緊鄰地鐵復(fù)雜深基坑地下結(jié)構(gòu)綜合施工技術(shù)

許楊超，葉曉東，李鑫睿，劉光旭

(中建三局集團(tuán)有限公司，北京 100097)

1 工程概況

石景山區(qū)北辛安棚戶區(qū)改造1608-656項目位于北京市石景山區(qū)北辛安路，地下5層，地上17層，分為A，B，C 3個塔樓，建筑面積23.47萬m2，建筑高度79.9m，檐口高度91.5m。由于緊鄰地鐵施工，基坑底部位于地鐵下側(cè)6.8m，且已運(yùn)營地鐵結(jié)構(gòu)安全要求嚴(yán)苛，擬建地下結(jié)構(gòu)需采用分倉施工方案，先行完成遠(yuǎn)地鐵側(cè)(南倉)支護(hù)及地下結(jié)構(gòu)施工，然后利用已完成南倉結(jié)構(gòu)與地鐵側(cè)護(hù)坡樁內(nèi)支撐保證地鐵側(cè)變形在可控范圍。最后施工臨地鐵側(cè)(北倉)支護(hù)及結(jié)構(gòu)。

2 支撐方案

北倉采用“護(hù)坡樁+鋼支撐+預(yù)應(yīng)力錨桿”的基坑支護(hù)方案，鋼支撐采用φ600×12的圓鋼管，自上至下共設(shè)3道，鋼支撐中心標(biāo)高分別為-6.345，-11.445，-16.950m。上部2道鋼支撐南側(cè)為已完成地下結(jié)構(gòu)、北側(cè)為地鐵支護(hù)樁，第3道鋼支撐地鐵側(cè)撐點(diǎn)通過混凝土連梁實現(xiàn)，如圖1所示。

圖1 北倉支護(hù)剖面

支撐采用分步開挖、邊挖邊撐的整體施工方案。后續(xù)結(jié)構(gòu)施工整體施工組織為隨結(jié)構(gòu)施工逐步拆撐。第2道鋼支撐由于施加預(yù)應(yīng)力較大，采取跳拆的施工順序。

3 工程重點(diǎn)、難點(diǎn)分析

3.1 周邊環(huán)境復(fù)雜

項目北側(cè)為正在運(yùn)營的M6地鐵，東側(cè)緊鄰在施其他地塊，南側(cè)為已完成地下室結(jié)構(gòu)，西側(cè)緊鄰北辛安路，土方、支護(hù)及結(jié)構(gòu)施工均受外部環(huán)境制約。

3.2 與正在運(yùn)營地鐵僅一樁之隔

北倉支護(hù)結(jié)構(gòu)施工前地鐵已正式投入運(yùn)營，開挖完成后地鐵支護(hù)樁外露，地鐵支護(hù)樁北側(cè)為采用逆作法施工的地鐵外墻。開挖及后續(xù)結(jié)構(gòu)施工一旦對地鐵形成過大擾動將造成地鐵停運(yùn)的嚴(yán)重后果，地鐵側(cè)對整個施工期間變形監(jiān)測極其嚴(yán)苛，其中地鐵結(jié)構(gòu)及軌道豎向變形、地鐵結(jié)構(gòu)及軌道橫向變形控制值為3mm，結(jié)構(gòu)變形縫兩側(cè)差異沉降、出入口及風(fēng)道人防門兩端差異沉降均為2mm，道岔尖軌及基本軌剝離為1mm。

3.3 地下結(jié)構(gòu)分倉施工

地下結(jié)構(gòu)東西長272m，南北寬平均約82m。為滿足地鐵運(yùn)營安全需求，地下結(jié)構(gòu)分為南北兩個倉格進(jìn)行施工，其中南倉寬度68m、北倉寬度約14m，由此造成大量施工縫需進(jìn)行處理，且由于作業(yè)面狹小，北倉施工組織困難。

3.4 地鐵換乘接口施工復(fù)雜

地下1～3層存在部分地鐵代建結(jié)構(gòu)，為金安橋地鐵出口及地鐵M6號線與M11號線換乘通道。通向待建M11號線共有2個接口，通向正在運(yùn)營的M6號線共計5個接口。與M6號線接口由于預(yù)留接口位于地鐵護(hù)坡樁后側(cè)，運(yùn)營期地鐵護(hù)坡樁切割/破除對運(yùn)營安全影響大。要求先行完成結(jié)構(gòu)施工，再做護(hù)坡樁切除及補(bǔ)做接口結(jié)構(gòu)，對預(yù)留接口條件的準(zhǔn)確性、接口位置施工工藝及防水均提出嚴(yán)苛要求。

3.5 鋼支撐與現(xiàn)有樓板位于相同位置

第1,2道鋼支撐由于傳力需求，設(shè)置在樓層梁板位置。結(jié)構(gòu)施工需先完成豎向結(jié)構(gòu)且達(dá)到一定強(qiáng)度后進(jìn)行拆撐，再完成水平結(jié)構(gòu)施工，造成結(jié)構(gòu)施工不連續(xù)，施工組織困難。

