论文部分内容阅读
摘 要：本文结合深圳地铁11301标车公庙枢纽工程西风道基坑的施工，简述了在既有线路上方进行基坑施工时，必要的加固及开挖保护措施，以及施工各阶段对运营地铁线路变形的监测，以期为今后类似工程建设提供参考和积累经验。
关键词：基坑开挖；既有隧道；加固措施；变形控制
中图分类号：U 94 文献标志码：A
0 引言
随着城市轨道交通网络的逐渐完善，在已有轨道线路周围进行工程活动不可避免。为保证既有线路的正常运营，工程建设过程中对施工引起的变形要求极其严格。本文以实际工程为背景，对在紧邻运营地铁线路上方进行基坑施工的设计方案要点、施工阶段控制方法和施工完成后运营地铁线路变形控制的效果进行了分析，以期对今后类似工程建设提供参考和积累经验。
1.工程概况
该风道基坑位于深圳地铁11301标车公庙枢纽西侧，基坑整体上跨既有运营深圳地铁1号线车竹区间，基坑宽约19.4m，长约35.8m，基坑深约8.1m，风道内设集水井，集水井基坑深约9.4m。连续墙厚800mm，共计23幅，坑底施工抗拔桩，桩径为1m，嵌固深度12m，共计14根，平面位置如图1所示。
图1 风道基坑平面图
1.1工程及水文地质
西风道顶板覆土约2.2m～4.9m，底板埋深约18～20m，基坑范围土层为人工填土层、粉质粘土层、淤泥质粉质粘土层、粗砂层、砾质粘土层、全风化花岗岩、土状强风化花岗岩、块状强风化花岗岩、中风化花岗岩层。
施工场地地下水位为0.70～4.60m，地下水存在主要有两种类型：
⑴、第四系地层中的上层滞水和孔隙潜水，主要赋存于第四系人工素填土、冲积的淤泥质粉质粘土、砂土和残积砾质粘性土中；
⑵、一类为基岩裂隙水，主要赋存于强、中等风化带中，略具承压性。第四系砂层地下水补给主要来源于大气降水补给，并在一定条件下接受海水和河水的侧向补给，并与二者具有一定的水力联系。
1.2工程难点
在既有地铁线路上方进行基坑开挖，由于开挖导致的竖向卸荷反应会使基坑底部的土体产生向上的隆起，同时会使坑底已建隧道产生较大变形，严重时会引起地铁隧道开裂，两轨道不均匀沉降，从而威胁到既有线路的运营安全。
既有隧道距离风道基坑底部极为接近，上行线隧道顶部距基坑底板最小距离为3m，基坑一侧连续墙在既有隧道下行线上方施工，连续墙下端与下行线隧道顶部最近达0.5m，极大地增加了施工难度，同时也对基坑的稳定性及既有隧道的变形控制是个很大的挑战。
按照地铁公司要求，整个风道基坑开挖过程中需要严格确保既有车站的安全运营，具体标准参照深圳市《深圳城市轨道交通地下工程监测技术规范》的要求：
⑴、地铁结构设施绝对沉降量及水平位移量≤20mm；
⑵、隧道相对变形量不大于1/2500；
⑶、收敛变形小于20mm。
2.总体施工方案及技术措施
基坑开挖及支撑架设遵循“时空效应”原理，在基坑开挖过程中掌握好“竖向分层、分区，纵向分块、分段、拉槽、留土护壁、随挖随撑，减少无支撑暴露时间”的原则组织施工，开挖至设计基地标高后，快速封底并施做底板。
2.1施工方法
西风道原设计为盖挖法施工，后来各方通过对既有区间隧道安全、施工周期等因素进行分析对比后，变更为明挖法施工，具体对比如下：
1、施工周期对比如表1所示。
表1 盖、明挖法施工周期对比表
盖挖法施工周期 明挖法施工周期
4段顶板施工 20天 表层土及砼支撑施工 4天
顶板等强 15天 支撑等强 7天
盖挖土方完成80%后底板施工 15天 土方开挖一段即可施工底板 4.5天
土方开挖后底板施工等待时间 5天 土方开挖后底板施工等待时间 2天
2段底板施工完成时间 30天 6段底板施工完成时间 18天
总计 70天 总计 31天
注：土方总共为4500m3，盖挖进度300m3/d，明挖进度1000m3/d。
2、对既有隧道影响的对比
采用盖挖法施工结构利用风口做出土口，分成4段，平均段长9m，各段盖挖土方全部开挖完成后进行结构底板施工，土方开挖进度慢，区间隧道上方土体卸载时间长，结构施工效率低，不利于区间隧道变形控制。
明挖法施工时间比盖挖法施工时间缩短约一个半月，采用明挖法施工可以缩短对运营区间的影响时间。鉴于前期围护结构施工时，既有线地铁区间变形敏感，采用明挖顺筑法施工可明显降低对一号线运营区间的影响时间。
