地鐵保護區范圍內的深基坑支護施工

龐小軍 王昊鵬 陳桂森

中鐵建工集團有限公司北京分公司 北京 100070

在進行深基坑施工技術研究過程中，引入Midas計算軟件對施工工序進行模擬，可直觀地展現施工過程中軌道變形位移，預測其變形位移范圍，及時反饋給相關技術人員，為深基坑施工提供及時、可靠的數據與信息，及時判斷施工對既有結構運營的影響大小，為可能發生的事故提供及時、準確的預報，使各方有時間作出反應，避免惡性事件發生。

本技術研究基于中國電科科技創新園工程，該工程西側局部范圍處于地鐵保護區范圍內，基坑深度21.72 m，基坑外邊線與北京地鐵10號線西釣魚臺站—慈壽寺站區間隧道結構邊線水平距離為5.455～13.300 m。采用φ800 mm鉆孔灌注樁＋預應力錨索＋鋼支撐組合支護方式，樁頂設連梁及擋墻，前后排樁設橫向連系梁，樁間土采用掛鋼筋網＋噴射混凝土形式。

1 模型建立

根據本項目深基坑工程與北京地鐵10號線相對位置的關系及影響范圍，選取模型計算范圍，范圍為沿既有地鐵線路縱向160 m、橫向130 m，土層厚度60 m。模型如圖1所示。

圖1 計算模型

2 計算方法

本工程采用Midas軟件對地層-結構模型進行變形分析，模擬中國電科科技創新園建設項目深基坑工程的施工過程對北京地鐵10號線西釣魚臺站—慈壽寺站區間結構及軌道的安全性影響，提供既有結構的變形分析結果，從而了解地鐵10號線結構和軌道結構的安全性，并根據行車安全的要求，綜合各種影響因素，提供基坑施工時地鐵10號線結構和軌道結構的變形控制標準和保護措施。

3 模擬工序

模型開挖分為以下幾個工序進行：工序1，圍護樁施工；工序2，向下開挖3.50 m，并施作第1道錨索；工序3，向下開挖4.50 m并施作第2道錨索；工序4，向下開挖2.70 m并施作第3道錨索；工序5，向下開挖1.80 m并施作鋼腰梁、立柱、鋼支撐；工序6，向下開挖4.85 m至坑底；工序7，施加建筑荷載；工序8，管線開挖。

4 變形預測

通過模擬計算得知，既有地鐵10號線區間隧道的橫向變形最大值為1.406 mm，與開挖方向一致，發生在靠近基坑側的主體結構側墻；豎向變形最大值為1.586 mm，上浮變形，發生在靠近基坑開挖側主體結構頂部。

5 變形結論

本項目深基坑工程引起既有地鐵10號線盾構區間地鐵軌道結構產生一定的變形，地鐵10號線軌道結構最大豎向變形值為上浮1.517 mm，剩余施工引起地鐵結構變形為上浮0.753 mm。根據目前的設計方案，地鐵上浮變形在允許范圍內，在正常施工條件下采取一定的軌道防護措施和監測措施，能確保地鐵列車安全運行。

6 施工工藝及操作要點

6.1 支護體系

6.1.1 施工工藝流程

單雙排圍護樁施工→土方分層開挖、施作錨索、鋼腰梁及樁間噴錨→水平鋼支撐施工→換撐及加力

6.1.2 施工操作要點

1）本工程護坡樁為旋挖鉆成孔，泥漿護壁灌注樁，采取“隔二打一”的方式進行施工，雙排樁范圍先施工前排再施工后排。在鋼筋籠吊運過程中，注意吊裝部位，采用4點吊，吊點全部設于主筋與加勁筋連接處。

2）錨索注漿過程中，沿著注漿管注漿和補漿，不能取出。注漿后過30 min再補漿1次，若滲漿嚴重，可補漿2～3次。注漿漿液選用水灰比0.50～0.55的水泥漿。

3）水平鋼支撐為壁厚16 mm的φ800 mm鋼管，鋼管拼接采用法蘭連接，螺栓為一正一反交替間隔擰緊。活動端與固定端縱向逐根交替間隔布設，鋼支撐與鋼構柱之間緊密連接，并嚴格控制其標高，減少鋼支撐豎向力。經確認節點連接無誤后方可施加預壓力。

4）本工程豎向斜撐為壁厚16 mm的φ609 mm鋼管，與底板及外墻連接，施加力前，外墻與支護樁間填充C15素混凝土，待混凝土強度達到設計值后方可進行加力，換撐必須在豎向斜撐軸力施加完成后才可進行。

