談車站附屬基坑施工對臨近已貫通區間的保護

賈玉山

(上海市基礎工程集團有限公司,上海 200433)

0 引言

隨著地下空間的開發和地鐵的建設,城市地下新建地鐵受到越來越多的因素制約,因車站附屬基坑靠近已貫通的區間,基坑施工將對區間造成不利影響,因此基坑施工前需對區間進行保護。本次通過一個軌道交通工程實際施工案例,闡述一種基坑工程施工TRD內插H型鋼主動控制基坑變形和區間內同步拉緊裝置使用雙重控制措施確保區間變形安全的施工方法。

1 工程背景

1.1 工程概況

本車站附屬4號風亭基坑普遍開挖深度約14.5 m,局部深坑開挖深度約16.0 m,基底位于第④層土。本基坑安全等級為一級,環境保護等級為一級。 江浦路站4號風亭地下附屬結構與已貫通的區間隧道平行且距離僅1.7 m,如圖1所示。

1.2 保護措施研究

4號風亭的圍護結構原設計鉆孔灌注樁+三軸攪拌樁止水帷幕[1]。根據原設計工況,該附屬基坑需在盾構區間實施之前結構封頂。但由于借地、站點開通運營時間的要求,盾構區間的實施先于附屬基坑施工,導致工況發生重大變化。原施工工藝無法保證已貫通區間的安全。

為保證附屬基坑的順利開挖,同時保證區間隧道的變形穩定,經實際驗算、模擬,最終決定采用以下雙重控制措施:1)地墻槽壁加固采用 TRD 工法,其中臨區間隧道側TRD 工法加固與地墻同深,且插入型鋼(不拔除);2)靠近影響范圍內的既有區間結構采取縱向拉緊裝置以控制隧道變形。同時,增加鋼支撐伺服系統,自動化監測等措施。當變形量超過報警值時,應及時查明原因,采取有效措施防止變形繼續發展,利用管片預留注漿孔對隧道進行注漿加固[2]。

4號風亭的圍護結構由原設計鉆孔灌注樁+三軸攪拌樁止水帷幕調整為800 mm厚地下連續墻。因地下附屬結構與已貫通的車站區間隧道平行且距離僅 1.7 m,為降低施工過程中對區間隧道的不利影響,地墻槽壁加固采用TRD工法,其中臨區間隧道側TRD工法加固與地墻同深,且插入型鋼(不拔除);其余各側 TRD 工法加固與坑底加固同深,不插入型鋼。為控制基坑變形,坑底采用滿堂加固,鋼支撐采用支撐軸力伺服系統。區間與車站相對關系剖面如圖2所示,4號風亭TRD工法槽壁加固平面圖如圖3所示[3]。

2 區間保護措施的實施

2.1 TRD內插H型鋼工法保護

1)樁機定位及垂直度修正。本項目TRD工法兼做地墻槽壁加固使用,不單獨作為支護結構。如采用常規澆筑混凝土硬地坪和導墻的方式,后期還需要進行鑿除和補倉,對于工期和經濟合理性方面均較為不利。對施工作業區域地耐力進行測試,并核實工法機的最大施工荷載,經計算擬采用鋪設兩層3 cm厚鋼板作為設備走行道路。鋼板鋪設方向采用橫豎法進行鋪設,第一層沿墻體軸線方向鋪設,第二層垂直于軸線方向,鋼板之間采用焊接連接成整體,保證機器在行走過程中鋼板不發生位移,確保機架作業安全。

本次選用的TRD工法機為步履式,步履相對規則且穩定,本次施工定位采用在鋼板上放樣走行路線方式進行定位。采用經緯儀在鋼板上將步履的行走路線角點進行精密放樣,并采用定位鋼絲繃緊確定路線。每次轉角完成,對角點進行一次復核。

2)切割箱的安裝及糾偏。TRD的糾偏主要采用設備主動糾偏裝置進行,總體成墻垂直度應根據設計要求控制在1/200以上,以確保地墻施工不受影響。通過設備駕駛艙儀表盤顯示的切割箱垂直度發現有偏斜時及時糾偏。糾偏過程采用小幅度、連續性糾偏為主,避免出現偏斜過大后再進行一次性糾偏的情況,保證成墻質量和可能出現“卡切割箱”的問題。

3)特殊刀排的配置。切割箱兩側的刀排常規按1 200 mm間距安放,分別有七種類型,400 mm～850 mm寬度不等。但根據上海的砂性土質的要求,本工程將刀排適當調整至600 mm間距安放,并且增加小型刀排的數量。這樣能防止切削箱進入土層后發生抱死卡死現象。在掘進工程中,也安排專人關注刀排的磨損情況,對磨損大的刀排及時修整,確保掘進的速度[4]。

4)固化液和挖掘液的拌制。本次固化液所采用的水泥品種、水灰比、水泥摻量均根據設計要求進行,確保總體摻量不低于20%。同時根據該區域的地質情況,加固范圍內存在較厚的粉砂層和硬可塑粉質黏土層,為確保切割箱順利下放到底,并保證土體攪拌的均勻性,在進行挖掘時,需配置納基膨潤土挖掘液。挖掘液的配比為50 kg/m3[5-6]。

水泥漿應隨拌隨用,拌制完成的漿液超過2 h的應作廢漿處理。同時,在靠近既有隧道側,由于需在水泥土攪拌墻內插入H型鋼,故還需特別關注泥漿的流動性問題,確保型鋼順利插入。泥漿的流動性采用流動度測試儀進行測試,抽取墻體中部和底部的泥漿分別進行測試,并使用實際插入試驗的方式確定流動度控制值。

