高鐵保護區深基坑分期修建技術研究

由于高鐵隧道對變形控制要求較高，高鐵保護區內基坑變形管控嚴格，導致高鐵隧道附近的建設工程施工難、驗收難、保護難，因此對高鐵隧道附近的工程建設提出了較高要求[1]。基于此，本文提出將高鐵隧道附近的建設工程沿高鐵保護區分界線劃分為二期開發的方法，探討分期施工基坑支護、降水及土方工程，以達到減少施工過程中地下高鐵隧道的變形量、保證基坑工程施工安全的目的。

1 工程概況

天津濱海萬達廣場位于天津市濱海新區，總建筑面積16.3萬m2，高鐵保護區內地下1層，其余位置地下2層，地上33層，鋼筋混凝土鉆孔灌注樁+防水板地基基礎。項目鄰近津濱高鐵隧道。隧道頂位于現地表下10.5～14.5 m，直徑11.6 m，底端位于現地表下22.1～26.1 m。項目南側地下室外墻距離高鐵隧道線約為20.0～24.0 m。基坑施工過程中，將整體工程沿高鐵保護區分界線分為兩期實施。

2 分期施工情況

高鐵保護區外基坑為一期工程，先行施工。一期基坑面積約19 000㎡，周長570 m，場地自然地坪標高為大沽標高2.000 m，基坑底標高為大沽標高-7.500 m，基坑普遍開挖深度為9.5 m。基坑周圍采用三軸攪拌樁止水帷幕止水，圍護結構采用鉆孔灌注支護樁和一道水平支撐體系，支撐體系采用2道對撐和4個環撐組合而成[2]。見圖1。

圖1 一期施工工藝布局

高鐵保護區內基坑為二期工程，待一期工程施工完成并穩定后再進行。二期基坑面積約6 222 m2，周長448 m，場地自然地坪標高為大沽標高2.000 m，基坑底標高為大沽標高-3.050 m，基坑普遍開挖深度為5.05 m。基坑周圍采用三軸攪拌樁止水帷幕止水，基坑圍護結構采用鉆孔灌注支護樁和一道水平支撐體系，支撐體系采用2道對撐和保護區外支撐、結構組合而成。見圖2。

圖2 二期施工工藝布局

3 分期修建技術方案

3.1 降水

3.1.1 細化施工

在編制降水施工方案時對降水引起的土體形變進行細化分析，降水井的布置數量及布置位置應與現場實際情況相結合。根據降水井、觀測井、回灌井的數量及位置進行降水施工方案編制，包括井口的施工機具選擇、人員配備；井口的施工順序；降水井作業管理；降水井的保護措施等方面。見圖3。

降水開始前，需對基坑內外水位及周邊環境進行全面的監測，以確保降水效果并及時掌握降水對周邊環境的影響情況。在降水開始前應做好井點和管路的清洗和檢查工作，如發現問題及時處理，防止“死井現象”的發生。降水單位在基坑開挖期間應每天測報抽水量及坑內地下水位。

圖3 基坑降水井、回灌井結構剖面

3.1.2 高鐵保護區內回灌工藝及技術要求

為減小高鐵保護區內降水過程對基坑外水位的影響，高鐵保護區內設置回灌設施。在坑外基坑圍護結構與隧道之間設置一定數量的承壓水回灌井，在基坑坑內降水期間坑外進行針對承壓水的自動無壓回灌，確保坑外承壓水水位不下降。考慮基坑自身風險，在坑外布置觀測井，及時掌握坑內降水對坑外水位的影響。為減少降水對坑外環境的影響，降水運行控制期間，嚴格執行“分層降水、按需降水、動態調整”的原則，盡量減小坑外水位下降對環境的影響。同時坑內降水嚴格與基坑土方開挖相對應，做好分層、分區域降水。

