某軟土深大基坑對地鐵損傷影響的管理探討

趙俊俠

(浙江省建筑設(shè)計(jì)研究院，浙江 杭州 310001)

1 項(xiàng)目情況

1.1 基坑簡介

某項(xiàng)目基坑形狀大體呈三角形，邊長400 m，地下室采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)形式。基坑分住宅部分(一期)和商業(yè)部分(二期及其連接通道、三期、四期和五期)，靠近地鐵一側(cè)商業(yè)部分下設(shè)3層地下室，形狀不規(guī)則，平面尺寸約360 m×130 m，開挖深度15.6～17.4 m，局部坑中坑深23.0 m。地鐵側(cè)基坑分二期、三期、四期實(shí)施，其中臨近地鐵車站的二期基坑圍護(hù)體系采用Φ800 mm鉆孔灌注樁+三道鋼筋混凝土內(nèi)支撐，止水帷幕為850 mm直徑三軸攪拌樁，標(biāo)準(zhǔn)全段面套打；臨近地鐵區(qū)間盾構(gòu)隧道的三期、四期基坑圍護(hù)體系采用800 mm厚地連墻+三道鋼筋混凝土內(nèi)支撐+Φ900 mm@1100 mm隔離樁。二期圍護(hù)距離地鐵車站最近約13.2～19.3 mm，三期、四期圍護(hù)距離地鐵隧道最近約14.6 m。

1.2 臨近地鐵設(shè)施情況

臨近車站主體結(jié)構(gòu)：地鐵站房為地下2層的鋼筋混凝土箱型框架結(jié)構(gòu)，站房頂部埋深約2.5 m，站房底埋深為15～17 m。臨近車站附屬結(jié)構(gòu)包括通風(fēng)房、D出入口、緊急出口、站房指揮室、B3出入口等，均為地下1層鋼筋混凝土箱型框架結(jié)構(gòu)。

臨近區(qū)間盾構(gòu)隧道內(nèi)徑5 500 mm，外徑6 200 mm，錯縫拼裝，壁厚350 mm，環(huán)寬1.2 m。

1.3 項(xiàng)目所屬地質(zhì)情況

區(qū)間盾構(gòu)隧道主要位于隧道位于4-1層砂質(zhì)粉土和4-3層砂質(zhì)粉土，車站位置局部含4-2淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層。坑底位置主要位于4-3層砂質(zhì)粉土和5層粉砂夾砂質(zhì)粉土層。基坑地鐵側(cè)地質(zhì)土層較均勻，地下室基坑影響范圍內(nèi)以粉土為主，坑底以下約3 m為淤泥質(zhì)土層，連接通道基坑底以下為3-3粉砂夾粉土。隧道底接近4-2淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層。車站主體結(jié)構(gòu)底板底為4-2淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層，附屬結(jié)構(gòu)底板底為3-3粉砂夾粉土層。由于場地不存在滲透性良好的含水層，也沒有明顯的相對隔水層，故未考慮承壓水問題。

2 項(xiàng)目實(shí)施過程情況

1)預(yù)評估。項(xiàng)目在設(shè)計(jì)階段，項(xiàng)目單位委托專業(yè)評估單位對項(xiàng)目施工對地鐵結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行了安全預(yù)評估，組織地鐵設(shè)施影響預(yù)評估報(bào)告專項(xiàng)論證并提出了相關(guān)保護(hù)要求：施工引起地鐵隧道沉降≤10 mm，水平位移≤5 mm，隧道斷面收斂<10 mm。

2)二期基坑施工過程發(fā)生滲漏事故。二期基坑從開挖-4.100 m以下土方開始(2015年6月)，基坑周邊止水帷幕出現(xiàn)了大范圍止水帷幕滲漏情況，北側(cè)圍擋出現(xiàn)了多處沉降。市政雨水管破裂、大量泥水涌入。開挖至-16.000 m標(biāo)高時(shí)(2015年8月)，坑壁出現(xiàn)漏泥現(xiàn)象，基坑底部多處出現(xiàn)了管涌現(xiàn)象。