明挖法分段不受出土口限制，分段长度调节相对自由，可以开挖一段立即施工一段底板。底板及早与抗拔桩连接，形成抗浮体系来抵抗土体卸载形成的上浮，现场开挖分成10段，平均6m一段，保证每一段都有抗拔桩，同时减少区间隧道上方土体卸载的时间，有利于区间隧道的变形控制。
2.2加固措施
在结合有效施工方法的同时，为了提高基坑底部土体性能，降低基坑隆起造成的既有隧道上浮的风险，风道采用φ600@450MJS工法旋喷桩加固，对风道（除施工抗拔桩范圍）基坑底以下2.3m、5m范围内土体进行全面积加固处理，设计风道基坑底旋喷桩无侧限抗压强度为28天不小于0.8MPa。土体无侧限抗压强度基本达到2~2.4MPa。
现场施工采用插入旋喷管进行试喷，确定施工技术参数。注浆材料：普硅42.5R水泥，水泥浆（单液）水灰比：1～1.5，参考参数见表2所示。
表2MJS工法旋喷注浆施工技术参数表
序号 参 数 名 称 单 位 参数值
1 浆液 注浆压力 MPa 15~20
浆液流量 L/min 80~120
喷嘴孔径 mm 2.1
2 注浆管外径 mm 42
3 提升速度 cm/min 15~20
4 旋转速度 r/min 20
5 加固深度 m 0.8～5
3.信息化施工及结果分析
3.1自动化监测
隧道内采用人工及自动监测相结合方式进行信息化施工，确保数据及时准确，能起指导施工的作用。自动化监测观测初始值在地铁列车停运后，采用固定测站坐标，对4个基准点进行多次观测，取其坐标平均值为控制点坐标值。利用自由设站模式对观测点进行两次以上观测，确保初始值的准确性。
在每个观测周期开始前，利用4个基准点对测站点坐标进行校正，4个测回解算出测站点的坐标，通过多次观测解算测站点坐标求得测站点的坐标平均值，将求得的测站坐标平均值赋予测站点后，2个测回进行监测点观测。鉴于地铁列车运营对隧道结构的影响，每次观测时段均固定在凌晨列车停运后，以保证观测精度及数据比较的准确性。
基坑开挖过程中，地铁上行线隧道结构采用自动化监测进行水平位移及沉降观测，观测频率为1次/天，如施工过程中发现变形发展速率较大、支护结构开裂等情况，可适当增加观测密度，并及时向相关人员报告监测结果。测点布置如图2所示。
图2 监测点布置图
3.2施工中各阶段隧道变形情况分析
底板加固起始时间为2013年8月9日，对应上行线隧道监测点沉降为-1.41mm，风道连续墙施工为2013年9月6日，对应上行线隧道监测点沉降为-3.42mm，风道抗拔桩施工起始时间为2014年2月27日，对应上行线隧道监测点沉降为-2.34mm，风道主体结构施工起始时间为2014年5月29日，对应上行线隧道监测点上浮为9.61mm。可见在基坑开挖期间基坑下方的既有隧道会产生较大的上浮，符合土方开挖导致应力释放的变化规律。
基坑开挖期间监测点的竖向变形曲线如图3所示。基坑从围护施工开始至底板混凝土浇筑完毕后20天，地铁隧道收敛变形、曲率半径及相对弯曲等各项指标均满足地铁安全运营的保护要求。工程施工过程中，对该区间隧道结构进行普查，未发现结构裂缝及渗漏水等异常现象。
图3 1号监测点上浮曲线图
4.结论
通过对实际工程的分析可知，得出如下结论：
1）本方案中针对性采用了坑底加固、基坑采用钻孔灌注桩做抗拔桩等施工措施，有效地控制了施工过程中地铁隧道的变形发展 。
2）基坑施工中采用分块、分条的开挖方式，做到“平衡、限时”的原则，确保了隧道变形后的曲率半径和相对变形满足设计要求。分块宽度紧密结合底部抗拔桩的分布，使每一段底板都能有抗拔桩结合形成抗浮受力体系。
3）通过自动化监测技术实时掌握既有隧道的变形情况，不盲目施工，得以保证既有线路安全运营。
参考文献
[1]刘建航，侯学渊.基坑工程手册.北京:中国建筑工业出版社，1997.
[2]夏才初，潘国荣.土木工程监测技术.北京:中国建筑工业出版社，2001.
[3]深圳市地铁集团有限公司.QB/SZMC-10102-2010深圳城市轨道交通地下工程监测技术规范[S].深圳：深圳市地铁集团有限公司，2011.