回灌分加壓回灌和無壓回灌兩種，兩種回灌工藝的設備完全不同，需要結合地層特點以及根據現場實際情況進行設備的選取。回灌井的回灌量與含水層的滲透性有密切關系，在不同滲透性能的含水層中，井的回灌量差別很大。為了保持一定的回灌量，滲透性好的含水層，井中的回灌水位較小；反之滲透性愈差，井中所需的回灌水位就愈高[3]。

回灌過程中加強監測，一旦發現無壓回灌不能滿足要求時，可結合實際情況，采用加壓回灌。

采用抽灌一體化的整體回灌理念。堅持同灌同抽原則，基坑內開始降水，坑外即同時開始回灌。回灌井內水位下降幅度超過10 cm回灌自動啟動，水位超過初始水位10 cm時回灌自動終止。水位回灌采用專業設備自動控制，始終保持回灌井水位在初始水位±10 cm范圍內；同時人工輔助巡視，發現問題及時反饋并進行調整。

主要以基坑內抽水井的地下水作為回灌水，地下水必須經過濾處理后方可進行回灌使用；坑內地下水不能滿足要求時，可考慮利用自來水[4]。

3.1.3 回灌技術的優點

采用分期降水措施，在高鐵保護區內基坑圍護結構與隧道之間設置一定數量的承壓水回灌井，保證在基坑降水期間不對止水帷幕外的地下水位產生影響，最大限度避免因水位變化、水壓變化導致的高鐵隧道位移。

3.2 支撐分期施工交接位置處理方法

保護區內支撐與保護區外交接部位在對應保護區外原冠梁上方增加連接冠梁，采用植筋方式進行連接，同時增設鋼筋混凝土傳力桿，與保護區外地下結構相連接。

在保護區外地下頂板梁結構施工時，按照傳力桿對應位置結構梁配筋預留鋼筋，待保護區內支撐施工時與保護區內冠梁鋼筋相連接。

3.3 分期施工土方開挖方法

高鐵保護區內外土方分期開挖，在保證施工進度的同時，縮小了對高鐵隧道產生影響的土方開挖體量，配合高鐵保護區內土方開挖采取縱向分區、分段開挖的方法，最大限度減小因土方開挖、土體側壓力減小產生的土體擾動。同時因為開挖面積減小，基坑支護的剛度相對變大，可以更有效防止基坑外土體變形，進而保證高鐵隧道偏移不超過限定值。

3.3.1 一期開挖

采取常規方式，冠梁、支撐施工完畢且混凝土強度達到100%后，基坑降水至基底0.5 m以下，降水井施工完畢持續降水8 d左右。進行土方開挖施工，首先沿基坑周圈開挖土方，從基坑邊向圓環中挖運，在支撐周邊掏挖出較大空隙，滿足挖機進入支撐下部，將土方向外側翻運；最后采用長臂挖機掏挖支撐下土方。

3.3.2 二期土方開挖

采取分區、分段開挖的方法，與降水相結合。例如，開挖一區時，啟動一、二區降水，開挖二區時，啟動二、三區降水，以此類推。見圖4。

分區開挖主要目的是減少大面積降水對高鐵隧道沉降的影響。同時進行支護外高鐵隧道一側的降水回灌施工，保持回灌井水位在初始水位±10 cm范圍內。

圖4 保護區內開挖降水對應關系

4 分期施工的優越性

該項目整體基坑開挖面積約2.5萬m2，開挖方量大、周期長，基坑變形控制難度較大，難以控制對高鐵隧道偏移量的影響。通過高鐵保護區內外分區開挖的方式，將高鐵保護區內的基坑作為二期，在一期基坑及地下室施工完成后再進行施工，將影響高鐵隧道的基坑面積縮小為6 222㎡。開挖方量小，施工周期短，基坑變形較容易控制；同時對高鐵隧道偏移量的影響較小，易對偏移進行修正。

5 結語

隨著我國高鐵工程建設不斷發展，建筑工程與高鐵工程必然產生更多交集；通過對此工程案例研究可以確定，將鄰近高鐵保護區的建筑工程分區開發建設，無論對建設工程的工期、質量控制，還是對高鐵工程的安全控制，都具有積極意義。