咬合樁在緊鄰地鐵基坑工程清障中的設計與應用

趙 軍

上海申元巖土工程有限公司，上海 200011

隨著我國城市地下空間開發的不斷發展，新建基坑工程越來越多。一方面，由于城市更新過程中，舊建筑物拆除重建時，原有地下室基礎或工程樁遺留在場地內；另一方面，由于工程開發時的客觀因素制約，先施工結構無法考慮對后續開發的影響等，這些往往成為新建基坑工程的地下障礙物，為后續工程開發建設增加了較大的難度。如何選取一個合適的清障方案，對新建工程的工期和造價影響較大［1］。

本文以軟土地區的某緊鄰地鐵基坑工程為背景，針對先施工的過街通道頂管及工作井深入擬建地下室內部，介紹了基坑工程清障設計中面臨的一系列技術難點，以及為了清障采取的相應技術措施，驗證了咬合樁在穿越既有通道基坑工程清障中的可行性，可以為類似工程的清障設計施工提供重要的參考和借鑒。

1 工程概況

項目坐落于上海市濱江區域，龍耀路以北、規劃云謠路以西、規劃龍啟路以南、規劃豐谷路以東。場地中間是云錦路，將本項目分為東地塊和西地塊。項目總用地面積約7.2 萬m2，建筑面積約51 萬m2，整體設置三層地下室（局部兩層），東地塊和西地塊的基坑面積分別為3.4 萬m2和3.2 萬m2，常規區域的開挖深度約15.7～18.6m，局部深坑的開挖深度約24m。

云錦路下方是上海地鐵11 號線（云錦路站-龍耀路）區間隧道，已經投入運營。地墻隧道為盾構法施工，隧道直徑約6.2m，管片厚度約350mm，上下行線分離，隧道頂部的埋深約8.36～11.66m。地鐵隧道距離東地塊地下室外墻最近約8.3m，距離西地塊地下室外墻最近約40.2m。

云錦路下方有已施工完成的過街通道，連接東西兩個地塊。采用頂管法施工，通道頂部覆土厚度約3.5m，矩形頂管內徑6mx3.3m，壁厚450mm，單節頂管寬度1.5m。通道長45.1m，東西兩側分別設置了頂管工作井，采用SMW 工法圍護，工作井埋深9.3m。

圖1 基坑周邊環境圖

圖2 地下過街通道與擬建地下室剖面關系圖

本項目地下過街通道位于地鐵隧道上方，地下過街通道實施前，地鐵區間隧道正在施工，尚未投入運營。為盡量降低過街通道頂管施工對地鐵區間隧道的影響，經過與地鐵主管部門溝通，本項目的頂管施工必須在地鐵開通運營前完成，因此，地下過街通道先于兩側地塊地下室施工。其中東側的工作井位于擬建地下室內部。

本工程基坑設計和施工中，如何選取頂管工作井區域的清障方案，保證東側地塊基坑工程的順利進行，并確保清障和基坑施工對正在運營中的地鐵隧道的影響在安全范圍以內，是本項目的難點之一。

2 基坑設計方案簡述

本項目屬于軟土地區超深超大基坑，根據建設單位的項目開發計劃，為保證兩側地塊的超高層塔樓盡快完成，東西地塊基坑工程需同步實施，基坑大面積同時開挖引起的環境影響將非常顯著。為了保護基坑周邊環境，特別是正在運營的地鐵區間隧道的安全，本項目的基坑設計采取了大量針對性的技術手段［2］。

首先，分區施工，化大坑為小坑。東地塊的基坑距離地鐵區間隧道最近僅8.3m，根據塔樓、裙房的位置，與地鐵隧道的距離關系等，分為7 個區。西地塊的基坑分區為3 個，單個分區基坑面積控制在1 萬m2以內，分區需同時兼顧塔樓和裙房結構的相對完整性。

其次，周邊圍護結構采用地下連續墻兩墻合一的形式，保證圍護結構整體剛度以及止水質量，以控制變形和保護周邊環境。臨近地鐵側，地下連續墻的厚度采用1000mm，并且在地下連續墻兩側設置三軸水泥土攪拌樁作為槽壁加固，從而減少地下連續墻成槽過程中的環境影響，其他區域和基坑分區的臨時分隔墻，地下連續墻采用800mm。

第三，為了保證運營地鐵隧道的安全，每個分區基坑豎向設置三道水平鋼筋混凝土支撐，并設置了大量水平施工棧橋，加快土方開挖及運輸速度。在臨近地鐵側的地下二層區域，每個窄條基坑豎向均設置三道水平支撐，其中第一道支撐采用鋼筋混凝土，第二/三道支撐采用鋼管支撐，且鋼管支撐采用軸力自伺服系統，可以根據支撐軸力監測情況，實施調整鋼支撐的預應力大小，控制圍護結構變形。

3 既有頂管及工作井清障設計方案

3.1 清障設計思路

本項目由于開發條件的客觀因素制約，地下過街通道必須在地鐵區間隧道正式運營前完成，因此先于兩側地塊的新建地下室完成，且東側的過街通道頂管及工作井已經深入擬建地下室的內部，成為新建地下室施工的地下障礙物。過街通道和工作井的埋深約9.3m，清障深度大，且緊鄰正在運營的地鐵區間隧道，環境保護要求極為苛刻，必須采取安全可靠的清障措施，將清障對周圍環境的影響降至最低。

