深大基坑施工控制技術研究

劉海軍，車元平，張 波，竇 晗，陳 國,2

(1.中鐵一局集團有限公司第三工程分公司，陜西 寶雞 721006；2.南京林業大學土木工程學院，江蘇 南京 210037)

1 工程概況

某地鐵車站基坑附近地下管線縱橫交錯，周邊道路和建筑物距基坑較近，因而不具備放坡開挖的條件。臨近基坑的東側依次分布了現代國際大廈、工行金碧苑住宅樓以及東方曼哈頓大廈，基坑西側為金湖廣場。其中，現代國際大廈和金碧苑住宅采用的靜壓預制方樁為摩擦型樁。

2 未加固基坑

綜合考慮該基坑開挖范圍內的水文地質條件差異以及周圍的建筑物分布特點，確定基坑的長度、寬度和深度的尺寸分別為550m、450m 和69m。采用梁單元模擬腰梁、斜撐梁、立柱等構件，地下連續墻（簡稱地連墻）采用板單元，土體采用六面體實體單元。有限元模型的邊界條件為頂部自由，基坑周邊及底部限制法向位移，坑底限制三向位移。數值分析計算工況1～工況11施工天數分別為20、10、20、10、20、10、20、10、20、5、20 天，模擬內容分別為：開挖第一層土體、施工第一道支撐、開挖第二層土體、施工第二道支撐、開挖第三層土體、施工第三道支撐、開挖第四層土體、施工第四道支撐、開挖第五層土體、施工第五道支撐和開挖第六層土體至坑底。

圖1 為金碧苑和現代國際建筑物的關鍵節點，其中金碧苑四角設置了4 個測點，即P3、P4、P5 和P6，現代國際大廈四角設置了P1、P2、P7 和P8 測點。

圖1 測點布置

最大豎向沉降發生在靠近地鐵車站基坑一側的P1、P2、P3 和P4 測點，基坑東側地連墻的最大值達35.1mm，西側變形約為25.8mm。基坑開挖引起的地連墻變形約為開挖深度的0.12%，圍護結構變形較小。

各節點沉降隨施工過程發展如圖2 所示。P1、P2、P3 和P4 測點的沉降值表現出類似的下沉趨勢，隨施工時間的增長而增大，并在第165天達最大值，分別為-24.57mm、-22.29mm、-19.15mm 和-22.6mm。在前50 天內，P5 的下沉位移隨時間而略有增大，在第50 天時達最大值，約-0.68mm，隨后下沉變形逐漸減小，在第165 天時降至-0.11mm。P6 測點在第20 天時的下沉值最大，達-0.47mm，隨后變形減小，從第80天開始，發生向上隆起的現象。P7 和P8 測點表現出隨時間增長而增大的向上隆起變形，并在165 天時達最大值，分別為3.08mm 和1.86mm。布置于現代國際大廈左側的P1 和P2 發生了顯著的下沉變形，而右側的P7 和P8 產生了輕微的向上隆起變形，表明現代國際大廈在施工過程發生了較明顯的傾斜。金碧苑和現代國際大廈均發生了輕微的傾斜，但金碧苑的傾斜值略小于現代國際大廈。

圖2 建筑物節點沉降

在開挖富水深大基坑的過程中，需時刻重點關注地下水的滲漏，當遭遇透水性較好的粉砂和中砂層時，坑壁容易發生塌孔，從而引發管涌、流砂甚至地面沉降的嚴重破壞。圍護結構要求具有較大的剛度和較好的止水能力。其中，主體擋水系統采用1.2m 厚地連墻，而地下三層結構的附屬基坑采用1.0m 厚地連墻，地下二層和一層的附屬基坑采用鉆孔灌注樁。

在基坑開挖前，依據滲漏流場與水聲學測量原理，在65 個墻體接縫處布置三維流速矢量測量儀實時監測點位的三維滲流場。在基坑拐角處發生了地下水滲漏，形成了滲漏通道。

3 袖閥管注漿加固

為防止成槽時發生塌孔以及地連墻接縫處出現地下水滲漏的現象，最終選擇地質鉆機鉆孔和注漿，在基坑頂部距地連墻接縫0.5m 處鉆2 個孔，通過袖閥管注漿加固地連墻外側的土體。地下水的主要滲漏通道得到了有效的控制，水的實際流速明顯降低，如表1 所示。

表1 地下水流速 (單位：cm/s）

圖3 為采用袖閥管加固后的基坑支護結構、金碧苑住宅樓以及現代國際大廈的變形云圖。相比加固前而言，靠近基坑一側的P1、P2、P3 和P4 測點的豎向沉降值有了一定的降低，但遠離基坑的P5、P6、P7 和P8 測點的沉降值略有降低。但是袖閥管加固對金碧苑住宅樓的沉降改善效果不明顯，僅減小8.0%。經注漿加固后的現代國際大廈最大沉降量降幅達22.1%。位于基坑周邊的地連墻的最大變形為30.4mm，比加固前降低4.7mm，降幅達13.4%。

4 分段開挖

盡管采用袖閥管加固后的支護結構和周邊建筑物的沉降和變形均有一定程度的改善，但降幅并不明顯。為了更好地保障地鐵車站基坑的施工安全，地連墻接縫處使用袖閥管注漿加固的同時，采用分層分段開挖并增設四道混凝土支撐和一道鋼支撐。計算工況如表2 所示。

表2 計算工況

布置于基坑東側的現代國際大廈的P1 和P2測點采集到的沉降值明顯大于其他測點，最大沉降值為11.98mm。地連墻的整體最大變形為24.5mm。相對于未進行袖閥管加固及未分段開挖而言，地連墻最大變形有了明顯的改善，降幅達30.2%。布設于金碧苑住宅樓和現代國際大廈的8 個點位測得的沉降值與施工進度的關系曲線如圖4 所示。經袖閥管注漿加固和分段開挖和支撐后，金碧苑住宅樓和現代國際大廈的沉降值大幅降低，降幅分別為54.0%和66.3%，有效保障了基坑開挖的安全性。

圖4 節點沉降

5 結語

1）地連墻槽段間的接縫是地連墻發生地下水滲漏的薄弱部位，采用袖閥管注漿的方式加固接縫處的土體可有效阻斷滲漏通道，降低地下水的流速和流量。

2）靠近基坑一側的建筑物的沉降明顯大于遠離基坑的測點，袖閥管加固可以減小地連墻的變形和建筑物的沉降，但改善幅度不明顯。

3）經袖閥管注漿加固后，采用分段開挖并增設支撐可大幅降低地連墻的變形和建筑物的沉降，顯著降低地鐵施工對周邊環境的擾動。

4）施工過程中，需嚴密監測金碧苑和現代國際大廈左側的下沉以及整體傾斜增量，做好相應的預案，確保施工安全。