3)事故后果。車站附屬結(jié)構(gòu)與車站結(jié)構(gòu)存在較大的差異沉降，且與車站存在較大錯臺，接縫增大，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)接縫滲漏水并伴有泥沙滲入。區(qū)間盾構(gòu)隧道發(fā)生涌水冒砂現(xiàn)象，軌道幾何小范圍調(diào)整。

通過監(jiān)測單位人工復(fù)測地鐵結(jié)構(gòu)監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)后，發(fā)現(xiàn)基準(zhǔn)點(diǎn)下沉，監(jiān)測數(shù)據(jù)未及時(shí)反映地鐵結(jié)構(gòu)變形情況，導(dǎo)致地鐵結(jié)構(gòu)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行人工修正，相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)突變至較大數(shù)值。

3 項(xiàng)目實(shí)施過程中的管理措施

3.1 二期、三期基坑施工期間

圍護(hù)滲漏事故發(fā)生后，地鐵結(jié)構(gòu)監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定(實(shí)際基準(zhǔn)點(diǎn)未及時(shí)復(fù)測，未發(fā)現(xiàn)基準(zhǔn)點(diǎn)沉降)，未對該事估發(fā)生的后果提供及時(shí)的數(shù)據(jù)支撐。地鐵結(jié)構(gòu)變形緩慢，未發(fā)現(xiàn)滲漏水等病害增加。在此期間針對基坑圍護(hù)進(jìn)行高壓旋噴樁止水帷幕補(bǔ)漏，并對坑底涌水召開多次專家會和坑底降水開挖討論會，會商處理措施，但措施未有成效，基坑開挖分層分塊措施失效，開挖緩慢，基坑整體暴露。

地鐵結(jié)構(gòu)沉降持續(xù)發(fā)生，據(jù)發(fā)生滲漏事故約2個月后，臨近的附屬結(jié)構(gòu)出入口約車站發(fā)生較大錯臺，并伴隨滲漏水及冒砂，遂發(fā)現(xiàn)地鐵結(jié)構(gòu)存在較大變形。

采取的相關(guān)措施有：①緊急加密監(jiān)測相鄰附屬結(jié)構(gòu)的沉降情況；②復(fù)測地鐵結(jié)構(gòu)監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)；③緊急對滲漏水及冒砂接縫進(jìn)行堵漏注漿；④加快完成二期、三期基坑封底；⑤四期基坑增加中間分隔樁將四期基坑分四期、五期實(shí)施(四期實(shí)施在前，需重新進(jìn)行四期的安全預(yù)評估)。

3.2 五期基坑實(shí)施前

二期基坑、三期基坑、四期基坑完成之后，地鐵結(jié)構(gòu)整體變形較大，結(jié)構(gòu)病害增加，對地鐵運(yùn)營造成風(fēng)險(xiǎn)。絕對收斂超過60 mm，最大值70 mm，裂縫增加，滲漏水增加。事故發(fā)生后地鐵隧道病害與初始狀態(tài)對比如表1所示。

表1 事故發(fā)生后地鐵隧道病害與初始狀態(tài)對比 單位：處

按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，絕對收斂>60 mm，裂縫寬度>0.4 mm，結(jié)構(gòu)處于不利的變形狀態(tài)，為避免結(jié)構(gòu)進(jìn)入塑性變形階段，需提前進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固。但項(xiàng)目尚需進(jìn)行五期實(shí)施，五期實(shí)施不可避免將繼續(xù)增大地鐵結(jié)構(gòu)變形，預(yù)先針對隧道變形采取措施改善隧道變形(隧道收斂、沉降)，盾構(gòu)結(jié)構(gòu)受力處于安全狀態(tài)，可為后續(xù)五期施工提供條件。遂采用隧道外微擾動注漿糾偏工藝，該工藝采用有序可控的雙液微擾動注漿對隧道兩側(cè)土體進(jìn)行填充，提高隧道周邊土體強(qiáng)度和剛度，增加隧道側(cè)向抗力，可改善隧道受力狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對隧道變形的有效遏制和改善[1]。

