既有地铁隧道上方超高层建筑基坑变形控制的关键技术_蒙绪权.pdf

广东土木与建筑GUANGDONG ARCHITECTURE CIVIL ENGINEERING2023年3月第30卷 第3期MAR 2023Vol.30 No.3DOI:10.19731/j.gdtmyjz.2023.03.0210引言随着城市人口以及城市交通流的增加，特别是大城市中心城区的交通严重拥堵，建设城市轨道交通是解决交通拥堵的最佳手段之一；城市的地铁规划线路在逐年增长，而沿线的土地规划总是滞后于地铁线路，地铁开通后沿线区的土地资源非常珍贵，特别是沿线中心城区具有一定规模可开发的土地资源更加稀缺；为城市中心稀缺的土地资源得到最大限度地开发和利用，建设超大超深基坑来满足超大地下空间和超高层建筑的功能需求。在既有地铁隧道上方建设超高层基坑工程面临的问题十分复杂，深基坑施工容易诱发周边临近的市政管线、地下隧道产生变形破坏以及建筑物大幅沉降等事故；因此，控制基坑变形是安全重要前提1。1工程概况广州某超高层建筑北基坑和基础工程建设在广州地铁6号线地铁隧道正上方，上部建设4层地下室、7层商业裙楼及1幢30层高150 m的北塔楼，基坑底与地铁隧道顶部竖向净距约5.1 m，基坑深度24 m；地质条件复杂，地下水丰富，且基坑南侧约100 m即为珠江水道，珠江水道水位高于基坑底约20 m；基坑周边环境复杂，西侧旁边有变电站，南侧邻近广州市级文物；基坑内和周边有较多的高压电力等管线。基坑支护平面尺寸85 m75 m，支护结构采用1 m厚连续墙+4道内支撑方案（东侧既有地连墙范围增加一道型钢支撑），东侧、南侧新建连续墙嵌固深度为2.5 m，西侧、北侧新建连续墙嵌固深度为2.53.5 m，新建地连墙深度27.0 m，第一道第四道支撑均采用钢筋混凝土支撑，局部第五道支撑采用H型钢支撑。地铁隧道保护控制线外（隧道轮廓线外3 m）布置三排主体结构工程桩，桩径为2.5 m，扩大头直径3.5 m，桩长约18 m；转换梁主要截面为4.0 m4.3 m、1.5 m3.0 m、2.5 m4.3 m、3.5 m4.5 m等，转换梁横跨隧道方向跨度18 m，转换梁区域板厚1.2 m，转换结构下方设置100 mm隔离层。如图1图3所示。既有地铁隧道上方超高层建筑基坑变形控制的关键技术蒙绪权，黄斯导，陈汉长（广东省构建工程建设有限公司广州510610）摘要：针对复杂地质环境和地铁隧道上方超高层建筑深基坑施工的一系列难题，采用新旧地连墙接头处理、利用既有吊脚地连墙及基础结构转换等技术措施，有效控制基坑及地铁隧道结构变形，同时减轻对隧道的一次性加载，不影响地铁开通后的运营安全。关键词：既有地铁隧道；控制变形；地下连续墙；内支撑；吊脚地连墙；基础结构转换中图分类号：TU745.3文献标志码：A文章编号：1671-4563（2023）03-093-04The Key Technology of Deformation Control for Foundation Pit of Super High-rise BuildingThe Key Technology of Deformation Control for Foundation Pit of Super High-rise Buildingabove Existing Subway Tunnelabove Existing Subway TunnelMENG Xuquan，HUANG Sidao，CHEN Hanchang（Guangdong Construction Engineering Construction Co.，Ltd.Guangzhou 510610，China）AbstractAbstract：In view of the complex geological environment and a series of difficult problems in the construction of deep foundation pit ofsuper high-rise building above subway tunnel，some technical measures are adopted，such as the joint treatment of new and old ground connecting wall，the use of existing ground connecting wall with lifting feet and the transformation of foundation structure，etc.