紧邻运营地铁隧道的基坑施工控制措施研究.pdf

工程技术与应用 882023 年 第 12 期 总第 140 期 工程技术研究摘要：文章以某深基坑施工项目为例，针对紧邻运营地铁隧道的基坑施工控制措施开展深入研究。案例项目位于市中心地块，地铁隧道区间，场地地下水与江河水有一定联系，城市轨道交通保护要求施工时控制隧道区间相应位移及沉降量。该项目通过控制三轴搅拌桩施工质量，确保基坑止水及连续墙成槽效果，部分采用旋挖桩机施工地下连续墙减少震动，连续墙接头优化控制混凝土成型效果，盆式开挖基坑土方减少围护结构暴露时间及减少震动。由第三方监测单位全程监控施工过程，隧道监测得出累计最大沉降为-2.39 mm，横向位移 1.93 mm，变形值未超隧道预警值，未出现裂缝，隧道结构处于安全可控状态。关键词：地铁隧道；深基坑；地下连续墙；三轴搅拌桩；盆式开挖Abstract:Taking a deep foundation pit construction project as an example,this paper conducts an in-depth research on the construction control measures for foundation pits adjacent to operating subway tunnels.The case project is located in the central block of the city and in the subway tunnel section.The groundwater of the site has a certain connection with the river water to a certain extent.The protection of urban rail transit requires the control of the corresponding displacement and settlement of the tunnel section during construction.In this project,by controlling the construction quality of triaxial mixing piles,the foundation pit water stop and the continuous wall trenching effect are ensured.Some of the underground continuous walls are constructed by rotary pile excavators to reduce vibration.Continuous wall joints are optimized to control the concrete shaping effect.紧邻运营地铁隧道的基坑施工控制措施研究陈佳奕广州建筑股份有限公司，广东 广州 510000Research on Construction Control Measures for Foundation Pits Adjacent to Operating Subway TunnelsCHEN JiayiGuangzhou Construction Co.,Ltd.,Guangzhou 510000,Guangdong,China029.DOI:10.19537/ki.2096-2789.2023.12.1 项目概况案例项目位于广州市天河区，基坑北侧为规划市政路，南面毗邻珠江，东面临近运营地铁隧道区间。基坑开挖深 12.25 m，基坑周长约 280 m，面积约 6 251 m2，基坑靠近地铁侧即基坑东面采用三轴搅拌桩+地下连续墙+内支撑的支护形式，连续墙厚 1 000 mm，成槽深 22.6 m，共设置 16 副一字型及 L 型 4 6 m 长的不等槽段，最终入岩为强风化泥质粉砂岩。地下连续墙两侧设计为双层三轴搅拌桩止水帷幕，既作为基坑外围止水，也作为连续墙成槽导向措施。基坑北、西、南侧采用三轴搅拌桩+灌注桩+内支撑的支护形式，灌注桩桩径 1 200 mm，间距 1 400 mm，采用 HRB400级钢筋、C35 混凝土，桩长 20.6 22.6 m，最终入岩为强风化泥质粉砂岩。项目周边环境如图 1（见下页）所示。地下连续墙及排桩成槽施工需穿越 1-1 杂填土层、1-2 素填土层、2-1 淤泥质粉质黏土层、2-2 淤泥质砂作者简介：陈佳奕，男，本科，工程师，研究方向为建筑施工管理。