作者简介：肖俊（1976—），女，湖南涟源人，2000年毕业于西南交通大学土木工程专业，本科，学士学位，工程师，主要从事市政地铁施工工作。
关键词：基坑开挖；既有隧道；加固措施；变形控制
中图分类号：U 94 文献标志码：A
0 引言
随着城市轨道交通网络的逐渐完善，在已有轨道线路周围进行工程活动不可避免。为保证既有线路的正常运营，工程建设过程中对施工引起的变形要求极其严格。本文以实际工程为背景，对在紧邻运营地铁线路上方进行基坑施工的设计方案要点、施工阶段控制方法和施工完成后运营地铁线路变形控制的效果进行了分析，以期对今后类似工程建设提供参考和积累经验。
1.工程概况
该风道基坑位于深圳地铁11301标车公庙枢纽西侧，基坑整体上跨既有运营深圳地铁1号线车竹区间，基坑宽约19.4m，长约35.8m，基坑深约8.1m，风道内设集水井，集水井基坑深约9.4m。连续墙厚800mm，共计23幅，坑底施工抗拔桩，桩径为1m，嵌固深度12m，共计14根，平面位置如图1所示。
图1 风道基坑平面图
1.1工程及水文地质
西风道顶板覆土约2.2m～4.9m，底板埋深约18～20m，基坑范围土层为人工填土层、粉质粘土层、淤泥质粉质粘土层、粗砂层、砾质粘土层、全风化花岗岩、土状强风化花岗岩、块状强风化花岗岩、中风化花岗岩层。
施工场地地下水位为0.70～4.60m，地下水存在主要有两种类型：
⑴、第四系地层中的上层滞水和孔隙潜水，主要赋存于第四系人工素填土、冲积的淤泥质粉质粘土、砂土和残积砾质粘性土中；
⑵、一类为基岩裂隙水，主要赋存于强、中等风化带中，略具承压性。第四系砂层地下水补给主要来源于大气降水补给，并在一定条件下接受海水和河水的侧向补给，并与二者具有一定的水力联系。
1.2工程难点
在既有地铁线路上方进行基坑开挖，由于开挖导致的竖向卸荷反应会使基坑底部的土体产生向上的隆起，同时会使坑底已建隧道产生较大变形，严重时会引起地铁隧道开裂，两轨道不均匀沉降，从而威胁到既有线路的运营安全。
既有隧道距离风道基坑底部极为接近，上行线隧道顶部距基坑底板最小距离为3m，基坑一侧连续墙在既有隧道下行线上方施工，连续墙下端与下行线隧道顶部最近达0.5m，极大地增加了施工难度，同时也对基坑的稳定性及既有隧道的变形控制是个很大的挑战。
按照地铁公司要求，整个风道基坑开挖过程中需要严格确保既有车站的安全运营，具体标准参照深圳市《深圳城市轨道交通地下工程监测技术规范》的要求：
⑴、地铁结构设施绝对沉降量及水平位移量≤20mm；
⑵、隧道相对变形量不大于1/2500；
⑶、收敛变形小于20mm。
2.总体施工方案及技术措施
基坑开挖及支撑架设遵循“时空效应”原理，在基坑开挖过程中掌握好“竖向分层、分区，纵向分块、分段、拉槽、留土护壁、随挖随撑，减少无支撑暴露时间”的原则组织施工，开挖至设计基地标高后，快速封底并施做底板。
2.1施工方法
西风道原设计为盖挖法施工，后来各方通过对既有区间隧道安全、施工周期等因素进行分析对比后，变更为明挖法施工，具体对比如下：
1、施工周期对比如表1所示。
表1 盖、明挖法施工周期对比表
盖挖法施工周期 明挖法施工周期
4段顶板施工 20天 表层土及砼支撑施工 4天
顶板等强 15天 支撑等强 7天
盖挖土方完成80%后底板施工 15天 土方开挖一段即可施工底板 4.5天
土方开挖后底板施工等待时间 5天 土方开挖后底板施工等待时间 2天
2段底板施工完成时间 30天 6段底板施工完成时间 18天
总计 70天 总计 31天
注：土方总共为4500m3，盖挖进度300m3/d，明挖进度1000m3/d。
2、对既有隧道影响的对比
采用盖挖法施工结构利用风口做出土口，分成4段，平均段长9m，各段盖挖土方全部开挖完成后进行结构底板施工，土方开挖进度慢，区间隧道上方土体卸载时间长，结构施工效率低，不利于区间隧道变形控制。
明挖法施工时间比盖挖法施工时间缩短约一个半月，采用明挖法施工可以缩短对运营区间的影响时间。鉴于前期围护结构施工时，既有线地铁区间变形敏感，采用明挖顺筑法施工可明显降低对一号线运营区间的影响时间。