，the deformationof foundation pit and subway tunnel can be controlled effectively，and the one-time loading on the tunnel can be reduced at the same time.Key wordsKey words：existing subway tunnel；deformation control；diaphragm wall；internal support；diaphragm wall with suspended feet；foundation structure transformation作者简介：蒙绪权（1966-），男，硕士研究生，高级工程师，主要从事建筑工程管理工作。E-mail：图1北基坑平面布置Fig.1The Layout of the North Foundation Pit（mm）冠梁10001200大对撑12001200斜撑8001200临时钢中立柱地铁隧道既有地连墙临近隧道连续墙，采用双轮铣成槽93蒙绪权，等：既有地铁隧道上方超高层建筑基坑变形控制的关键技术MAR 2023 Vol.30 No.32023年3月 第30卷 第3期2关键创新技术 通过临近地铁隧道保护地连墙用双轮铣槽法、新旧地连墙接头处理、内支撑与狭窄空间土方开挖、利用既有吊脚地连墙作为支护结构等施工技术，有效控制基坑及地铁隧道结构变形，不危及下卧地铁隧道的结构安全，不影响地铁正常运营。地铁隧道上方建设4层地下室和30层超高层塔楼，通过设置大跨度基础结构转换把该部分的荷载转移至隧道两侧的工程桩上，基础结构施工时采用分段分层浇筑方式，避免大体积混凝土出现裂缝影响隧道结构安全。3主要施工技术3.1新建地连墙施工技术地铁隧道20 m范围内为地保范围，不能采用冲、爆破等振动大的施工工艺，地铁隧道结构水平位移及沉降累计变化量报警值为 10 mm，控制值为 15 mm。在临近既有隧道范围内地连墙采用H8双轮铣铣槽机的成槽工艺，成槽能力强、振动较小2；该范围地连墙包括南侧16个槽段，东西两侧共9个槽段，合计25个槽段，为连续墙施工段1。地铁隧道20 m范围外采用了“抓铣结合”组合施工方法，采用液压抓槽机开槽至中风化岩层，再换用双轮铣铣槽机铣挖至槽底，配备1套黑旋风除砂系统进行地下连续墙的施工3；不影响地铁隧道区域的连续墙包括北侧及东西两侧北段共19个槽段，为连续墙施工段2，如图4所示。3.2新旧地连墙墙接头处理施工技术新旧连续墙接头处铣槽机施工前，先用抓斗抓土至岩层，抓斗抓土过程中，将先期施工的砂包袋及工字钢腹板内的泡沫清除，岩层部分待铣槽机施工完成后再用改装抓斗清除泡沫4。清除砂包泡沫后，在清孔之前用刷壁器清刷接头，防夹泥夹泡沫，反复刷动510次，直到刷壁器上无泥为止，如图5、图6所示。旧接头处绕流的硬化混凝土，当上述方法处理不干净时，用传统的冲孔桩机通过严格控制冲孔过程的振动频率技术减少对敏感的地铁隧道的影响5。在地保范围内冲除旧连续墙接头混凝土，要充分考虑到冲击的频率、现有隧道的固有频率、水平距离等有关因素；本工程采用锤重4.8 t、落距0.81.5 m的冲击方法，地面振动质点速度普遍在0.40.9 cm/s之间，实施效果良好，地铁隧道各项监测数据没有出现异常，达到预期目标。图2北基坑及基础工程三维示意图Fig.2Three-dimensional Sketch of North FoundationPit and Foundation Engineering临时立柱基础转换新建地连墙内支撑既有地连墙地铁隧道新建地连墙结构图3北基坑围护结构横剖面Fig.3Cross Section of Retaining Structure ofNorth Foundation Pit（mm）地连墙与侧墙之间空隙，在回筑工况时采用板撑支顶第五道钢支撑地铁隧道西侧西侧既有地连墙边预留土台（不开挖）2500钻孔桩24100东侧东侧既有地连墙边预留土台（加撑后开挖）图4地连墙施工段划分示意图Fig.4Schematic Diagram of Construction Section ofDiaphragm