Basin excavation of foundation pit earthwork reduces the exposure time of enclosure structure and reduces vibration.The entire construction process is monitored by a third-party monitoring unit.The tunnel monitoring results show that the cumulative maximum settlement is-2.39 mm,the lateral displacement is 1.93 mm,the deformation value does not exceed the tunnel warning value,and there are no cracks.The tunnel structure is in a safe and controllable state.Key Words:subway tunnel;deep foundation pit;underground continuous wall;triaxial mixing pile;basin excavation分类号：U231+.3工程技术与应用 89工程技术研究 第 8 卷 总第 140 期 2023 年 6 月图 1 项目周边环境图土层、3-1 可塑状粉质黏土层、3-2 硬塑状粉质黏土层、4-1 全风化泥质粉砂岩带，最终入岩 4-2 强风化泥质粉砂岩。其中，2-1 冲积成因淤泥质粉质黏土层、4-1 层全风化泥质粉砂岩渗透性能差，属微弱含水层或相对近似隔水层；2-2 层冲积成因淤泥质砂土层是场区主要的富水层，厚 0.80 6.10 m，渗透性中等，具有弱承压性。勘察报告显示所穿越土层较松软，透水性大。场地南侧毗邻珠江主河道，地下水主要来源为大气降水及径流的侧向补给，与珠江水有一定的水力联系。一般在珠江河涨潮或雨季时水位略有抬升，在退潮或旱季时水位略有降落。基坑围护结构外边线与隧道水平距离最近，为 8 m，基坑底部与隧道顶竖向距离最小，为 13 m，连续墙底距离隧道结构顶竖向距离最小，为 1.65 m。基坑围护结构施工及土方开挖过程势必影响运营地铁区间，影响范围约 120 m。为保证线路的正常运营，根据城市轨道交通安全保护区施工管理办法要求：地下车站与隧道周边外侧 50 m 内为保护区。城市轨道交通车站结构设施绝对沉降量及水平位移量 20 mm（包括各种加载和卸载的最终位移量），隧道结构绝对沉降量及水平位移量 5 mm、隧道纵向变形曲线的曲率半径 15 000 m、隧道的相对变曲 1/2 500、建筑物垂直荷载及降水灌浆等因素引起的隧道外壁附加荷载 20 kPa、爆炸产生的震动隧道引起的峰值速度 2.5 cm/s、地下水位下降幅度值 5.0 m。施工过程中监测数据超出控制值将引起隧道区间安全报警，轨道交通将响应预警中断运行。严格的变形限值要求施工阶段选用合理的施工方案及施工参数，并精心组织施工1。2 三轴搅拌桩平整度及垂直度控制场地南侧毗邻珠江主河道，场地地下水与珠江河水有一定的水力联系，施工过程中地下水静水流动不仅影响连续墙成槽效果，导致成槽易塌孔，雨季及汛期地下水位上升将明显加大基坑支护主动土压力，威胁基坑的稳定性。从地质勘探土层分布情况可以看出，最上层有 8.0 10.3 m 的素填土、淤泥土和淤泥质细粉砂。针对该情况，在地下连续墙两侧采用三轴搅拌桩对回填土层和粉质黏土层进行加固，以达到止水防渗作用。施工前先进行工艺性试桩，确保各项施工技术参数：下沉速度 0.5 m/min，提升速度 1.0 m/min，水灰比为 1.2；搅拌机架安装就位后导向塔的垂直度偏差不得大于 1%，桩位的偏差不得大于 50 mm，桩径偏差不大于 4%。施工前期做好桩位精确测量定位控制，隔桩施工前利用已成桩的桩位再次复核，确保定位准确。机械钻进过程采用经纬仪双方向观测复核钻杆垂直度，发现偏差及时调整。先于地下连续墙施工的双层三轴搅拌桩作为成槽防塌孔保护及液压抓斗导向缓冲结构，施工形成的内墙面应平整顺滑，平整度偏差控制在 50 mm 以下，同时预留一定的外放空间，避免成槽设备钻具提升过程中发生碰撞，同时可将三轴搅拌桩作为连续墙成槽震动缓冲空间。3 地下连续墙成槽控制地铁线路本身配备位移及沉降检测装置，施工过程中过大的震动或土体流失可能引起隧道监测数值报警，因此基坑施工过程要减少震动，避免影响地铁隧道区间2-3。成槽工艺是地下连续墙施工重要的工序，做好挖槽工作是提高地下连续墙施工工效及保证工程质量的关键。地下连续墙和灌注桩施工不得采用冲孔作业。