深基坑臨近地鐵高架站風險管控技術探討

溫國軍，溫國棟

（1.太平洋建設集團有限公司，內蒙古 赤峰 025350；2.北京瑞拓電子技術發(fā)展有限公司 北京 100040）

近年來，城市軌道交通工程在我國迅猛發(fā)展，許多大城市紛紛建造地鐵、輕軌等專用線路，為人民的出行提供了極大的便利，地鐵漸漸成為城市的動脈，據(jù)統(tǒng)計中國已經(jīng)建成并投入運營的地鐵總長度達到3883.6km，投運地鐵的城市達到32 座。在城市軌道交通附近施工，對軌道交通的保護成為一項重要的任務，下面筆者以自身參加過的地下通道工程為例，深入探討對地鐵高架站的保護。

筆者參與的工程在地鐵站北側，臨近地鐵高架站，最近距離9.4m，在地鐵50m 保護紅線范圍內（根據(jù)2014年5 月《南京市軌道交通條例》第十九條第一款要求：軌道交通控制保護區(qū)范圍是地下車站和隧道結構外邊線外側五十米內）存在多條管線改遷、新建箱涵及老箱涵廢除。

1 水文地質條件

該工程位于地鐵50m 保護區(qū)范圍內地下通道南側輔道西側出入口基坑處于①-1、②-1、③-1、③-2 層，土質較好，東側有局部②-2 土層，層厚約15m，地質情況較差。該場地淺部地下水類型為孔隙潛水，主要富存于表層雜填土中。該含水層透水性較好，富水性一般，水量較小。勘察期間實測初見水位埋深0.50～1.50m，穩(wěn)定地下水位埋深1.90～2.60m（因地形高差和場地排水影響），水位變化主要受大氣降水和地表水的徑流補給影響。其余土層透水性較差，為相對隔水層。

2 深基坑與地鐵高架站空間關系分析

施工涉及基坑圍護和開挖，基坑采用鉆孔灌注樁+一層鋼筋砼支撐、鉆孔灌注樁+二層支撐和一級放坡+掛網(wǎng)噴漿支護型式，支護結構外側設置φ700@500 雙軸深攪樁（局部采用雙重管高壓旋噴樁）作為止水帷幕。基坑坑底標高+7.86～+18.95m，自然地面標高+21.50～22.20m，基坑挖深2.45～13.64m。通道主體結構距離地鐵高架站主體12.6～12.9m，圍護、止水體系距離地鐵高架站承臺樁基9.4～10.1m?；又ёo結構與地鐵平面關系圖如圖1所示。

總體來看，深基坑距離地鐵高架站較近，施工過程中對地鐵高架站影響較大，可能對地鐵造成裂縫、傾斜等影響，嚴重時影響地鐵運行，因此對地鐵高架站的保護非常重要，施工過程中采取措施減少對地鐵高架站的影響是本次討論的重點。

3 各階段施工風險分析及技術應用

根據(jù)各施工階段分項工程與地鐵高架站的位置關系，該項目施工存在對該地鐵站的影響以及涉及的風險如下：（1）市政管網(wǎng)改遷及舊箱涵廢除施工階段，拉森鋼板樁施工及老結構破拆可能對地鐵站產(chǎn)生擾動影響；（2）圍護結構施工階段，灌注樁施工可能對地鐵站產(chǎn)生擾動影響；（3）土方開挖施工過程中，可能對地鐵站北側土體產(chǎn)生擾動、卸載影響；（4）雨水箱涵施工可能對地鐵站產(chǎn)生影響。分析出主要原因后，針對主要影響因素進行分析，并制定相應措施。

3.1 圍護結構施工階段

圖1 地下通道支護結構與地鐵平面關系圖

該工程鉆孔灌注樁均采用旋挖成孔，采用高性能旋挖機（功率大成孔速度快，非擠土方式成孔，對周圍地層的影響小），以減小對地鐵結構的影響。對地面雜填土層先行挖除，同時配備足量4～10m 鋼護筒，防止打樁過程中雜填土層塌孔，影響成樁速度。針對地質情況復雜、地下水較豐富的軟塑黏土，采用加設鋼護筒的方式進行施工，以減少對周邊地層的擾動，對于地質情況較好的硬塑粉質黏土，地下水較少，采用旋挖干作業(yè)成空，以提高成樁效率。旋挖樁與地鐵位置關系如圖2 所示。