Wall新建地连墙既有地连墙地铁隧道新建地连墙新建地连墙图5改装抓斗Fig.5Modified Grab图6刷壁器Fig.6Wall Brush施工段1施工段294广东土木与建筑MAR 2023 Vol.30 No.32023年3月 第30卷 第3期3.3内支撑与狭窄空间土方开挖施工技术3.3.1内支撑及土方开挖总体施工流程施工准备第一层土方开挖（至第一道混凝土支撑底-100 mm）冠梁、第一道混凝土内支撑施工第二层土方开挖（至第二道混凝土支撑底-100 mm）第二道混凝土内支撑施工第三层土方开挖（至第三道混凝土支撑底-100 mm）第三道混凝土内支撑施工第四层土方开挖（至第四道混凝土支撑底-100 mm）第四道混凝土内支撑施工南侧隧道影响范围剩余土方开挖至转换结构底（预留土台）转换结构施工东侧预留土台部分开挖第五道钢支撑施工南侧剩余底板结构施工北侧非隧道影响范围剩余土方开挖至底板底-100 mm。3.3.2内支撑施工技术土方开挖至梁底标高下10 mm后，基底浇筑100 mm厚C20混凝土垫层，腰梁与地连墙连接面需按要求开凿，格构柱清理后焊接节点支撑钢板，焊接完成后及时进行焊缝检测；钢筋安装时严格按设计要求绑扎钢筋，钢筋接头应相互错开，同一连接区段纵向受拉钢筋接头数量不大于50%；模板安装采用厚18 mm木胶合模板，模板背枋采用50100 mm木方，在梁底及梁顶 200 mm 增加两道12500 对拉螺杆，支撑采用48.33.0 mm的钢管支撑；混凝土浇筑采用 48 m臂长汽车泵浇筑，混凝土分层浇筑厚度应不超过振动棒长的 1.25倍，采用斜向振捣，振动棒要做到“快插慢拔”，混凝土表面呈水平不再显著下沉、不再出现气泡，表面泛出灰浆时停止振捣。内支撑混凝土浇筑完成后，需安排专人对支撑定时进行洒水养护，待支撑梁达到强度1.2 N/mm2后，及时拆除模板。3.3.3狭窄空间土方开挖施工技术基坑土石方约15万m3，土方按照内支撑布置分5层开挖，土方分层及土方量如图7所示；开挖至坑底设计标高及时混凝土垫层封底，避免基坑长时间暴露。基坑前3层土方开挖采用常规出土方式，设置出土坡道；第4层土方采用台阶式退挖法，在基坑东北和西北侧设置2个出土平台，在台阶上布置PC200挖机，基坑顶部布置PC300长臂挖机，分层往上接力转土；本工程支撑梁密集，支撑梁间最小净空仅3.3 m，坑内土方采用小型挖机 PC100、PC60 开挖及转运至出土口，根据分层土方量动态调整挖机数量，解决了狭窄空间土方开挖难题6，如图8所示。3.4既有吊脚地连墙处理施工技术在地铁6号线某区间隧道施工前，先完成地保范围内的基坑东西侧部分地连墙；西侧既有地连墙墙顶标高7.2 m，墙底标高-15.6 m，坑底标高-14.7 m，开挖深度23.2 m，嵌固段为0.9 m；采用预留地下室与围护墙之间的土体（土台）作为连续墙的嵌固措施，土台高约3.6 m，使连续墙嵌固深度满足被动区土压力需求7，如图9所示。东侧既有地连墙墙顶标高7.2 m，墙底标高-15.6 m，坑底标高-15.05 m，开挖深度 23.55 m，嵌固段为0.55 m，增加一道型钢支撑（第五道支撑），如图9所示。基础结构施工划分4个区域施工，如图10所示，施工顺序如下：第四道混凝土支撑完成达到龄期后开挖A区土方到基坑底，预留西侧及东侧既有地连墙边土台，施工该区域垫层、隔离层、防水层、转换厚板和部分侧墙；A 区转换厚板混凝土强度达到设计强度的80%后，施工B区和C区第五道钢支撑；挖除B区反压土台，施工该区域防水层、转换厚板及负四层底板，钢支撑留在板内；挖除C区反压土台，施工该区域防水层、转换厚板及负四层底板，钢支撑留在板内；开挖D区土方到基坑底，施工该范围内垫层、图7基坑土方开挖分层Fig.7Layered Excavation of Foundation Pit地面标高第一层土方开挖量约1.6万m3第二层土方开挖量约3.4万m3第三层土方开挖量约2.7万m3第四层土方开挖量约万m3第五层土方开挖量约3.5万m3第一道混凝土支撑2.6m5.6m第二道混凝土支撑4.5m5.6m第四道混凝土支撑第三道混凝土支撑4.96.25m图8深层土方开挖出土示意图Fig.8Schematic Diagram of Excavation of Deep Earth图9隧道上方围护结构横剖面Fig.9Cross-section of the Building Envelopeabove the Tunnel（mm）-8.500m241001000mm地连墙（已竣工）锚杆201.5m1.5m，喷射100厚C25混凝土外挂钢筋网-15.600m预留地铁1 0.25-8.500m241001000mm地连墙（已竣工）锚杆201.5m1.5m，喷射100厚C25混凝土外挂钢筋网-15.600m二次开挖地铁1 1型钢支撑西侧东侧隧道隧道土台预留土台95蒙绪权，等：既有地铁隧道上方超高层建筑基坑变形控制的关键技术MAR 2023 Vol.30 No.32023年3月 第30卷 第3期防水层、底板及部分侧墙。