超深盾構井施工中對特殊建筑的保護

□文/張鐵成 劉 泉 陳 瑜

工程概況

天津地鐵3號線工程和平路站坐落于和平區勸業場中心商業區，小里程盾構井長27.9 m，寬26.7 m，基坑深23 m，天津市標志性建筑之一渤海大樓距離小里程盾構接收井基坑僅7.6 m。

渤海大樓由法商永和營造公司設計，建于1936年，位于和平路與丹東路交口，占地0.06 hm2，建筑面積4 088 m2。該樓為8層（局部10層）框架結構，總高度47.47 m，基礎為筏板基礎，基礎埋深約2.0 m，內墻為空心磚墻，外墻為磚墻。2005年8月天津市政府把渤海大樓列為0110025號特殊保護建筑物。

地質概況

工程地層主要為第四系全新人工填土層，第Ⅰ陸相層、第Ⅰ海相層、第Ⅱ陸相層、第Ⅲ陸相層、第Ⅱ海相層、第Ⅳ陸相層。開挖范圍內以粉質粘土、粉砂為主。渤海大樓基礎坐落于①2素填土層中，素填土以粘性土為主。

場地內表層地下水類型為第四系孔隙潛水。附存于第Ⅱ陸相層及以下粉砂和粉土中的地下水，為微承壓水。

潛水附存于人工填土層①層、第Ⅰ陸相層③層及第Ⅰ海相層④層中。微承壓水以第Ⅱ陸相層⑤1粉質粘土、⑥1粉質粘土為隔水頂板。⑥2粉土、⑥4粉砂、⑦2粉土、⑦4粉砂、⑦9細砂、⑨2粉土、⑨4粉砂、⑨9粉砂、⑩2粉土、⑩4粉砂為主要含水地層，含水層厚度較大，分布相對穩定。勘測期間微承壓水穩定水位埋深約為3.41 m（高程約為-0.83 m）。

基坑開挖

設計方案

基坑采用蓋挖逆作法施工，小里程盾構井采用明挖法施工，原設計方案明挖與蓋挖基坑連在一起，同時施工。考慮到渤海大樓的安全，在盾構井明挖段與車站蓋挖段之間增加一道隔離墻（地連墻），使小里程盾構井單獨封閉、明挖順作法施工。根據施工組織，先開挖盾構井然后開挖其他蓋挖部分。

盾構井采用角撐和對撐相結合的支撐體系，豎直方向共設置5層支撐，盾構井前端全部為角撐，每層共10根支撐；后端為角撐配合支撐，每層角撐共8根，直撐1根，在每層的角部設置鋼筋混凝土角撐，第5層因開挖深度變化將角撐改為對撐，第5層支撐共3根。因支撐長度較大，為保證支撐受力合理，每層支撐中間增加聯系梁，聯系梁基礎采用鉆孔灌注樁插格構柱。地連墻厚度1 m，標準幅寬5 m，深度40.05 m。地連墻接頭形式采用工字鋼接頭。為保證墻底承載力和止水效果，澆注時每幅預埋2根φ48mm墻趾注漿管，施工完成后進行墻趾注漿。

施工控制

（1）基坑開挖時兩倍基坑深度范圍內地面荷載不得＞20 kPa，以防地面荷載對基坑側壓過大引起基坑圍護結構變形及基底隆起。

（2）開挖前準備注漿泵及相關的設備，開挖中如發現圍護結構滲水，立即組織人員進行注漿并設專門技術人員現場值班。注漿液采用水泥和外加劑，具體配合比根據施工情況確定。

（3）基坑開挖時挖掘機不得碰撞鋼支撐支護結構，基坑周邊土方由人工配合挖掘機開挖施工。

（4）在基坑土方開挖過程中，嚴格執行開槽支撐，先撐后挖，分層開挖，嚴禁超挖的原則；充分考慮基坑開挖的時空效應，必要時可考慮采用抽槽開挖方法，即先挖除支撐位置土方，再開挖其他土體。

對渤海大樓保護措施

盾構井基坑開挖后，土體平衡發生很大變化，引起渤海大樓的沉降，由此引起房屋裂縫、傾斜。基坑開挖引起的地基變化為非彈性變形無法恢復，所以要在開挖前先對地基進行加固處理，減少地基的變形量。