微擾動注漿整體控制要求：微擾動注漿設(shè)計(jì)已超過60 mm收斂管片作為整治對象，整治目標(biāo)將盾構(gòu)絕對收斂降低至55 mm。

微擾動注漿的實(shí)施結(jié)果如圖1～2所示。

圖1 上行線典型斷面水平收斂變形時(shí)程曲線圖

圖2 下行線典型斷面水平收斂變形時(shí)程曲線圖

隧道微擾動注漿整治后，五期對應(yīng)位置的盾構(gòu)隧道收斂變形明顯減小。

3.3 五期實(shí)施后

五期實(shí)施后，由圖1～2可知，隧道變形依然加劇。主要原因有以下方面：五期外掛區(qū)距離隧道近(14.5 m)；基坑狹長，整體施工分坑實(shí)施時(shí)間長；對撐支點(diǎn)遠(yuǎn)離隧道側(cè)為大坑換撐支點(diǎn)，較薄弱。在此前提下，針對五期實(shí)施的安全評估及施工方案的審查將后續(xù)控制要點(diǎn)及地鐵隧道的控制標(biāo)準(zhǔn)提出了較為嚴(yán)格的要求。

4 項(xiàng)目實(shí)施總結(jié)

項(xiàng)目實(shí)施完成后，針對地鐵隧道及車站的損傷進(jìn)行了永久性修復(fù)，花費(fèi)較高。縱觀整個項(xiàng)目實(shí)施，因?qū)Φ罔F的影響，使得整個項(xiàng)目在成本上、工期、社會效益均造成比較負(fù)面的影響。究其原因，技術(shù)上：一是在設(shè)計(jì)時(shí)未采取針對性的圍護(hù)方案；二是在施工過程中未嚴(yán)格按照基坑的“時(shí)空效應(yīng)”及時(shí)完成基坑施工，從而導(dǎo)致基坑圍護(hù)滲漏、“晾坑”，另一方面監(jiān)測未能及時(shí)復(fù)核基準(zhǔn)控制點(diǎn)，導(dǎo)致監(jiān)測缺失，無法及時(shí)反映基坑以及周邊地鐵的變形情況，破壞性表征出現(xiàn)后才采取相關(guān)措施，而在技術(shù)之外，從項(xiàng)目立項(xiàng)時(shí)未能對項(xiàng)目進(jìn)行有效的安全風(fēng)險(xiǎn)分析，涉及地鐵的安全評估流于形式，未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)基坑圍護(hù)存在的問題，無有效的措施準(zhǔn)備，上述種種才導(dǎo)致地鐵結(jié)構(gòu)變形未能及時(shí)控制和處置。

4.1 采取合適的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)

針對地鐵結(jié)構(gòu)狀況、地質(zhì)情況、相互關(guān)系采取合適的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)是整個項(xiàng)目成敗的前提條件[2]。本項(xiàng)目在地鐵邊近距離進(jìn)行深基坑施工，未能考慮圍護(hù)樁間土在施工過程中的流失以及三軸攪拌樁施工局限性(止水深度較深時(shí)不能有效閉合止水帷幕)，導(dǎo)致地鐵車站一側(cè)周邊的圍護(hù)一定程度失效，未能控制項(xiàng)目與車站結(jié)構(gòu)間的水土損失。在軟土富水地層地鐵近距離的深基坑圍護(hù)應(yīng)采用剛度高、止水效果好的地下連續(xù)墻，并輔以可靠的止水帷幕如TRD(Trench-Cutting& Re-mixing Deep Wall Method，混合攪拌壁式地下連續(xù)墻施工法)等圍護(hù)措施，方能有效控制地層應(yīng)力損失。

4.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)的及時(shí)復(fù)核非常有必要

軟土地層大型基坑開挖導(dǎo)致的地層變形按正常的監(jiān)測斷面，可能無法反饋整個影響的范圍，影響的范圍尤其在維護(hù)滲漏的情況下可能尤其大，因此，對監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行及時(shí)復(fù)核，有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)問題和基坑存在的問題，進(jìn)而對周邊的影響有一個清晰的判斷。在地鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)的基坑項(xiàng)目，需按一定時(shí)間復(fù)核基準(zhǔn)點(diǎn)，對于周邊影響的監(jiān)測比如地鐵監(jiān)測更需要經(jīng)常性復(fù)核。