3.5基础结构转换施工关键技术基础转换结构分为3个区块，、区同时施工，区转换结构混凝土强度达到80%，且完成第五道钢支撑后，再施工转换结构区，如图11所示。以截面 3.5 m4.5 m的巨型转换梁为例，底筋 6040/35/25、面筋 6040/25/35，箍筋16100（16），腰筋N30C40，混凝土C40；其体积大、钢筋密、骨架重和难度大；施工缝预埋连接筋及钢板止水带，竖直施工缝使用快易收口网作为模板；转换结构应用叠合梁原理分3层浇筑成型，每层混凝土终凝后再浇筑上一层混凝土，减轻对隧道加载；施工缝留置分别在梁高1/3处和梁高2/3处，其叠合面预埋竖直插筋，保证新旧混凝土共同工作8，如图12所示。4施工监测情况第三方监测基坑水平变形最大值为19.25 mm，地表沉降最大值为20.4 mm，均小于控制值30 mm，满足基坑变形保护等级为一级的变形控制要求，支撑轴力计算值与实测值吻合；地铁隧道的最大竖向位移为4.26 mm，施加上盖荷载后地铁隧道的最大竖向位移为1.88 mm（塔楼完工后两年最大累计竖向位移实测值），计算分析结果与实测值基本吻合，项目施工全过程地铁隧道的位移能有效控制在10 mm内9。5结语通过采用双轮铣槽施工、新旧地连墙接头处理、内支撑与狭窄空间土方开挖、利用既有吊脚地连墙等技术解决了复杂地质环境和地铁隧道上方深基坑施工的一系列难题；以及基础结构转换分层分块施工降低了大体积混凝土产生温差裂缝，同时减轻对隧道一次性加载；有效控制基坑及地铁隧道结构变形，保证基坑和隧道结构安全10；经地保办公室的安全评估，深基坑施工及上盖荷载作用不危及正下方地铁隧道的结构安全，不影响地铁开通后的运营安全。参考文献1 曹琛，马晋.基坑施工对既有地铁隧道的变形控制研究J.建筑施工，2019，41（12）：2117-2119.2 胡静，刘新年.双轮铣槽机在地下连续墙施工中的应用J.建筑机械化，2021，42（11）：63-66.3刘志成，陆申一.紧邻地铁隧道的深基坑地下连续墙施工技术 J.西部探矿工程，2009，21（3）：7-10.4蒋万江，潘洪.地下连续墙接头处理技术研究及应用 J.人民长江，2014，45（23）：51-53+69.5 李骥良.地铁上盖基坑工程对地铁影响的安全性分析J.天津建设科技，2017，27（5）：17-19.6 贺志浩.建筑工程深基坑土方开挖及支护施工技术分析J.江西建材，2021（9）：173+175.7 王修春.吊脚连续墙在深基坑中的应用 J.广东土木与建筑，2013，20（5）：23-25.8 杨登奎.房屋建筑工程中大体积混凝土裂缝控制技术J.江苏建材，2022（4）：82-84.9 林启明.基坑施工对下卧地铁隧道影响与控制措施 J.广东土木与建筑，2021，28（11）：66-69.10 翟超，陈涛.基坑施工对自身及既有地铁结构的影响分析J.水利与建筑工程学报，2019，17（1）：174-178.图10基础结构施工区域划分示意图Fig.10Schematic Diagram of Foundation ConstructionArea Division钢支撑图11转换结构分区施工示意图Fig.11Construction Schematic Diagram ofTransfer Structure北侧非隧道上方结构区区区图12转换结构竖直施工缝大样Fig.12Vertical Construction Joints of Transfer Structure预埋12300300连接筋（L=720mm，梅花形布置）先期已施工结构后期施工结构竖直施工缝（凿毛）钢板止水带（一道）约1/3板跨处1200预埋12300300连接筋（L=720mm，梅花形布置）后期施工结构竖直施工缝（凿毛）钢板止水带（三道）4300/450096