設置隔離樁

基坑開挖前在渤海大樓和基坑之間設置隔離樁，隔離樁采用2排三重管高壓旋噴樁，旋噴樁底部位于基坑底部以下12 m，樁頂到地面。隔離樁有2方面的作用：一是減少坑外土體的變形；二是防止地連墻接縫漏水。見圖1。

圖1 隔離樁布置示意

超前預注漿加固地基

基坑開挖前注漿加固地基，保護渤海大樓基礎然后再開挖基坑。超前預注漿分階段進行，邊注漿邊開挖基坑，始終保持加固深度在基坑開挖底面以下≮5 m。總體加固深度為基坑開挖面以下5 m，加固體頂部位于地面下1 m。

注漿分5步進行。第1步鉆孔深度7 m，從底部開始向上分層注漿，當注漿壓或注漿量達到要求后向上提升注漿管，提升高度為0.3～0.5 m，按照此步距注漿直至地面下1 m。所有的注漿孔注漿完成后向下開挖基坑到第1層支撐位置，架設第1層支撐；第2步在原來的注漿孔位置向下繼續鉆孔，鉆孔深度比第1步孔深6 m，總深度為13 m；第3步在第2步的基礎上向下鉆孔深度5 m，總深度18 m；按照以上步驟先分層注漿后開挖至第5步注漿鉆孔總深度27 m，第5步注漿完成后開挖第5層土方，架設第5道支撐，然后向下開挖第6層土方直至開挖到基底。

超前預注漿孔共兩排，第一排注漿孔距離渤海大樓側墻1 m，兩排注漿孔梅花型布置，排距1.2 m，同一排內注漿孔間距1.2 m。先注靠近大樓一側的注漿孔，間隔兩孔注漿，內側孔注完后注外側孔。見圖2。

圖2 注漿孔布置

漿液采用水泥、水玻璃雙液漿，配合比為1∶1（體積比），水玻璃濃度為 35 Be′，水泥漿配合比為 1∶1（質量比），注漿速度為 10～20 L/min，凝結時間 60～120 s，注漿壓力2～3 MPa，擴散半徑1 m。注漿量根據圍護墻的估算位移量及各層土的空隙率來確定。

跟蹤注漿加固地基

基坑開挖后，經過注漿的土體可能還要產生一定的變形量。預注漿改良了地基土體性狀，減小因基坑開挖引起的變形量，基坑開挖過程中產生的變形需要采取跟蹤注漿的方法來彌補。根據監測結果反復的注漿，控制渤海大樓的沉降。

跟蹤注漿孔的位置和預注漿孔重合，預注漿完成后，將注漿管繼續向上提升繼續注漿，注漿管提升步距為0.3～0.5m，注漿壓力2～3MPa，漿液為水泥水玻璃雙液漿，凝結時間 60～120s。

基坑降水

盡量減少降壓井抽水時間，根據水位監測和坑底隆起監測情況確定是否啟動降壓井。

開挖過程中注意觀察圍護結構滲水情況，發現圍護結構滲漏水應停止開挖，及時堵漏。

應急預案

（1）基坑降水期間預備發電機并接好雙回路電源，以保證在停電期間連續降水。現場準備多臺抽水泵，以備抽水設備故障時及時更換。

（2）基坑較深，基坑的圍護結構至關重要，如出現局部滲漏應及時處理。

（3）嚴格控制基坑外地表沉降，及時對渤海大樓跟蹤注漿，減少沉降造成的破壞。

（4）在場地內備土量不少于1 000 m3，遇到特殊情況及時回填基坑。

（5）現場準備充足的應急物資和應急設備。

監測結果及分析

基坑開挖準備工作完成后，渤海大樓最大沉降量為18.31mm，各測點沉降較均勻。基坑開挖至結構封頂階段渤海大樓沉降最大約6mm。地連墻施工階段由于設備成槽時對土體擾動大，在砂層成槽困難，成槽時間長等原因導致地連墻施工對周邊環境影響大。由于開挖前采取了保護措施，因而對渤海大樓沉降影響降到了最小化。