根據(jù)地質勘察報告，靠近地鐵站東側出入口段處于②-1 土層中，深度達16m，由于該層土質情況較差，項目部采用9m 長鋼護筒進行施工，確保施工過程不會塌孔，從而影響地鐵安全，施工時首先用旋挖樁進行引孔，深度約3m，然后用振動錘進行鋼護筒施工，待澆筑完混凝土后，在混凝土初凝之前用振動錘將鋼護筒拔出。

施工過程中嚴格按照規(guī)范要求施工，增加現(xiàn)場管理力量，實行嚴格的過程控制制度，確保施工質量，以及施工過程不會對地鐵高架站造成影響。

3.2 基坑土方開挖施工階段

（1）土方開挖。支護樁等需養(yǎng)護達到設計強度80%，水泥土攪拌樁28d 無側限抗壓強度需＞1.0MPa后方可進行土方開挖，土方開挖及運輸線路如圖3 所示。

在基坑開挖過程中，應采取有效措施，確保邊坡土及動態(tài)土坡的穩(wěn)定量。基坑內部臨時坡率應≤1∶1，且在土方開挖過程中挖土高差≤2m，慎防土體的局部坍塌造成工程樁位移破壞，現(xiàn)場人員傷損和機械損壞等工程事故，開挖原則包括以下幾個方面：①土方開挖前，充分了解周邊各相關道路、管線等設施保護要求，實際開挖過程中，充分重視基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)，并及時根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)調整施工流程或方案，強調信息化施工。②在正式施工前，項目部會同業(yè)主、設計、監(jiān)測、監(jiān)理單位等對各種可能發(fā)生的情況進行預估和對策分析，制定詳細、可行的施工應急措施和方案。③土方開挖前編制詳細的土方開挖專項施工方案并進行專家論證，并取得專家、基坑支護設計單位和相關部門的認可后方可實施。④在開挖施工中，充分考慮時空效應的規(guī)律：遵循分區(qū)、分塊、分層、對稱、平衡原則，減少基坑開挖期間無支護暴露時間，將基坑開挖造成的周圍設施的變形控制在允許范圍內。⑤土方開挖期間，挖土機械不得碰撞支護結構和降水措施。土方開挖一層，支護一層。每段、每層土方開挖到型鋼支撐中心以下50cm 時，立即進行鋼圍檁及支撐的架設，并施加預應力，然后再實行下一層的土方開挖。⑥基坑底30cm 土方由人工清除，不得超挖；開挖到位后及時施工砼墊層，隨挖隨澆，即墊層必須在見底后24h 內澆筑完成。⑦基坑四周嚴禁堆土或堆載，地面超載應控制在20kPa 以內，基坑北側施工道路超載取35kPa。

（2）對地鐵高架站的保護。南側通道基坑邊與地鐵高架站主體12.6～12.9m，在基坑施工過程中必須保證基坑穩(wěn)定，且必須控制周邊構筑物、土體的沉降、裂縫、傾斜及水平位移。方法及應對措施：在圍護結構施工前，由業(yè)主指定的第三方監(jiān)測單位對周邊土體、地鐵高架站地鐵站可能會存在或發(fā)生沉降、變形及位移進行事前勘察，對原有已出現(xiàn)的沉降變形、裂縫采用影音進行采集并留存，同時對構筑物布點編號進行測量原始數(shù)據(jù)。監(jiān)測單位在基坑圍護和基坑挖棄過程按照監(jiān)測方案實施原則進行全方位的實時監(jiān)測。提供實時數(shù)據(jù)，以指導基坑圍護和基坑挖棄施工進度，解決可能會出現(xiàn)的問題。在開挖施工中，充分考慮時空效應的規(guī)律：遵循分區(qū)、分塊、分層、對稱、平衡原則，減少基坑開挖期間無支護暴露時間，將基坑開挖造成的周圍設施的變形控制在允許范圍內。

3.3 主體結構施工階段

該工程為明挖法施工，未進行填之前基坑存在安全隱患，在主體施工過程中，加強監(jiān)測，重點觀測靠近地鐵高架站一側支護結構位移、沉降，支撐軸力變化，發(fā)現(xiàn)突變及時采取措施。施工過程機械停放、材料堆放嚴禁靠近基坑邊緣，3m 范圍內嚴禁堆載。澆筑混凝土時，泵車遠離基坑，防治基坑邊受動力荷載而失穩(wěn)，澆筑混凝土泵車擺放位置如圖4 所示。

圖2 旋挖樁施工與地鐵位置關系示意圖

圖3 土方開挖及運輸線路圖

圖4 泵車位置示意圖

3.4 基坑降排水施工階段

在整個項目施工過程中，截水、止水、排水為重點控制方向，工作重點如下。

（1）截水：防治外部雨水進入基坑，造成基坑土體失穩(wěn)。采取措施：在基坑周邊磚砌50cm×30cm 的截水溝，內部砂漿抹面，距基坑邊0.5m，雨水匯入河邊沉淀池，然后排入河道。截水溝簡圖如圖5 所示。