明挖法分段不受出土口限制，分段长度调节相对自由，可以开挖一段立即施工一段底板。底板及早与抗拔桩连接，形成抗浮体系来抵抗土体卸载形成的上浮，现场开挖分成10段，平均6m一段，保证每一段都有抗拔桩，同时减少区间隧道上方土体卸载的时间，有利于区间隧道的变形控制。
2.2加固措施
在结合有效施工方法的同时，为了提高基坑底部土体性能，降低基坑隆起造成的既有隧道上浮的风险，风道采用φ600@450MJS工法旋喷桩加固，对风道（除施工抗拔桩范圍）基坑底以下2.3m、5m范围内土体进行全面积加固处理，设计风道基坑底旋喷桩无侧限抗压强度为28天不小于0.8MPa。土体无侧限抗压强度基本达到2~2.4MPa。
现场施工采用插入旋喷管进行试喷，确定施工技术参数。注浆材料：普硅42.5R水泥，水泥浆（单液）水灰比：1～1.5，参考参数见表2所示。
表2MJS工法旋喷注浆施工技术参数表
序号 参 数 名 称 单 位 参数值
1 浆液 注浆压力 MPa 15~20
浆液流量 L/min 80~120
喷嘴孔径 mm 2.1
2 注浆管外径 mm 42
3 提升速度 cm/min 15~20
4 旋转速度 r/min 20
5 加固深度 m 0.8～5
3.信息化施工及结果分析
3.1自动化监测
隧道内采用人工及自动监测相结合方式进行信息化施工，确保数据及时准确，能起指导施工的作用。自动化监测观测初始值在地铁列车停运后，采用固定测站坐标，对4个基准点进行多次观测，取其坐标平均值为控制点坐标值。利用自由设站模式对观测点进行两次以上观测，确保初始值的准确性。
在每个观测周期开始前，利用4个基准点对测站点坐标进行校正，4个测回解算出测站点的坐标，通过多次观测解算测站点坐标求得测站点的坐标平均值，将求得的测站坐标平均值赋予测站点后，2个测回进行监测点观测。鉴于地铁列车运营对隧道结构的影响，每次观测时段均固定在凌晨列车停运后，以保证观测精度及数据比较的准确性。
基坑开挖过程中，地铁上行线隧道结构采用自动化监测进行水平位移及沉降观测，观测频率为1次/天，如施工过程中发现变形发展速率较大、支护结构开裂等情况，可适当增加观测密度，并及时向相关人员报告监测结果。测点布置如图2所示。
图2 监测点布置图
3.2施工中各阶段隧道变形情况分析
底板加固起始时间为2013年8月9日，对应上行线隧道监测点沉降为-1.41mm，风道连续墙施工为2013年9月6日，对应上行线隧道监测点沉降为-3.42mm，风道抗拔桩施工起始时间为2014年2月27日，对应上行线隧道监测点沉降为-2.34mm，风道主体结构施工起始时间为2014年5月29日，对应上行线隧道监测点上浮为9.61mm。可见在基坑开挖期间基坑下方的既有隧道会产生较大的上浮，符合土方开挖导致应力释放的变化规律。
基坑开挖期间监测点的竖向变形曲线如图3所示。基坑从围护施工开始至底板混凝土浇筑完毕后20天，地铁隧道收敛变形、曲率半径及相对弯曲等各项指标均满足地铁安全运营的保护要求。工程施工过程中，对该区间隧道结构进行普查，未发现结构裂缝及渗漏水等异常现象。
图3 1号监测点上浮曲线图
4.结论
通过对实际工程的分析可知，得出如下结论：
1）本方案中针对性采用了坑底加固、基坑采用钻孔灌注桩做抗拔桩等施工措施，有效地控制了施工过程中地铁隧道的变形发展 。
2）基坑施工中采用分块、分条的开挖方式，做到“平衡、限时”的原则，确保了隧道变形后的曲率半径和相对变形满足设计要求。分块宽度紧密结合底部抗拔桩的分布，使每一段底板都能有抗拔桩结合形成抗浮受力体系。
3）通过自动化监测技术实时掌握既有隧道的变形情况，不盲目施工，得以保证既有线路安全运营。
参考文献
[1]刘建航，侯学渊.基坑工程手册.北京:中国建筑工业出版社，1997.
[2]夏才初，潘国荣.土木工程监测技术.北京:中国建筑工业出版社，2001.
[3]深圳市地铁集团有限公司.QB/SZMC-10102-2010深圳城市轨道交通地下工程监测技术规范[S].深圳：深圳市地铁集团有限公司，2011.
作者简介：肖俊（1976—），女，湖南涟源人，2000年毕业于西南交通大学土木工程专业，本科，学士学位，工程师，主要从事市政地铁施工工作。