3.6 第2道鋼支撐跳拆

由于第2道鋼支撐施加預(yù)應(yīng)力最大，對控制地鐵側(cè)整體變形具有關(guān)鍵作用。根據(jù)安全評估結(jié)果，第2道鋼支撐拆除引起的地鐵結(jié)構(gòu)變形最大，要求進(jìn)行20m/40m跳拆施工，由此造成地下3層結(jié)構(gòu)碎片化施工，即把整層結(jié)構(gòu)分為20，40m倉格，先行完成20m倉格施工且達(dá)到論證要求強(qiáng)度后方可拆除40m段鋼支撐并完成對應(yīng)結(jié)構(gòu)施工。

3.7 防水逆做

外墻防水材料為SBS改性瀝青防水卷材，地下2層、地下3層外墻緊鄰地鐵護(hù)坡樁，結(jié)構(gòu)完成后防水無作業(yè)空間，需先行完成防水施工，再使用單側(cè)支模施工工藝完成外墻施工。由于地鐵側(cè)護(hù)坡樁凹凸不平、防水緊鄰結(jié)構(gòu)，給防水施工及成品保護(hù)帶來很大挑戰(zhàn)。

4 整體施工組織流程

通過對項目施工過程中的重點(diǎn)、難點(diǎn)分析，結(jié)合支護(hù)拆撐條件及結(jié)構(gòu)施工外部環(huán)境，對整體施工組織編制專項施工組織設(shè)計。結(jié)構(gòu)施工存在大量間歇，無法連續(xù)作業(yè)施工至地下室頂板。結(jié)構(gòu)施工工藝流程如下：土護(hù)移交→人工清理余土→驗槽→墊層、防水基層、防水保護(hù)層及底板施工→地下5層結(jié)構(gòu)施工→第1次結(jié)構(gòu)施工暫停(拆模、防水施工→回填土施工→第3道鋼支撐拆除)→地下4層結(jié)構(gòu)施工→第2次結(jié)構(gòu)施工暫停(防水、回填土施工)→地下3層底板墊層施工→第3次結(jié)構(gòu)施工暫停(拆20m段鋼支撐→防水逆做基層處理→地下2層、地下3層防水施工)→20m段地下3層結(jié)構(gòu)施工(墻體單側(cè)支模)→第4次結(jié)構(gòu)施工暫停(等待20m段結(jié)構(gòu)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求→40m段鋼支撐拆除→防水逆做基層處理→地下2層、地下3層防水施工)→40m段地下3層結(jié)構(gòu)施工→地下2層結(jié)構(gòu)施工(地鐵接口后甩)→地下1層結(jié)構(gòu)施工→地下2層拆模、地鐵接口護(hù)坡樁拆除→補(bǔ)做地鐵連通口結(jié)構(gòu)。

5 特殊部位技術(shù)措施

由于存在大量結(jié)構(gòu)施工暫停，如何縮短暫停施工占用時間，減緩大面積窩工造成人員流失為首要任務(wù)。同時，地鐵評估要求盡量減少晾槽時間，亦需要按評估要求嚴(yán)格執(zhí)行拆撐前置條件，避免引起地鐵結(jié)構(gòu)變形超預(yù)警。防水逆做以及地鐵接口防水施工難題需尋求合適解決方案，避免移交地鐵后滲漏造成不良影響。

5.1 地下4層、地下5層技術(shù)措施

根據(jù)設(shè)計要求，肥槽回填土使用級配砂石。第3道鋼支撐拆除條件為地下5層結(jié)構(gòu)施工完成且回填完成，結(jié)構(gòu)及回填土對護(hù)坡樁形成有效側(cè)壓力，防止地鐵側(cè)變形超預(yù)警。回填存在以下制約：①地下5層距回填土下土點(diǎn)回填高度約20m，且存在鋼支撐、地下3層地基(-16.150m)影響，回填難度大、安全風(fēng)險高；②回填完成后將作為地下3層地基，對回填質(zhì)量要求高；③為保證回填安全，需等待結(jié)構(gòu)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求方可進(jìn)行；④回填效率低造成整體工期不可控。

針對以上問題，同時考慮其經(jīng)濟(jì)性，項目擬采用預(yù)拌流態(tài)固化土或泡沫混凝土代替級配砂石作為回填材料。兩者均能解決回填效率低、回填安全風(fēng)險的問題。預(yù)拌流態(tài)固化土由于其密度大、凝結(jié)時間長，同時對場地要求更為嚴(yán)苛，綜合對比泡沫混凝土為最優(yōu)，最終采用泡沫混凝土為回填材料。

泡沫混凝土主要優(yōu)點(diǎn)如下：①容重小(700kg/m3)，凝結(jié)時間短，外墻側(cè)壓力小，外墻澆筑7d后即可插入回填；②可泵送，施工速度快(600m3/d)；③抗壓強(qiáng)度高(1MPa)，比設(shè)計要求地基承載力(350kPa)高約3倍；④澆筑完后形成整體，質(zhì)量可靠。

