上跨既有地鐵隧道的明挖基坑施工關鍵技術

王志剛

上海建工集團股份有限公司 上海 200080

隨著近些年國內大型城市軌道交通的飛速發展，城市地下資源不斷被開發利用，越來越多新建工程的基坑需要在軌道交通的安全保護區內，甚至地鐵隧道的上方開挖和施工。這類基坑的土體卸載會對隧道結構產生隆起變形和附加應力，影響地鐵運營安全[1-4]。

本文以實際工程為背景，對在既有地鐵隧道上方進行基坑施工的設計方案要點、施工階段控制方法和施工完成后運營地鐵線路變形控制的效果進行了分析，以期為今后類似工程建設提供參考和積累經驗。基坑坑邊采用三軸攪拌樁重力壩，坑內采用三軸攪拌樁滿堂加固。

1 項目概況

徐家匯虹橋路地塊項目是超大型商辦綜合體，位于上海市中心城區，其地塊北側的4-15區基坑上跨既有運營軌道交通9號線盾構隧道，隧道直徑約6.2 m，上行線、下行線中心間距約11 m，隧道頂覆土埋深7～14 m，4-15區基坑寬約45 m，長約170 m，基坑面積約6 800 m2，基坑開挖深度3～6 m，基礎底板底面距離運營隧道頂約5 m，位于基坑下方的區間隧道長度約182 m。坑底隧道兩側施工350根抗壓樁，樁徑為850 mm，樁長65 m，平面位置如圖1所示。

圖1 基坑4-15區平面示意

2 施工難點

2.1 基坑施工面積大、周期長

根據基坑圍護設計工況，4-15區的基坑被劃分成3塊，分別需等其對應的南側小坑出±0 m后才能開挖施工，整個施工周期長達19個月，而且基坑施工面積達到6 800 m2，對基坑及地鐵的變形控制是施工難點。

2.2 基坑施工時間限制緊、難度大

根據地鐵運營要求，區間隧道上方分塊基坑的施工需要在地鐵停運期間進行，施工時間被限制在5 h內。如何在有限的時間內完成土方開挖、樁頭破碎、墊層施工、底板鋼筋綁扎、混凝土澆筑等工序是施工難點。

2.3 各工序存在不同難點

1）基坑內采用三軸攪拌樁滿堂加固，加固土體強度最大達到2.5 MPa，開挖困難。

2）常規混凝土墊層需養護，無法滿足現場施工要求。

3）為減少施工時間，區間隧道上方分塊基坑的底板鋼筋采用預制鋼筋籠的形式吊裝入坑內，各分塊底板之間鋼筋搭接、板面豎向鋼筋及鋼結構埋件等，均造成鋼筋籠吊裝、定位困難。

3 施工區域分塊及施工流程

3.1 施工區域分區分塊

4-15區由東向西根據對應小坑分為A、B、C這3個區組織施工。分區按下方9號線地鐵運營區間進行細化，劃分為地鐵上方區域和周邊區域，先施工地鐵上方區域，后施工周邊區域，如圖2中的A-2、A-3、B-2、B-3、C-2、C-3為區間隧道上方區域，其余為周邊區域。

圖2 4-15區分區分塊平面示意

區間隧道上方區域分塊，寬度約2.85 m，每一施工分塊必須保證隧道兩側至少有1根灌注樁與基礎底板可靠連接，組成門架，形成整體共同受力，防止隧道的上浮。

3.2 施工流程

3.2.1 土方施工

根據施工現場實際情況，分塊開挖采用放坡一次性挖到底板墊層底面的方式，現場配置1臺GAT360挖機及1臺GAT325挖機同時施工，大挖機平均12 min一車，小挖機平均30 min一車。現場土方采用壓車方式處理，現場配備20臺土方車（20 m3）。開挖前松土1.5～2 m。

3.2.2 墊層施工

一次挖至墊層底標高后鋪設XPS板、九夾板形成復合墊層，墊層依據土方開挖及底板分塊原則進行分塊。墊層應嚴格控制標高，XPS板應鋪設均勻。

墊層施工前一天，施工現場內提前將標高引測至坑底周邊，后續引至圍護樁體上，并經相關監測人員旁站復核后，作為控制依據。把握時間進行墊層制作，避免影響下道工序施工。墊層施工時，利用墊層厚度，設置300 mm×300 mm的排水溝，并設置集水井，便于墊層積水的排除。

