緊鄰地鐵車站及三污干管的深基坑施工

趙 武 夏曉慶 鄭三潤

中國建筑第八工程局有限公司總承包公司 上海 201204

1 工程概況

1.1 項目概況

杭州市城市軌道交通3號線第二控制中心位于九和路以北，老紅普路以西地塊。本項目包含Q1線網調度指揮大樓及Q2配套辦公、Q3設備維修大樓及管槽。Q1主樓11層，裙房5層，地下室3層，基坑大面開挖深度約15.3 m（裙房）/16.4 m（主樓），局部最大落深3.1 m。Q3地上9層，地下2層。單體建筑面積約70 000 m2，其中，地面建筑面積約50 000 m2，地下建筑面積約20 000 m2，基坑大面開挖深度約11.3 m。

1.2 周邊環境

1）基坑東北側范圍內存在2根DN200的鑄鐵給水管、若干電力管（10 kV直埋銅管）和光線管（200 mm×100 mm）。

2）Q1基坑圍護邊線與地鐵1號線左線隧道最近水平距離為4.97 m，與地鐵1號線出入段線區間隧道最近水平距離為24.6 m，與地鐵1號線右線區間隧道最近水平距離為35.5 m。

3）基坑側邊6～9 m處存在2根江干區φ2 200 mm主污水管，埋深3.6 m。

4）基坑西側及西南角存在2根光纖管、1根PVC污水管（位于等厚度水泥土地下連續墻〔TRD〕止水帷幕內）。

1.3 工程地質條件

本工程穿越了不同時代的地層，根據勘探孔揭露的地層結構、巖性特征、埋藏條件及物理力學性質，場地勘探深度以內可分為①雜填土、③砂質粉土夾粉砂、④淤泥質粉質黏土、⑥淤泥質粉質黏土、⑦粉質黏土夾黏土、⑧粉質黏土、⑩粉砂夾粉質黏土等地層。其中，基坑深度范圍主要位于④3層淤泥質粉質黏土，該層層厚4.2～8.8 m，頂板高程－13.42～－11.74 m。工程區第一承壓水層主要分布于④4層和⑥3層，水量較小，隔水層為上部的④3層。建華站勘察時實測④4層第一承壓水層水頭埋深在地表下3.80 m，相應絕對高程為1.63 m，紅普路站勘察時實測⑥3層第一承壓水層水頭埋深在地表下6.10 m，相應絕對高程為－0.49 m。工程區第二承壓含水層主要分布于深部的⑩3粉砂夾黏質粉土、12 1粉細砂、12 4層圓礫中，水量較豐富，隔水層為上部的⑥、⑦、⑧層。

2 基坑設計概況

Q1基坑開挖深度為15.3～16.4 m，局部電梯井和集水坑下沉0.6～3.1 m。3層地下室基坑外側統一采用厚1 000 mm地下連續墻，墻長為40.0～44.5 m；基坑分坑施工中隔墻采用厚800 mm地下連續墻，墻長為40.0～41.0 m。B3-1長條形基坑深度為15.3～16.4 m，設置1道混凝土支撐和3道鋼支撐。B3-2三角形基坑深度為15.3～16.4 m，設置3道混凝土支撐。B3-1長條形基坑圍護邊線與運營地鐵1號線區間左線隧道最近水平距離為4.97 m，圍護結構邊線與運營地鐵1號線左線隧道間進行全方位高壓旋噴注漿（MJS）隔離樁加固。集水坑、電梯基坑等局部加深部位進行坑底高壓旋噴樁加固，加固深度為坑底以下3 m。基坑西側、北側外圍，設置一周TRD攪拌墻止水帷幕（厚800 mm，止水帷幕墻長為23 m），與MJS隔離樁加固體銜接封閉，周圈形成封閉的止水帷幕，對既有污水管線、建筑物進行保護。基坑北側影響范圍存在2根三污干管。Q1基坑圍護情況如圖1所示。

圖1 線網調度指揮大樓基坑豎向圍護結構平面布置示意

Q3基坑開挖深度約為11.60 m，局部電梯井和集水坑下沉1.0～2.8 m。工程圍護結構采用厚600 mm地下連續墻，墻長為27.45～36.75 m。基坑設置1道混凝土支撐和2道φ800 mm的鋼支撐。局部混凝土支撐上方設置棧橋板（板厚350 mm），棧橋板范圍內的混凝土支撐下設置格構柱（600 mm×600 mm）和立柱樁（樁徑1 100 mm），立柱樁樁長為底板下35m。其余范圍內的立柱樁樁徑均為900 mm，樁長為底板下30 m，內插460 mm×460 mm格構柱。基坑北側為既有三污干管，埋深為3.75～4.00 m，為降低基坑開挖期間對三污干管的影響，設計采用φ850 mm@600 mm三軸攪拌樁對地下連續墻進行槽壁加固，加固范圍為地面以下21 m[1-4]。集水坑、電梯基坑等局部加深部位進行坑底高壓旋噴樁加固，加固深度為坑底以下2 m。Q3基坑圍護情況如圖2所示。