5.2 防水逆做施工

地下2層、地下3層外墻緊鄰地鐵護(hù)坡樁，外墻施工完成后防水卷材無作業(yè)空間。類似問題常規(guī)均采用內(nèi)防水代替外防水，但部分區(qū)域?qū)俚罔F代建換乘站廳及出站口，地鐵建管否決內(nèi)防水方案。

防水外貼基層現(xiàn)狀為護(hù)坡樁，由于樁間及樁面凹凸不平，不具有直接進(jìn)行防水施工作業(yè)條件。且護(hù)坡樁與待建結(jié)構(gòu)外墻沖突，先行將護(hù)坡樁進(jìn)行初步剔鑿，減小護(hù)坡樁不平整度。

項目部經(jīng)多次內(nèi)部研討認(rèn)為護(hù)坡樁有防水粘貼可能，制定樣板計劃驗證方案可行性。具體做法為：第2道鋼支撐拆除后，靠護(hù)坡樁搭設(shè)雙排腳手架人工剔樁，將與擬建外墻沖突部分護(hù)坡樁面剔除(防水基層初步平整)，然后對護(hù)坡樁面進(jìn)行初步抹灰，使防水基層達(dá)到基本整平；然后第2遍抹灰，在第1遍抹灰基礎(chǔ)上減緩凹凸不平。然后在初步整平的護(hù)坡樁上進(jìn)行防水卷材熱熔施工。樣板完成后請業(yè)主、設(shè)計、監(jiān)理共同檢驗并專題研討，方案獲各方高度認(rèn)可。

目前地下結(jié)構(gòu)已施工完成且經(jīng)過雨季考驗，防水滲漏率優(yōu)于其他部位外墻防水。

5.3 補(bǔ)做地鐵接口結(jié)構(gòu)

地鐵側(cè)采用逆作法施工，防水材料為1.5mm厚PCB防水，預(yù)留接口為200mm厚砌塊。接口整體施工工藝：外墻防水施工甩入接口→接口定位→護(hù)坡樁破除→防水基層處理→防水接駁→接口結(jié)構(gòu)施工。先行施工防水在地鐵接口位置需預(yù)留部分防水在地鐵接口，以便后續(xù)防水接駁，形成防水閉環(huán)。防水甩入接口內(nèi)長度應(yīng)不小于0.8m(第1道)、0.4m(第2道)。

護(hù)坡樁直徑為1m，由于其破除完成須將接口完全暴露，上下兩側(cè)剔鑿深度需滿足結(jié)構(gòu)完成面以下/以上“一個結(jié)構(gòu)板厚+墊層+防水保護(hù)層+防水厚度”；左右兩側(cè)由于剔除完整樁，造成剔鑿深度過大，采用混凝土將基層找補(bǔ)至接口結(jié)構(gòu)外墻完成面。具體流程如圖2所示。

圖2 地鐵接口施工流程

接口兩側(cè)防水材料不一致，對兩側(cè)防水接駁做法進(jìn)行深化，采用定基膠帶作為防水接駁密封材料。節(jié)點(diǎn)做法如圖3所示。

圖3 地鐵接口防水接茬節(jié)點(diǎn)深化

6 整體施工過程支護(hù)結(jié)構(gòu)變形分析

監(jiān)測主要分為基坑監(jiān)測和車站結(jié)構(gòu)監(jiān)測，其中基坑設(shè)置沉降、水平位移、錨索軸力、支撐軸力監(jiān)測點(diǎn)，車站結(jié)構(gòu)設(shè)置沉降及水平位移監(jiān)測點(diǎn)。主要變形控制指標(biāo)如表1所示。

表1 運(yùn)營階段工程影響范圍既有結(jié)構(gòu)及軌道變形控制指標(biāo)

截至2020年8月31日，持續(xù)實施監(jiān)測共計56期，地鐵側(cè)各項監(jiān)測指標(biāo)均在可控范圍，監(jiān)測值如表2所示。

表2 變形監(jiān)測結(jié)果

北倉結(jié)構(gòu)施工計劃工期301d，實際工期共計278d，地鐵側(cè)變形、結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量、防滲漏均在控制值范圍內(nèi)，整體實施效果超各參建方預(yù)期。

7 結(jié)語

1)緊鄰地鐵結(jié)構(gòu)施工組織復(fù)雜性遠(yuǎn)比普通深基坑大，需要引起充分重視，特別是實施前策劃需要翔實，做到未雨綢繆。

2)給復(fù)雜深基坑項目提供一種可推廣新型回填技術(shù)，相較于純混凝土回填具有一定的經(jīng)濟(jì)性，同時比土質(zhì)材料有更好的適用性及可靠性。

3)內(nèi)防水有其特殊局限性，提供一種經(jīng)濟(jì)卷材防水逆作法施工工藝，其實施效果能夠滿足嚴(yán)苛防水要求，但前提是增加過程檢查，嚴(yán)格驗收程序。

4)提供一種不同材料防水接駁做法，為類似工程提供借鑒。