圖5 截水溝位置示意圖

（2）止水：阻止外部地下水進入基坑。采取措施：采用雙軸深攪樁在支護樁外圍形成封閉的閉合體，雙軸深攪樁深入基坑下1m，防治基坑外地下水進入基坑，尤其是靠近地鐵站東側，土體透水性較差，地下水下降，易造成周邊土體下沉，影響地鐵站結構。

（3）排水：基坑內積水排出基坑外。采取措施：開挖過程中，基坑內地下水隨時排出坑外，每隔30m 設置一個集水坑，集水坑比開挖面低1m，放置抽水泵，保證基坑內無積水。

4 高架站監(jiān)測監(jiān)控

在本項目正式施工前，并由業(yè)主單位聘請有資質的第三方監(jiān)測單位對地鐵站進行原始數(shù)據(jù)收集。在正式施工的各個階段，特別是在圍護結構施工階段、基坑開挖施工階段、都要對地鐵站周邊土體進行深層監(jiān)測。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋，來指導圍護結構施工、以及土方開挖施工順序等，并且對本工程實施范圍內相關數(shù)據(jù)進行跟蹤監(jiān)測。

該工程支護結構頂部豎向、水平位移小于30mm，深層水平位移小于40mm，基坑周圍土體沉降小于30mm，以保證對地鐵隧道結構無影響。由業(yè)主單位聘請第三方有資質的單位對本工程實施期間的工程基坑、周邊環(huán)境、地鐵區(qū)間進行全程監(jiān)測。通道項目施工階段中，成立專門的監(jiān)控量測小組。樁基施工時做到隨時監(jiān)測，及時了解現(xiàn)場施工情況，并加強對地鐵站周邊環(huán)境、地基沉降位移觀測，并形成相關監(jiān)測記錄。土方施工時，對基坑周邊進行布點加密，實時對基坑周邊沉降進行觀測，并加強地鐵站周邊環(huán)境、地基沉降位移的觀測工作，并形成相關監(jiān)測記錄。施工過程中，如果遇到檢測數(shù)據(jù)變化較大，或者變化突然，及時向項目經(jīng)理和總工匯報，并停止施工，待查明原因，采取措施后，方可繼續(xù)施工。

5 風險管控安全防范措施

臨近地鐵站開挖基坑時容易導致既有地鐵站產(chǎn)生偏壓會引起坑邊土體產(chǎn)生位移，從而導致既有地鐵站結構產(chǎn)生相應的內力變化和變形，嚴重影響地鐵的運營安全。所以對控制因偏壓造成的既有地鐵站結構變形至關重要。

基坑開挖及時做好周邊排水溝，基坑底部設置集水井，對軟弱土層進行注漿加固措施，嚴格按照分層分塊開挖、對稱開挖、大基坑小開挖的原則，控制好基坑變形，減少對地鐵結構的影響。開挖時，及時觀測基坑周邊沉降值，防止基坑坍塌傷人，基坑開挖中，要及時進行混凝土支撐、鋼支撐的施工，避免基坑長時間未支撐產(chǎn)生不必要的變形，對地鐵站產(chǎn)生內力變化和變形，影響地鐵站結構。

為確保地鐵的安全，第三方檢測機構對本工程施工期間地鐵結構變形情況進行監(jiān)測，施工過程中與第三方監(jiān)測單位緊密配合，加強周邊環(huán)境的監(jiān)測，以監(jiān)測成果來指導施工。

根據(jù)施工圖紙結合現(xiàn)場收集相關樁位與地鐵之間的關系，使施工有跡可循。在施工前現(xiàn)場準確測放出樁位以及地鐵結構外側的位置，標示好控制樁。

6 結束語

總體來講，在地鐵高架站附近施工工藝選擇極其重要，施工過程監(jiān)控必須到位，嚴格把好質量關，認真對待每個分部分項工程，危險性較大的深基坑工程是重中之重，而保證基坑安全的前提是圍護結構的施工質量，變形監(jiān)測則提供了重要依據(jù)，故本次分析結論是重點控制圍護結構質量，加強施工過程監(jiān)測，以減少擾動，避免對地鐵高架站造成影響為前提，以完成合格工程為目的，在整體施工部署上，增加措施投入，確?，F(xiàn)場施工按照方案執(zhí)行，以保證地鐵高架站的安全，進而達到風險管控的目的。