圖2 設備維修大樓基坑豎向圍護結構平面布置示意

3 施工過程

3.1 總體流程

Q1基坑先行施工TRD止水帷幕和最外側止水MJS工法樁，同時穿插施工工程樁，待TRD和外側MJS形成封閉的止水帷幕后，開始施工地下連續墻和剩余的MJS，地下連續墻施工完成后，開始穿插施工工程樁和立柱樁、高壓旋噴樁、降水井，B3-2區具備土方開挖條件后，進行該區土方開挖和內支撐施工，待B3-2區回筑至地下2層頂板后，開始B3-1-2區土方開挖和內支撐施工，待B3-1-2區回筑至±0 m結構后，開始B3-1-1區和B3-1-3區土方開挖和內支撐施工，直至Q1樓完成±0 m結構。

Q3基坑先進行三軸攪拌樁槽壁加固，隨后施工地下連續墻，然后施工工程樁和立柱樁、高壓旋噴樁和降水井，具備土方開挖條件后，由西向東進行土方開挖和支撐施工。

3.2 基坑開挖

3.2.1 土方開挖原則

1）基本原則：從上到下、對撐支撐、分區、分層、分單元、分塊、對稱、平行、抽條式開挖。按照“時空效應”原理，“限時、分段、均勻、對稱”地進行土方開挖和設置支撐，立桿連桿設計位置，隨開挖加設，減少和控制無支撐土體暴露時間。

2）分區原則：按設計工況的基坑分區劃分開挖階段。

3）分層原則：基坑各階段挖土施工必須遵循“分層開挖、嚴禁超挖”的原則。每層厚度不宜大于1.5 m，每段開挖寬度不宜超過20 m。

3.2.2 Q1基坑土方開挖

B3-2區基坑面積約為6 502 m2，大面挖深16.4 m。基坑按照后澆帶及支撐位置劃分為4個區塊，按照B3-2-1、B3-2-2、B3-2-3、B3-2-4先后順序組織流水施工。待B3-2-1區完成地下2層頂板結構，方可開挖B3-1-2區。

B3-1區基坑面積2 543 m2，基坑標準深度16.40 m，南側為運營地鐵1號線，西側為七堡車輛段綜合維修基地，基坑按設計要求分為B3-1-1、B3-1-2、B3-1-3共3個區塊，待B3-1-2區地下室結構地下1層頂板完成后，進行B3-1-1區及B3-1-3區土方開挖及支撐施工。土方開挖分區如圖3所示。

圖3 Q1樓底土方開挖分區

3.2.3 Q3基坑土方開挖

Q3基坑面積約6 600 m2，基坑深度約11.700 m，土方量約7.46萬 m3，出土時間為32 d，每日出土量約為2 400 m3。結構布局為東西向的長條形結構，南側、西側為既有建筑，北側為高架橋及地下管網。地下3層施工時間長。東西向分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ共計5個區域，按照Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ組織流水施工。各區塊待第1道支撐混凝土強度達到85%設計強度后，將土方挖至第2道支撐（鋼支撐），并及時施加支撐預應力；爾后開挖至第3道支撐（鋼支撐），并及時施加支撐預應力；最后開挖至設計標高（預留300 mm人工挖土以免擾動基底原狀土），分區如圖4所示。

圖4 設備大樓基坑開挖分區

3.3 基坑降水

3.3.1 Q1基坑降水

基坑西側、北側外圍設置一周TRD攪拌墻止水帷幕（厚800 mm止水帷幕，墻長為23 m），MJS隔離樁加固體銜接封閉周圈形成封閉的止水帷幕，止水帷幕閉合后，方能進行坑內降水、地下連續墻與TRD間控制性降水。坑內采用自流疏干井，B3-1基坑坑內設12口降水井，B3-2基坑坑內設19口降水井；坑外設自流疏干井兼作應急井，坑外共計20口降水井，坑外按地面以下5 m進行控制性降水。

3.3.2 Q3基坑降水

基坑圍護結構全部采用厚600 mm地下連續墻，φ850 mm@600 mm三軸攪拌樁槽壁加固深度為21 m，進入④3層2 m。基坑布置17口坑內疏干降水井用于坑內土體疏干，坑外布置16口坑外觀測及應急井。

3.4 基坑監測

基坑支護主要監測項目為支護樁（墻）頂部水平（豎向）位移、支護樁（墻）水平位移、支撐軸力、地表沉降、土體深層水平位移、立柱豎向（水平）位移、地下水位。周邊環境主要監測項目為周邊建（構）筑物豎向位移、傾斜、裂縫，周邊管線豎向位移、差異沉降。

本基坑重點監測對象有地鐵站的位移及收斂、污水干管的位移，對地鐵站的監測項目和報警值主要為：上行線位移、收斂≤4 mm，下行線位移、收斂≤6.5 mm，入段線位移、收斂≤5.7 mm；污水干管位移≤17 mm。