根據項目的實際情況，可供選擇的清障方案主要有三種：

方案一、采取臨時基坑圍護結構（如SMW 工法或鋼板樁等），明挖法清除地下障礙物，回填密實后，再施工該區域的基坑圍護結構（地下連續墻）。該方案的清障技術難度低，費用最少，但是對周邊環境的影響較大，且清障工期最長［3］。

方案二、采用全回轉鉆機清障，回填密實后，再施工該區域的基坑圍護結構（地下連續墻）。該方案的清障費用較高，且清障后需重新施工圍護結構，清障工期較長。

方案三、采用全回轉鉆機施工咬合樁（作為新建基坑的圍護結構），清障和新施工圍護結構相結合。該方案的清障費用較高，但清障工期最短，對周邊環境的影響最小。

綜上所述，考慮到本項目基坑工期緊張，且緊鄰地鐵區間隧道，變形控制要求極為苛刻，因此，最終清障設計方案采用方案三，直接利用全回轉鉆機施工咬合樁，將清障和圍護結構施工相結合。

圖3 地下室輪廓與工作井平面位置圖

圖4 咬合樁平面布置及施工流程圖

3.2 清障設計方案

根據東地塊的地下室輪廓線，本項目擬建地下室外墻，正好貫穿過街通道的頂管區域，該區域結構為預制拼接管片，單節管片寬度1.5m，如果采用全回轉鉆機清障，則該區域的頂管管片極易發生破壞，新建地下室與過街通道之間后期的結構連接和防水等將難以實施。因此，經溝通，最終將該區域的地下室輪廓線進行了調整，地下室外墻貫穿原工作井區域，全回轉鉆機清障和咬合樁施工，均在工作井范圍內，方便后期新建地下室和已建地下過街通道的結構連接和節點防水處理。

該區域采用Φ 1200mm 的咬合樁，清障和后期基坑圍護相結合，咬合樁采用硬咬合工藝施工，相鄰樁之間咬合250mm，咬合樁的深度同臨近的地下連續墻圍護結構。咬合樁施工采用跳樁法施工，先施工A 樁（配置矩形鋼筋籠），后施工B 樁（配置圓形鋼筋籠），施工工藝流程如下：A1—A2—B1—A3—B2—A4—B3。

4 項目實施及監測情況

4.1 項目實施情況

本項目工作井區域清障施工，采用一臺RT200全回轉鉆機，從進場清障到咬合樁完成，工期40d。工作井所在的東地塊基坑分區，基坑從開挖到底板完成時，歷時28d。

清障及新建基坑施工的工況如下：

工況一、在原工作井內部施工400mm 厚的臨時封堵墻；

工況二、拆除工作井頂板，在工作井內部回填粘土，并分層碾壓密實；

工況三、采用全回轉鉆機清障并施工咬合樁；

工況四、根據基坑分區開挖順序，開挖工作井所在的窄條基坑，并邊挖邊破除原工作井結構，待基坑開挖到底后，回筑完成新建地下室結構；

工況五、鑿除咬合樁，將新建地下室結構與地下過街通道結構連通。

4.2 監測結果分析

監測數據表明，臨近地鐵隧道的小基坑，基坑開挖到底時，圍護結構的最大側向變形為3.8mm，深度為13.5m。本項目為控制清障和基坑開挖的環境影響，采取的一系列針對性的技術手段，如通過化大坑為小坑縮短單個基坑施工時間，采用咬合樁將清障和基坑圍護相結合，以及鋼支撐軸力自伺服系統的應用等，有效的控制了基坑變形。

清障和基坑開挖期間，臨近的地鐵隧道變形較為穩定，豎向變形的平均值在-2mm～+3mm左右；距離基坑最近的東側地鐵隧道，變形以豎向沉降為主，在基坑中段的沉降最大，其累積沉降值約10mm，南北兩段的沉降最大，其累積沉降值約5mm，基坑變形曲線呈現明顯的“馬鞍形”分布（見圖5）。

經過與地鐵監護部門溝通確認，本項目地鐵隧道新增變形報警值為10mm。為了保證地鐵是隧道的安全運營，在清障和基坑土方開挖期間，結合現場監測情況，設計對清障、土方開挖、降水等相關施工工序提出了詳細的技術要求和指導，并定期與地鐵監護部門溝通確認隧道變形情況，從清障開始至全部地下室完成時，地鐵隧道的新增變形未超過10mm，有效地保護了地鐵隧道。

圖5 地鐵隧道在基坑施工期間的豎向位移增量

5 結論

本文結合軟土地區緊鄰地鐵的基坑工程，針對先施工的過街通道及工作井深入擬建地下室內部，介紹了基坑清障采取的一系列技術措施，如調整地下室輪廓線，采用全回轉鉆機將清障和基坑圍護結構施工相結合等，在保證工期的前提下，保證了臨近地鐵隧道的安全運營，經濟效益和社會效益良好。主要結論如下：

（1）在緊鄰重要保護對象的基坑清障工程中，采用全回轉鉆機進行咬合樁施工，將清障和基坑圍護結構相結合，既可以節約清障工期，又可以有效的減少清障對周圍環境的影響。

（2）咬合樁作為臨近地鐵區域的基坑圍護結構，止水效果好，整體剛度較大，可以滿足臨近地鐵基坑的圍護結構變形和止水的要求，有效的保護了既有隧道的運營安全。