挖掘液配比:水∶膨潤土∶CMC=1 000∶80∶0.5,比重1.05。

5)水泥土墻體成墻施工。TRD成墻采用常規的三序成墻施工順序,即先行挖掘、回撤挖掘、成墻攪拌。

6)廢土的處理措施。溝槽開挖挖起的沉淤、雜填土和深層攪拌樁施工產生的置換土以及施工場區內的置換土集中堆置在集土坑內,待達到一定高度再進行外運處理。

施工產生的涌土在施工后應立即進行鏟除、平整、清理。

場區內的廢土每天安排保潔人員進行清掃,做到污水不外溢,建筑垃圾集中堆放并及時清運。

7)型鋼插入(如圖4所示)的施工工藝和質量要求。

型鋼插入的時機:型鋼應待切割箱切割離開型鋼插入位置1.5 m以上時方可進行型鋼插入作業,避免型鋼插入時對施工墻體的質量造成影響。

型鋼定位:采用定位卡對型鋼位置進行定位。定位卡應與道路鋼板牢固固定,避免出現位移情況。然后采用50 t履帶吊進行送樁。待型鋼送至指定深度后進行定位。定位采用Φ8吊筋和雙拼18號槽鋼架至鋼板路面上。如因泥漿流動性差、凝固快等原因導致型鋼自由下放困難,可采用挖機、振動錘等輔助工具進行輔助下沉,嚴禁使用重復起吊型鋼并松鉤下落的插入方式。型鋼吊放流程如圖5所示[7]。

2.2 區間保護方法

2.2.1 區間結構采取縱向拉緊裝置

區間結構采取縱向拉緊裝置范圍為2倍基坑深度范圍。拉緊裝置設計如圖6—圖10所示。

2.2.2 區間監測措施

根據現場施工情況結合施工工期,監測布置點情況如圖11,表1所示。

表1 隧道監測斷面測點分布說明表

2.2.3 區間注漿措施

4號風亭后續圍護及結構施工期間實時監測區間數據,出現報警采取區間管片注漿。如超過沉降報警值,須利用管片預留注漿孔對隧道進行注漿加固,漿液采用雙液漿注漿。應多點、多次、少量、均勻,控制好注漿壓力及注漿量等參數,加固后土體強度qu為0.2 MPa～0.3 MPa。

3 應用效果

3.1 項目實施情況

4號風亭實施期間,按照上述保護方法進行區間保護性施工,并在基坑施工期間對監測情況進行記錄(見表2),最終4號風亭完成后,確保已貫通區間安全,無較大變形情況出現。

表2 4號風亭施工情況統計表

從圍護結構施工開始至結構回筑完成,經現場實際反饋未發生隧道管片破損、隧道管片滲漏水增加等情況。但為保證區間安全,在區間拉緊裝置撤銷之前,項目仍按照預案對管邊環外進行了補注漿措施。拉緊裝置撤銷后,盾構區間狀態保持良好。

3.2 項目監測情況

在工程實施期間,除對在實施基坑必備的監測項目外,也對臨近的盾構區間增加了靜力水準監測、收斂監測、水平位移監測等監測項目。

靜力水準監測數據各個工期累計最大值如下:TRD施工于2021年4月16日完成時,上行線隧道CS671累計下沉-1.7 mm;地墻施工于2021年6月7日完成時,上行線隧道CS667累計下沉-4.4 mm;地墻施工于2021年6月15日完成時,上行線隧道CS643累計上抬5.7 mm;基坑底板施工于2021年7月15日完成時,上行線隧道CS647累計上抬7.1 mm;基坑負一層結構施工于2021年8月27日完成時,上行線隧道CS655累計下沉-5.4 mm(見圖12)。

管徑收斂監測數據各個工期累計最大值如下:TRD施工于2021年4月16日完成時,上行線隧道SLS667累計變化-3.5 mm; 地墻施工于2021年6月7日完成時,上行線隧道SLS659累計變化6.0 mm;地墻施工于2021年6月15日完成時,上行線隧道SLS667累計變化-8.5 mm;基坑底板施工于2021年7月15日完成時,上行線隧道SLS657累計變化8.0 mm;基坑負一層結構施工于2021年8月27日完成時,上行線隧道SLS657累計變化9.0 mm(見圖13)。

隧道結構水平位移監測數據各個工期累計最大值如下:TRD施工于2021年4月16日完成時,上行線隧道SS651-2累計變化2.8 mm;地墻施工于2021年6月7日完成時,上行線隧道SS673-2累計變化-6.7 mm;地墻施工于2021年6月15日完成時,上行線隧道SS665-1累計變化6.9 mm;基坑底板施工于2021年7月15日完成時,上行線隧道SS663-1累計變化7.8 mm;基坑負一層結構施工于2021年8月27日完成時,上行線隧道SS671-2累計變化-5.9 mm(見圖14)。

項目實施期間,盾構區間各項監測數據均控制在設計允許范圍以內,未發生監測預警情況。

4 結語

本工程的順利實施共驗證了以下幾個方面:1)TRD內插H型鋼槽壁加固對保證地墻施工期間盾構區間的穩定是有效的。2)通過H型鋼不拔除的方式,輔助以鋼支撐伺服系統的應用,增加了圍護結構剛度,對基坑自身的變形控制以及對盾構區間的變形控制達到了毫米級(均控制在10 mm以內)。3)對臨近已貫通的區間采取管棚拉緊裝置加固,在基坑施工期間,也確保了區間安全。該工程的成功實施具有非常典型的參考價值,且此保護方法具有一定的推廣性,望能為今后類似工程提供參考。