城市復雜環境下深基坑微擾動施工控制研究

馮 雷

(上海滬申高速公路建設發展有限公司，上海 200335)

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城市復雜環境下深基坑微擾動施工控制研究

馮 雷

(上海滬申高速公路建設發展有限公司，上海 200335)

結合上海市北橫通道篩網廠段明挖基坑工程，從MJS門式加固、SMW工法樁、坑底及坑外三軸加固、“彈鋼琴”法施工四方面，研究了城市密集空間復雜環境下地下結構微擾動施工的保障技術，為今后類似工程提供參考。

微擾動施工技術，復雜環境，MJS工法，基坑

0 引言

隨著上海地區城市地下空間高速開發及地鐵隧道網絡日漸完善，城市地下結構密集程度越來越高，這給新建地下結構帶來了日益嚴峻的考驗。上海地層為典型的深厚軟土，地下空間土體開挖會引起周圍地層移動，嚴重威脅周圍結構安全。許多新建地下結構需要緊鄰既有地下結構施工，需減小對既有結構的擾動，保證施工安全，對新建結構施工技術和工藝提出了更高的要求[1-6]。

本文結合上海市北橫通道篩網廠段基坑在城市密集空間復雜環境下開挖工程，研究了此類環境下地下結構微擾動施工的保障技術，為類似工程的施工建設提供技術支撐。

1 工程概況

北橫通道是中心城區北部東西向小客車專用通道，服務北部重點地區的中長距離到發交通，是三橫北線的擴容和補充。北橫通道西起北虹路，東至內江路，貫穿上海中心城區北部區域，全線經長寧路→長壽路→天目西路→海寧路→周家嘴路，向西接北翟快速路，向東接周家嘴路越江隧道，長約19.1 km。

篩網廠段工程是北橫通道工程的重要節點之一，基坑開挖深度最深13.1 m，與地鐵13 號線小角度斜交，基坑開挖卸載比大于0.5的長度范圍達到110 m。工程采用明挖順筑法施工，圍護結構與隧道距離最近處僅1 m凈距，部分區段圍護騎跨在隧道上方。

表1 土層物理力學性質

土層名稱γkN/m3Es0.1-0.2MPa固接快剪c/kPaφ/(°)①1雜填土②0粘質粉土18.27.00928.5②1粉質粘土18.34.362018.5③淤泥質粉質粘土17.63.771222.0③夾粘質粉土18.610.13630.0④淤泥質粘土16.92.461411.5⑤1粉質粘土18.24.371719.0⑤4粉質粘土19.97.255118.0⑥粉質粘土19.76.804917.0⑦1砂質粉土18.711.03333.0

基坑上跨13號線段由于隧道上方卸載將對地鐵13號線產生一定的擾動。對于卸載比大于0.5的區段采取“化整為零”的思想將基坑分為11個小倉，進行“彈鋼琴”施工。基坑開挖工程平面示意圖如圖1所示。

根據工程地質勘察報告，場地90 m以內分布的土層自上而下可劃分為九大層及若干亞層和透鏡體夾層。根據上海地區的工程實踐，本場地環境類型按Ⅲ類考慮。地基土的構成與特征見表1。

2 微擾動施工控制關鍵技術

對于城市密集空間復雜環境下的新建地下結構施工，尤其是上跨既有地鐵隧道的明挖基坑工程，首要任務是減小施工過程中的擾動，確保周邊結構的安全。

2.1 MJS門式加固

MJS工法采用獨特的多孔管和前端強制吸漿裝置。施工過程中可控制吸漿孔的開啟大小，調節泥漿排出量達到控制土體內壓力的目的。MJS工法可避免出現擠土效應，大大減少了地基加固施工中出現地表變形、建筑物開裂、構筑物位移等風險，大幅度減小對環境的影響，有效減少對13號線隧道的擾動。

以往的深基坑大跨度上穿運營地鐵隧道的研究案例表明，在開挖深度5 m左右而卸荷比為0.5～0.6的條件下，隧道的隆起量接近10 mm。本工程明挖上跨地鐵13號線基坑開挖最深深度約為13 m，卸荷比為0.7，為降低對13號線的影響，在13號線隧道上方及兩側進行全斷面MJS高壓噴射注漿“門式”加固。門腿的寬度均為3 m，頂部蓋板的厚度為3 m，圍護插入比不足段MJS加固至坑底，厚度約為5.3 m，加固剖面如圖2所示。

2.2 SMW工法樁

本工程基坑圍護全部采用SMW工法樁。上跨13號線段基坑采用φ1 000@750 mm的SMW工法樁圍護，其余采用φ850@600 mm和φ650@450 mm的SMW工法樁圍護。SMW工法樁采用套孔施工，以形成連續的擋土墻，然后在孔中插入型鋼。由于本工程SMW工法樁深度最深29 m、最淺8 m，深度范圍較大，根據以往施工經驗，超過20 m的型鋼插入難度較大，因此1倉～11倉采用套打2孔的方式，確保每個氣孔復攪一次，其余采用常規套打方式。1倉～11倉基坑工法樁套打如圖3所示。

