深基坑开挖对邻近既有轨道交通高架的影响及其保护控制

结合上海地铁18号线长江南路站换乘通道及车站附属用房项目案例,对深基坑施工对邻近既有轨道交通高架的影响进行分析。阐述了各主要施工工序的控制要点,并提出了针对性的应急措施,既能保证基坑的安全稳定,又能最大限度地减少基坑施工对高架桥的影响,可供今后类似工程参考。

0 引 言

当城市轨道交通两线建设时间间隔久远,或者采用不同线路敷设方式导致高差较大时,一般可采用通道换乘。换乘通道及附属用房深基坑施工时,往往会对既有轨道交通高架车站、高架桥及轨道交通线路车站主体基坑的安全产生影响。以上海地铁18 号线(以下简称“18号线”)长江南路站换乘通道及车站附属用房项目为例,对各主要工序的控制要点,进行了研究分析并提出了针对性的应急措施,以期为类似工程提供经验借鉴。

1 工程概况

1.1 基坑概况

18号线长江南路站换乘通道及车站附属用房项目,位于长江南路与逸仙路路口西侧在建18号线长江南路站东北侧原绿地及公交转运站场地内。工程采用明挖顺作法施工,基坑开挖深度11.26 m~13.76 m。在基坑范围内有已建成运营的上海轨道交通3号线(以下简称“3号线”)长江南路站,基坑环境保护等级为一级。

工程影响范围内土层,自上而下分别为杂填土、灰黄色粉质黏土、灰色淤泥质粉质黏土、灰色黏质粉土、灰色淤泥质黏土、灰色粉质黏土和灰色粉质黏土夹粉质黏土。基坑开挖需重点防治灰色黏质粉土层流砂现象。

对本工程建设有影响的地下水主要为潜水。水位呈季节性波动。地下水水位埋深一般稳定在1.10 m~2.80 m。

1.2 基坑与3号线相对位置

拟建项目基坑平面面积为3 200 ㎡。地下1层为车库,地下2层为车站风道;地面5层为附属配套用房。基坑东侧有已建成运营的3号线,基坑与3号线车站主体结构外边线、高架投影线的最小水平净距分别为11.47 m、16.75 m。对应段3号线高架桩基为φ600 mm、桩长53 m的PHC管桩,车站基础为250 mm×250 mm、桩长22.5 m的预制方桩。

1.3 基坑围护设计

(1)本工程基坑采用φ1 000@1 200钻孔灌注桩作为围护结构。钻孔灌注桩桩长分为23m和26.76m两种(近3号线侧落深区范围26.76m);φ850@600高压旋喷桩(两排)作为止水帷幕,止水帷幕深度17.01 m~20.01 m。

(2)新老围护体交接位置采用φ850@600高压旋喷桩进行封堵止漏。

(3)坑内加固采用φ800@600三重管高压旋喷桩裙边加固。加固宽度为坑内4 m,加固深度为基坑以下4 m(风道底板下沉段为底板以下6 m)。

(4)为进一步减少18号线换乘通道及附属用房工程基坑开挖对既有3号线的影响,拟在近3号线侧增加坑内加固。加固深度为自坑底至第二道混凝土支撑底,宽度为4 m。

(5)大基坑开挖深度11.26 m,沿铅直方向共设两道混凝土支撑,截面尺寸800 mm×1 000 mm(宽×高),连系梁截面尺寸600 mm×600 mm;栈桥范围栈桥梁兼做支撑梁,截面尺寸1 000 mm×1 000 mm,栈桥连梁800 mm×1 000mm(宽×高)。落深区增设1道609×16钢管支撑,待落深区底板及负2层侧墙强度满足设计要求后,落深区钢支撑改为609钢抛撑。

(6)支撑梁下方设置格构柱,非栈桥格构柱采用4L160×16角钢,格构柱尺寸为460 mm×460 mm,格构柱下方设置φ850立柱桩,有效桩长20 m;栈桥下格构柱采用4L200×20角钢,格构柱尺寸为560 mm×560 mm,格构柱下方设置φ850立柱桩,有效桩长35 m。

2 对既有轨道交通高架车站及区间的影响及保护措施

2.1 工程围护、基坑开挖阶段对轻轨地基及基础的影响分析

(1)本工程基坑开挖深度最大处有13.76 m,属深基坑;基坑与3号线车站主体结构外边线、高架投影线最小水平净距分别为11.47 m、16.75 m,风险大;基坑开挖施工中,土体可能因卸载作用产生失稳,引起轻轨高架结构和基础沉降或变形过大。为确保既有轨道交通100%的安全运营,要求基坑支护体位移速度≤1mm/d,累积沉降量及水平位移≤10mm。

(2)若基坑因止水帷幕质量控制不良而发生渗漏,坑内降水引发坑外地下水位下降,进而加大基坑周边地面沉降,则可能引起轻轨高架结构和基础沉降或变形过大。

(3)若支撑过早拆除或未按设计工况顺序拆除,将引发基坑遭倾覆破坏的风险,进而导致轻轨高架结构和基础沉降或变形过大。

2.2 保护措施

2.2.1 围护结构施工阶段保护措施

(1)按设计要求精心组织各道工序施工,确保围护结构的施工质量。在钻孔灌注桩施工中应间隔成桩;在混凝土终凝后,邻桩的成孔方可施工。优化泥浆性能,预防塌孔。桩基成孔的钻进速度应视土层的不同而定,在土层稳定性较差时进尺速度宜慢不宜快,以防对孔壁扰动过大,引起孔壁后期失稳塌孔。一旦遇到涌泥、涌沙、塌孔和缩颈等异常情况时,应立即暂停施工并及时采取措施,防止异常情况扩大。

