土體深層水平位移位于地連墻底部以上2.5 m處，最大位移小于地連墻變形值，與主動土壓區土體加固有一定關系。

4 結 論

本文依托天目山路提升改造工程3#隧道4#基坑上跨紫之隧道全過程、全方位施工監測指導基坑開挖施工過程，分析基底加固、主體土壓區土體加固、三道砼支撐、抽條開挖配合型鋼支撐等變形控制措施對基坑變形控制的作用和效果，可為今后類似工程提供借鑒。