2.3 坑底及坑外三軸加固

施工中，部分倉采用坑底滿堂加固施工，加固工藝采用三軸攪拌樁，樁徑38φ850@600 mm，加固范圍為坑底至坑底以下4 m。對于13號線上方圍護插入比不足段，對其坑外進行必要的補強加固，在坑外緊貼圍護結構的一定范圍內進行三軸攪拌樁加固，樁徑φ850@600 mm，加固范圍為地面至坑底以下4 m，加固剖面如圖4所示。

2.4 “彈鋼琴”法施工

根據穿越隧道基坑變形控制中“利用時空效應和隧道剛度”的原理，考慮“充分利用并加強隧道抗隆起能力”和“減小單次開挖的卸荷量和暴露時間”兩個方面因素，在基坑分區開挖時，各區塊之間設置封堵墻。基坑開挖時采用分小條分小幅的“彈鋼琴”開挖工藝，減少13號線上方土體卸載量并嚴格控制土體卸載的自由暴露時間，通過在已澆筑的底板上進行壓載，產生壓重作用，減少13號線上浮的可能性。綜合現場實際情況，“彈鋼琴”施工的11倉基坑分2階段實施，第1階段施工1倉～5倉，第2階段施工6倉～11倉。第1階段施工中結合管線搬遷的實際情況，5個小基坑開挖和結構施工順序為1倉→3倉→2倉→5倉→4倉，第2階段6個小基坑開挖和結構施工順序為7倉→9倉→11倉→6倉→8倉→10倉，見圖5。

3 結構變形的控制效果

實際施工中采用MJS門式加固，SWM工法樁，三軸旋噴加固等工藝和優化的“彈鋼琴”施工方法控制基坑開挖對周圍結構擾動的影響。現場實測結果表明所采用的工藝工法能夠有效控制基坑施工周圍結構的擾動。

由于基坑開挖工程對環境影響的控制因素為13號線地鐵隧道，所以監測項目主要針對13號線地鐵隧道結構。MJS門式加固地基加固完成后地鐵隧道結構的變形情況如圖6所示。基坑開挖施工過程中地鐵隧道結構變形情況如圖7所示。根據地鐵運營要求，基坑開挖過程中隧道結構變形不超過10 mm。

4 結語

針對上海北橫通道在城市密集空間復雜環境下的篩網廠段基坑工程上跨地鐵13號線隧道施工問題，提出了結合MJS門式加固，SMW工法，三軸旋噴加固的優化“彈鋼琴”式微擾動施工方法，成功運用于實際工程并取得了預期效果。利用SMW工法樁將明挖基坑分為若干個小基坑，小基坑采用跳倉和分層開挖方式。結合MJS門式加固，大面積攪拌樁地基加固以及地鐵隧道的隔離樁和抗拔樁等工程措施，解決城市密集空間復雜環境條件下大型基坑開挖過程中近距離地鐵保護關鍵微擾動施工技術問題。現場測試結果表明地鐵隧道的隆起量以及周圍其他結構的變形都被控制在安全范圍內。研究結果可為今后軟土地區城市密集建筑中深基坑的工程設計和施工提供有價值的參考和借鑒。

[1] 朱合華，丁文其，喬亞飛，等.盾構隧道微擾動施工控制技術體系及其應用[J].巖土工程學報，2014,36(11):1983-1993.

[2] 肖 揚.微擾動法施工緊鄰淺埋地鐵隧道的鋼套管施工技術[J].鐵道建筑技術,2013(9):84-87.

[3] 戴仕敏.土壓平衡盾構上穿運營中地鐵隧道上浮控制[J].地下空間與工程學報,2011(S1):1459-1464.

[4] 陳 寶,徐勝文,彭芳樂，等.下穿越工程施工微擾動評價指標試驗研究[J].巖石力學與工程學報,2011(S1):2682-2689.

[5] 陳丹錫.盾構近距離穿越危房的微擾動控制技術研究[D].上海：同濟大學,2008.

[6] 張 強.開挖卸荷下既有地鐵隧道的豎向變形及其控制研究[D].北京:北京交通大學,2012.

On construction of weak perturbation of deep foundation pits under urban complicated environment

Feng Lei

(ShanghaiHushenExpresswayConstructionandDevelopmentCo.,Ltd,Shanghai200335,China)

Combining with the open excavation foundation pit project of the section of Shanghai Bolting Cloth Factory of the North Horizontal Passage in Shanghai, the paper researches the guarantee technique for the weak perturbation construction of the underground structure in urban complicated environment from MJS consolidation, SMW construction pile, pit bottom, tri-axial consolidation out of pits, and “the piano playing” method, so as to provide some reference for similar projects.

weak perturbation construction technique, complicated environment, MJS construction method, foundation pit

1009-6825(2017)15-0062-02

2017-03-02

馮 雷(1983- )，男，博士,工程師

TU463

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