4 工程重難點分析及對策

4.1 基坑開挖施工

4.1.1 基坑開挖重點分析

本工程基坑開挖深度大，且鄰近運營地鐵1號線及三污干管，因此對基坑變形控制要求較高，確保地鐵隧道與三污干管安全是本項目重中之重。同時，由于需要分層分塊開挖、分塊施工，且支撐梁布置密集，項目處于市中心，上下班高峰期土方運輸困難，導致土方開挖較慢。

4.1.2 解決措施

1）嚴格按照設計要求分區安排施工。

2）分區分塊開挖過程中，嚴格按照設計要求限時完成土方開挖及形成支撐，分區開挖過程中嚴密監測地下連續墻的變形與水位變化。

3）壓頂圈梁及支撐分段進行施工并限制分段長度及施工時間，以減少基坑變形，采取必要的技術措施保證開挖前支撐的強度。

4）完善方案，縮短基底暴露的時間，盡快澆筑底板混凝土。

5）針對較薄弱的后澆帶采取加筋墊層的處理方法，底板施工過程中，預留局部降水井作為泄水口，適當延遲其封閉時間，以防止底板上浮。

6）加強現場交通組織，保證行車通暢，落實好土方卸點，確保土方運輸通暢。

7）加強施工監測的信息化，及時對數據進行上報、分析及處理。

4.2 深基坑施工的變形控制

4.2.1 變形控制重點分析

變形控制要求：Q1基坑南側圍護結構外邊線與運營地鐵1號線區間左線隧道邊線水平距離為4.97～10.90 m，隧道頂面埋深14～16 m；基坑北側圍護結構外邊線與三污干管（DN2200）水平距離為6.0～9.3 m，干管頂面埋深約4 m；東北側存在2根直徑200 mm的鑄鐵給水管、若干根電力管和光纖管；西側及西南角存在2根光纖管、1根PVC污水管，距離西側文體中心11.0～16.5 m。Q3圍護結構外邊線距三污干管3.0～6.4 m，距離南側文體中心16 m。基坑開挖過程中，要嚴格確保基坑變形量，采取措施將對周邊的影響控制在最低程度。

4.2.2 解決措施

1）各分區基坑開挖前，進行認真研究和部署，開挖時嚴格遵循各施工工況要求，減小基坑開挖施工時對相鄰基坑和周邊環境的變形影響。

2）嚴格按照“開槽支撐，先撐后挖，分層開挖，嚴禁超挖”的原則進行土方開挖作業。土方開挖時，必須待支撐達到設計要求時，方可進行下層土方的開挖。

4）施工期間基坑周邊10 m范圍內堆載不允許超過20 kPa。

5）盡量縮短基坑無支撐暴露時間，混凝土支撐施工時間不超過48 h。開挖最下一層土方時，混凝土墊層應隨挖隨澆，無墊層坑底最大暴露面積不得大于200 m2，基坑不得超過48 h。

6）詳細了解地鐵隧道、三污干管等周邊管線的情況，制定詳細監測方案，開展日常管線巡視、檢查，加強管道線設施的安全運行和保護管理。

7）加強施工過程的各項監測，特別是地鐵側和三污干管側基坑變形、坑外水位的監測、地鐵隧道和三污干管變形，并及時將監測數據通報相關各方。

8）做好安全防護應急預案，現場準備好應急材料及應急設備，一旦發生險情，立即處理。

5 地鐵變形控制及應急措施

5.1 數據突變

實施監測過程中，及時總結監測對象隨施工開展的變形規律，并重點關注監測數據變形情況是否正常。一旦出現數據異常突變，雖累積變形值未超過控制指標，也需立即啟動應急預案，采取如下處理措施：

1）立即通過電話、短信等方式，報送建設、施工、監理等單位，啟動應急處理流程。

2）立即安排加密進行現場監測，并加密后續監測頻率（不少于每天2次），根據后續數據變形情況，通過協商確定監測頻率。

3）根據數據變形情況，適時報請建設單位和產權單位組織召開專家分析咨詢會，并做好分析匯報的準備。

5.2 緩變超標

隨著地層固結沉降，在施工過程中未達到警戒指標的測點可能在后期緩慢變形，地鐵保護區監測單位需密切關注數據變化情況，采取以下應急處理措施：

1）通過日報、預警快報等方式，報送建設、產權、施工、監理等單位，啟動應急處理流程。

2）密切關注數據變形情況，如變形趨勢持續發展，則在跟蹤監測的同時，報請建設單位組織專家咨詢分析會，根據專家咨詢意見，確定后期監測工作開展情況。

3）如變形趨勢趨于收斂，則繼續跟蹤監測，并保持與建設、產權、施工、監理單位的有效溝通。

6 結語

本工程為緊鄰杭州市三污干管及運營地鐵1號線的超深基坑，基坑施工期間對三污干管及地鐵車站的保護至關重要；深基坑施工嚴格按照設計工況分坑施工，施工過程中加強基坑監測并做好各項應急措施，因此三污干管、地鐵車站等結構變形均在控制值以內，未發生報警情況，基坑安全施工完成。