(2)高压旋喷桩施工应采取必要的泄压措施。

(3)严格控制坑底加固和坑内加固质量,减小基坑位移;坑内加固自坑底至第二道混凝土支撑底,水泥掺量为450kg/m3。

(4)通过监测手段及时反馈信息,从而掌握既有3号线建(构)筑物及设施状况。

2.2.2 降水施工阶段保护措施

基坑内采用真空深井降水系统进行降水。坑内降水严格遵循“适时、适量、有控制”原则,保持地下水位在开挖面以下≤1 m,避免过量降水,在坑内外均设置观测点以加强观测,必要时进行回灌。基坑开挖前要先做好降水试验,确保围护结构的止水性能有效可靠。

2.2.3 基坑开挖阶段保护措施

(1)开挖施工方案应充分利用时空效应,控制基坑变形,达到保护既有3号线等建(构)筑物的目的。分块开挖基坑和施作底板,防止一次性大面积开挖加大临近桥桩的附加变形。对临近轻轨高架结构的基坑和主体结构底板,要做到早开挖、早封闭。

(2)在基坑开挖过程中,尽量减少周边堆载。

(3)及时抽排基坑内的明水,防止地表水渗入土中软化土体。

(4)在基坑开挖时要对可能出现的围护结构水土流失现象进行及时封堵,严防急剧涌砂的发生,避免大量地面沉陷和基坑支护失稳,杜绝严重事故。

(5)坑底开挖和修整。对坑底设计标高以上30 cm的土方,要采用人工方式开挖和修平,以保证坑底平整,防止局部超挖。局部开挖的洼坑必须用砂土回填压实,严禁用烂泥回填。必须设置集水坑以便用泵排干坑底积水。

(6)测定合适的基坑超挖量。人工挖土至坑底设计标高后,通过仔细量测最下面一道支撑中间底面至基坑底面的高差,并记录高差随时间变化的情况,推断并测定土体回弹量,确保浇筑底板达到设计标高所需要的基坑超挖量。

(7)实行信息化施工。在基坑开挖全过程中,要紧跟每层开挖进展卡,对围护结构变形和地层移动进行监测。要根据各项监测项目在各工序的变形量及变形速率的预警指标,及时做出合理调整以控制变形。

2.2.4 结构回筑阶段保护措施

结构回筑过程中应控制围护结构的位移,特别是对于支撑体系的拆除与内衬结构的施工的衔接;必要时,需要附加临时支撑。

3 对3号线的监测保护

施工过程中要在桥墩上标注标高点,对轻轨柱墩的沉降进行观测,并设好监控原始点,对轻轨柱墩的位移进行监测。

3号线高架车站结构保护的总体要求:高架车站结构沉降(或隆起)变化累积量和水平位移变化累积量≤10 mm。3号线轻轨结构的报警值设置如下:

(1)3号线轻轨结构位移、沉降或隆起、收敛变化量连续3 d同方向达到0.5 mm/d时;

(2)监测值超过总变形控制量的1/2时。

在监测数据变化速率突然增大时,应及时对监测数据进行复核;确认后,应对异常监测点适当提高监测频率。

4 应急保障措施

在地铁基坑开挖过程中,如果围护桩变形,或既有轨道交通高架结构和基础变形超过报警值,应立即暂停开挖,及时查明原因。针对不同原因,可采取以下的必要措施。

(1)止水帷幕不封闭,基坑开挖过程中发生渗漏甚至泥浆涌出现象。①在开挖中若发现止水帷幕不封闭;接缝夹砂土、砂质土宽度超过2 cm,或夹黏土、黏质粉土超过5 cm,应用钢板随暴露的开挖面对接缝进行及时封堵;对钢板与围护桩之间的间隙,要用水泥浆灌满。②开挖过程中若发生渗漏,应根据渗流部位、流量及渗漏点的大小,采用不同的封堵措施。

(2)施工中一旦发现围护结构变形过大,应立即暂停开挖,紧贴开挖面设置临时支撑并对支撑逐根附加预应力;采用跟踪注浆的方法,减少周边建(构)筑物沉降。

(3)施工中若出现因降水导致周围地面沉降,首先应立即停止坑内降水,增加基坑纵坡比,防止边坡失稳;随后查找原因。如果围护墙体存在大的孔洞,则应暂停施工并立即采取措施修补缺陷,避免情况加重;出现大孔洞的如果是过量降水所致,则应限制抽水深度,采取跟踪注浆或回灌的方法,保证周边建(构)筑物的安全。

5 结 语

18号线长江南路站换乘通道及车站附属用房项目,在整个基坑施工过程中,围护墙体倾斜、墙顶沉降、立柱沉降、支撑轴力、3号线车站沉降值均小于警戒值,基坑及高架车站均处于安全状态,达到了预期目标。

本文结合18号线长江南路站换乘通道及车站附属用房项目案例,对深基坑施工对邻近既有轨道交通高架的影响进行分析。阐述了各主要施工工序的控制要点,并提出了针对性的应急措施。既能保证基坑的安全稳定,又能最大限度地减少基坑施工对高架桥的影响,可供今后类似工程参考。

原文作者:林永奇,上海三维工程建设咨询有限公司

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