6.2 深基坑及軌道變形監測

6.2.1 隧道結構檢測

隧道結構檢測包括隧道結構豎向變形、軌道結構豎向變形、裂縫觀測、隧道結構橫向變形、無縫線路鋼軌位移、管片錯臺等。

1）隧道結構豎向變形。在監測范圍內曲線要素點位置布設監測斷面，基坑鄰近既有地鐵段按10～20 m間隔布設監測斷面，共布設17個監測斷面，每個監測斷面布設2個測點，地鐵10號線共布設34個隧道結構豎向變形測點。隧道結構豎向變形測點布設在地鐵結構兩側，條碼尺粘貼在厚3 mm的亞克力板上，再將亞克力板上下端鉆孔，用脹塞固定在地鐵結構側墻上，并在亞克力板背面涂膠，防止測點脫落。

2）軌道結構豎向變形。軌道結構沉降測點與隧道結構豎向變形測點布設在同一斷面，每個斷面布設2個軌道結構豎向變形測點，地鐵10號線共布設34個軌道結構豎向變形測點。測點采用粘貼監測點方式進行布置，布置步驟如下：

① 使用干布在選定的風道地表擦洗干凈。

② 在風道表面均勻涂抹AB膠。

③ 將監測點放在AB膠上，并使監測點固定。

④ 待AB膠凝固。

⑤ 做好明顯標識，防止監測點被破壞。

⑥ 養護2 d以上。

3）裂縫觀測。以工前檢測報告為基準，對大于0.3 mm裂縫進行監測。測點制作如圖2所示的鑲嵌于結構面的金屬桿標志。裂縫寬度的觀測使用游標卡尺，測定金屬桿的距離，讀數應精確到0.01 mm。同時記錄量測結果和日期，繪出裂縫的位置、形態和尺寸。在有新的裂縫產生時，及時布設觀測點。

圖2 裂縫觀測金屬桿設置示意

4）隧道結構橫向變形。隧道結構橫向變形監測點在施工側布設，與豎向變形監測點布設在同一位置，共布設5個。布設測點利用地鐵內帶螺紋金屬桿，制作互相配套的連接桿將棱鏡固定在連接桿上，或者采用粘貼方式進行測點布設。

5）無縫線路鋼軌位移。在影響范圍外測邊緣布設1組無縫線路位移觀測測點，每條軌上設1個無縫線路臨時位移觀測標尺，共布設8個無縫線路鋼軌位移測點。在鋼軌軌腰上粘貼1個固定標尺。在對應標志中部布設1個豎向標尺，使豎向標尺垂直于走行軌方向，并使豎向標尺與軌腰上標尺中心的零刻度對齊。為減小對既有道床的破壞，豎向鋼尺采用錨固劑進行固定。貼1個固定標尺，使標尺中心的零刻度與細線對齊。通過讀取各觀測期觀測墩頂細線標志與標尺中心的距離，計算每條鋼軌沿線路方向的相對變化量從而得出鋼軌爬行量。

6）管片錯臺。測點設置在隧道內管片上，與隧道結構沉降測點布設在同一斷面，每個監測斷面布設環向錯臺測點及徑向錯臺測點，共布設16個管片錯臺測點，測點布設位置如圖3所示。使用游標卡尺測量管片間高低變化，對管片錯臺變化進行監測。

圖3 管片錯臺測點布設位置示意

6.2.2 深基坑監測

1）樁頂水平位移及豎向位移監測。監測點設置在支護結構頂部連梁變形敏感部位，沿基坑周邊布設在陽角、直線部分的中間位置，間距25 m左右。水平位移監測采用全站儀自由設站法，配備徠卡TS15測量機器人進行外業數據采集。豎向位移監測采用幾何水準法，配備DL-502型電子水準測量。

2）錨索拉力。本工程采用振弦式錨索測力計進行錨桿錨固應力監測。振弦式錨索測力計由彈性圓筒、密封殼體、信號傳輸電纜、振弦及電磁線圈等組成。錨索測力計為一次性使用的設備，不能重復使用。

3）支撐軸力監測。鋼支撐的監測截面選擇在支撐的端頭，根據基坑支護結構設計，在基坑四周邊坡布設4個鋼支撐軸力監測點。軸力計（圖4）的外殼是一個經過熱處理的高強度鋼筒。在筒內裝有應變計，軸力計安裝在鋼支撐與擋土結構之間，作用在鋼支撐上的力同樣作用在鋼筒，致使鋼筒內應變計的鋼弦自振頻率發生改變，通過頻率測度儀測量和計算得到鋼支撐軸力。

圖4 軸力計

7 結語

通過本技術研究，中國電科科技創新園深基坑工程提前使用計算模型進行分析，對施工工序進行模擬，研究確定鉆孔灌注樁＋預應力錨索＋鋼支撐組合支護方式的可行性，并預測施工中可能出現的問題。在基坑監測中，利用自動化監測與人工監測結合，實現了基坑全天候不間斷實時監測與數據上傳，大大節約了勞動力成本，提高了數據的準確度，為基坑支護的動態設計提供了充分的依據，保證了基坑的安全施工，節省了基坑二次開挖成本。

最終，施工過程中，本工程基坑及既有地鐵軌道線路的變形數據穩定，處在控制值范圍，具有良好的推廣效益。