地连墙采用普通成槽机结合旋挖桩机成槽，普通地层采用液压抓斗机成槽，入岩段液压抓斗无法开挖时采用旋挖桩机成槽，槽段开挖采用优质膨润土作泥浆护壁，履带式起重机吊装钢筋笼，双导管水下灌注混凝土4。考虑基坑开挖时地下连续墙在外侧土压力作用下会向内位移和变形及地下连续墙 3的垂直度要求，为确保后期基坑结构的净空符合要求，地下连续墙施工时中心轴线外放 50 mm。连续墙结构与运营隧道的距离较近，单纯采用液压抓斗成槽机震动大，成型效果不精细。因此地下连续墙成槽施工需旋挖桩机配合施工，采用“抓钻结合”和“钻孔成槽”两种方法。“抓钻结合”法成槽的施工方法为在土层、砂层、强风化岩采用液压抓斗直接成规划临江大道盾构边线北盾构边线路工程技术与应用 902023 年 第 12 期 总第 140 期 工程技术研究槽，部分中风化岩、二期槽段接头位置及存在地下障碍物时采用旋挖桩机钻孔、修槽，再用抓斗成槽。“钻孔成槽”的施工方法适用于成槽机无法完成的 L 型地下连续墙，先用旋挖桩机钻孔成槽，再采用方锤修整，确保 L 型转角施工安全及成型质量，对比单纯使用成槽机，钻孔成槽的方式能显著减少震动5。4 连续墙接头混凝土成型控制地下连续墙止水效果控制要点是接头混凝土成型质量控制。连续墙接头设计为工字型接头形式，相应接头形式施工便利，但是混凝土浇筑过程中的逆流效应会导致一期槽段混凝土绕流至二期槽段工字钢腹板，相应混凝土凝结硬化过程沿深度方向与泥浆混合形成不密实结构。基坑土方开挖完成后在外围水土压力差作用下连续墙纵向接口形成水流通路，导致基坑渗水甚至流水涌沙。因此接头施工的质量直接影响地下连续墙成型效果及基坑止水效果。针对上述问题，采用加设抗逆流铁皮及刷壁器刷壁两种方法提升接口质量。在 H 型钢外侧焊接两层铁皮，防绕流铁皮与钢筋笼面平行。浇筑混凝土时，混凝土通过导管灌注入连续墙成槽空间，将铁皮挤压紧贴槽段壁堵塞混凝土逆流通道，形成混凝土凝结硬化的封闭空间。具体做法为连续墙钢筋笼吊装入槽前在纵向接口处焊接厚 0.2 mm、宽 1 m 的通长外包铁皮，吊放入槽后在工字钢外侧填充砂土包，有效降低灌注混凝土绕流效应。刷壁质量直接影响钢筋笼能否准确下放到位及地下连续墙的防水效果。浇筑二期槽段混凝土前，为确保二期混凝土与一期接头连接质量，采用特制刷壁器清理工字钢腹板，用吊车吊放入槽紧贴接头，紧贴接头面从上至下刷壁。每使用一次，都用清水冲洗干净，及时更换损坏的钢丝。反复上下刷壁将腹板上残余泥渣及松散混凝土清理干净，并进行超声波检测，检测合格后停止接头清理。确保二期槽段混凝土接口不夹渣，密实凝结成型。地下连续墙接口施工大样如图 2所示。5 基坑变形控制基坑支护形式为排桩及地下连续墙混凝土内支撑，土方开挖外运及内支撑施工过程即基坑内外土压力不断变化的过程，采用盆式开挖法可以减少支护结构的变形。盆式为先挖除基坑中部的土方，后挖除靠近围护结构土方的开挖方式。利用预留在围护边的土方形成的土压力抵消基坑外侧对基坑内的主动土压力，同时缩短围护结构的暴露时间。多用于面积大、变形控制要求高、周边环境复杂的基坑。挖土施工中按照“时空效应”理论，做到分层、分块、对称、平衡、限时。先开挖对基坑变形影响小的中部土体，后对称平衡开挖围护结构边土体，确保基坑变形均衡匀称，逐步释放应力。开挖至设计内支撑设计标高处，及时施工垫层及内支撑控制支护结构位移。考虑到靠地铁侧基坑下方土体存在弱透水层，且过分抽排地下水会导致坑内地下水与坑外地下水连通，因此坑内不采用降水井，只采用明沟排水。土方随挖随抽水，随挖土深度设置基坑明排水沟，将基坑内水汇集至临时水坑处，利用潜水泵抽排出基坑外。开挖到基底后，及时施工地下室结构，避免基坑长时间暴露，威胁地铁安全。6 结束语该项目地铁隧道保护区域进行基坑支护施工，通过前期技术策划及施工过程管理，控制三轴搅拌桩垂直度及平整度确保成槽效果，减少施工震动对隧道的影响，接口控制确保围护结构止水效果，合理安排土方开挖。由第三方监测机构全程监控，基坑变形数据未超预警值，隧道结构及地铁线路保持正常运营状态。参考文献1 李名扬.大规模大跨度单支撑深基坑施工安全及其对邻近地铁隧道的影响D.石家庄:石家庄铁道大学,2022.2 李久石,李思文,韩平.紧邻双地铁复杂深基坑施工技术J.施工技术,2018(S4):131-133.3 吕曙光.地铁深基坑地下连续墙围护结构施工技术探讨J.四川建材,2020,46(3):78-79.4 万里涛,李勇波.地铁深基坑地下连续墙围护结构施工技术综述J.交通科技与管理,2021(11):135-137.5 袁茂亓.基坑开挖对邻近运营区间地铁隧道的安全性影响研究D.南京:南京林业大学,2022.图 2 地下连续墙接口施工大样第二期施工槽段第二期施工槽段第二期施工槽段第二期施工槽段第一期施工槽段工字钢与槽段接口钢筋焊接工字钢腹板中心线填充砂土包防绕流铁皮 1 m第一期施工槽段