3.2.3 截樁施工

根據樁頂設計標高以及樁位復核成果，對超高的工程樁進行截樁，采用人工開鑿和破樁機相結合的方法。根據土層開挖厚度，接近設計樁頂標高大于0.3 m時采用機械鑿除，接近設計樁頂標高0.3 m處開始采用人工開鑿，并由挖機配合履帶吊直接吊運出基坑外運。

3.2.4 底板鋼筋籠制作及吊裝

吊裝前在鋼筋籠加工場地預制加工鋼筋籠。鋼筋籠基礎底板水平主筋采用HRB400鋼筋，局部板面及板底設置附加鋼筋，采用機械連接。截樁作業完成后，采用75 t履帶吊將鋼筋籠水平吊裝至坑內，鋼筋籠設置8吊點，并配置吊點加強筋、桁架筋，各部分鋼筋籠之間采用搭接連接，搭接長度大于1.2 m。底板施工縫設置快易收口網分隔，扎絲綁扎在鋼筋籠上。

3.2.5 底板混凝土施工

底板鋼筋、插筋及埋件驗收通過后安排澆筑混凝土，底板混凝土采用汽車泵配4名混凝土工澆筑施工，汽車泵提前進場待命，混凝土澆筑耗時50 min。

4 關鍵施工技術措施

4.1 預制鋼筋籠焊接及搭接

基礎底板水平主筋采用HRB400鋼筋，局部板面及板底設置附加鋼筋，連接方式采用機械連接，特定情況下靈活采用錯位連接方式。

底板厚度為800 mm，底板配筋為板面單層雙向φ25 mm@150 mm、φ22 mm@150 mm，板底單層雙向φ22 mm@150 mm，局部附加φ28 mm@150 mm、φ22 mm@150 mm的加強筋。

預制鋼筋籠參照結構底板配筋，鋼筋籠豎向及橫向桁架筋采用直徑為25 mm的鋼筋，鋼筋籠設置8個均布吊點，確保起吊平衡穩定。采用桁架吊，桁架采用直徑28 mm的鋼筋制作。吊點加強鋼筋采用直徑22 mm圓鋼。縱向桁架筋間距為1 500 mm，橫向桁架筋間距為1 500 mm（800 mm厚底板）、1 200 mm（1 000 mm厚底板），吊點加強筋與框架筋采用雙面焊。

底板鋼筋采用預制鋼筋籠吊裝施工，鋼筋籠平臺采用型鋼材料制作，確保加工場地平整、穩固，拆卸方便。鋼筋籠加工平臺大小為6 m×20 m。為減少對地鐵隧道影響，鋼筋籠加工廠位于隧道邊抗壓樁上方，隨施工進度逐步移動。鋼筋籠成形后由履帶吊轉運至基坑邊，采用75 t履帶吊水平吊裝至坑內，鋼筋籠設置8吊點。分塊鋼筋籠質量取8.2 t。

4.2 預制鋼筋籠吊裝

根據鋼筋籠質量選配75 t履帶吊進行施工，查閱履帶吊的工作性能表之后，根據起重性能將履帶吊工作半徑控制在18 m以內，吊裝行走時按照70%性能考慮。

鋼筋籠采用的鋼筋模數較小，鋼筋籠整體柔度較大，故采用8點吊轉換吊具（圖3）。

圖3 鋼筋籠起吊方式

5 結語

在按施工方案合理安排施工的情況下，隧道上方的分塊基坑能在5～6 h內完成底板澆筑。隧道內采用的人工及自動監測數據均顯示，地鐵隧道管徑收斂變形、垂直位移等各項指標均在規范允許范圍之內，滿足地鐵安全運營的保護要求。施工時對區間隧道結構進行普查時，也未發現結構裂縫及滲漏水等異常現象。

通過實際工程分析，從以下幾個方面考慮對周邊環境的保護。

關于基坑周圍沉降問題，土方開挖及支撐施工時分層分塊、限時對稱，精心組織。基坑開挖前進行充足的預降水，改善坑內土的土性，提高被動區土體強度。基坑開挖期間，制定周詳的監測方案，委托有資質的專業單位負責基坑監測。對車輛進出口處的地下管線等進行調查，對載重車輛頻繁進出處或計劃有大型重車進出時，采取鋪設鋼板等措施，確保管線安全。

關于基坑周邊環境污染等問題，做到土方車場內低速行駛、輪胎出場時清潔。設置三級沉淀池，場地內污水需經過沉淀再排入市政管網。現場的臨時道路地面做硬化處理，防止道路揚塵。選用環保型低排放施工機械，并在排氣口下方地面澆水沖洗干凈，防止排氣產生揚塵等。