4.3 當(dāng)?shù)罔F安全和項(xiàng)目實(shí)施存在沖突時(shí)，應(yīng)保證地鐵安全

項(xiàng)目實(shí)施過程中的重大安全問題需要項(xiàng)目自身克服解決，本項(xiàng)目對地鐵造成重大影響之后，后續(xù)實(shí)施無法完全確保地鐵的結(jié)構(gòu)安全和運(yùn)營安全，此時(shí)，舍棄或部分舍棄后續(xù)實(shí)施內(nèi)容對于項(xiàng)目已經(jīng)是一個必要的考量。通過基坑減層或其他項(xiàng)目規(guī)劃措施降低后續(xù)影響，并輔助以必要的地鐵整治，最大限度挽救項(xiàng)目成果是對地鐵造成重大影響項(xiàng)目的管理思路。

4.4 以控制變形最小作為地鐵保護(hù)的管理思路

地鐵本身的結(jié)構(gòu)損傷不可逆，整治并不能解決隧道損傷，應(yīng)以控制變形最小作為地鐵保護(hù)的管理思路。本項(xiàng)目雖然通過實(shí)施微擾動注漿的方式控制并減小了隧道的徑向收斂值，改善了隧道的受力結(jié)構(gòu)，但其混凝土結(jié)構(gòu)本身并不能將復(fù)原修復(fù)，影響結(jié)束后的鋼環(huán)加固輔助加固措施對于隧道耐久性也不利，目前尚無結(jié)構(gòu)修復(fù)技術(shù)，因此，控制最小變形就是地鐵保護(hù)的唯一思路。在整個項(xiàng)目從設(shè)計(jì)、施工均應(yīng)以這一思路進(jìn)行管理。

4.5 隧道修復(fù)中主要矛盾和次要矛盾的解決思路

項(xiàng)目對地鐵隧道的影響表現(xiàn)在隧道的收斂、沉降以及滲漏裂縫等表觀病害、地鐵車站及附屬結(jié)構(gòu)的不均勻沉降，在修復(fù)決策中應(yīng)明確首要解決的問題。保證地鐵的安全運(yùn)營的唯一的考量目標(biāo)，因此，在項(xiàng)目執(zhí)行修復(fù)過程中，首先要解決影響安全運(yùn)營的主要表現(xiàn)因素，影響行車安全的視為第一需要解決的問題，隧道的沉降導(dǎo)致行車線形問題的應(yīng)首先解決，出入口不均勻沉降影響乘客進(jìn)出需要優(yōu)先解決，最后進(jìn)行結(jié)構(gòu)加強(qiáng)處置。

4.6 項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)指標(biāo)策劃之前充分認(rèn)識項(xiàng)目對地鐵的影響

地鐵保護(hù)區(qū)項(xiàng)目在實(shí)施規(guī)劃階段應(yīng)充分認(rèn)識本地區(qū)地鐵保護(hù)的特點(diǎn)，地下工程建設(shè)指標(biāo)盲目，最終不一定能取得滿意的回報(bào)率。本項(xiàng)目除了進(jìn)行結(jié)構(gòu)減層之外，還需對地鐵進(jìn)行修復(fù)，期間還進(jìn)行方案討論、事件分析，這些工作需要花費(fèi)大量的時(shí)間和金錢，項(xiàng)目的工期一拖再拖。從經(jīng)濟(jì)型來說極其不劃算(保守估計(jì)項(xiàng)目損失約2億元)，在社會影響上也很壞(地鐵限速運(yùn)行)。所以地下部分的建設(shè)指標(biāo)設(shè)置前應(yīng)進(jìn)行必要的數(shù)值分析、風(fēng)險(xiǎn)分析，并適當(dāng)按較壞的結(jié)果去考量。

5 結(jié)束語

地鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)深基坑施工有別于一般深基坑，需要深刻認(rèn)識地鐵的影響以及地鐵運(yùn)營的相關(guān)要求，在風(fēng)險(xiǎn)分析手段基礎(chǔ)上，仔細(xì)籌劃建設(shè)指標(biāo)、基坑圍護(hù)方案、施工措施等，方能促使項(xiàng)目成功完成。

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