緊鄰區(qū)間隧道的深基坑工程中TRD工法綜合應(yīng)用

摘要 TRD工法在地下工程特別是深基坑工程中的應(yīng)用已經(jīng)比較廣泛，可作為基坑支護(hù)、止水帷幕、地墻槽壁加固等。文章以上海18號線某車站附屬風(fēng)亭深基坑工程設(shè)計(jì)施工為背景，介紹了TRD工法在此類緊鄰區(qū)間隧道的基坑工程中的綜合功能運(yùn)用，通過有限元計(jì)算分析及施工全過程監(jiān)測結(jié)果論證了TRD工法在該工程中所起的綜合運(yùn)用效果，為今后相似條件基坑工程的設(shè)計(jì)和施工提供參考。

關(guān)鍵詞 TRD工法；地鐵區(qū)間；深基坑

中圖分類號 TU753 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2023）07-0130-03

0 引言

城市基坑工程設(shè)計(jì)與施工的安全性，不僅要保證基坑工程本身的安全穩(wěn)定，還需考慮基坑開挖、降水施工對周邊環(huán)境帶來的不利影響，確保周邊環(huán)境及設(shè)施的安全。

TRD工法（Trench cutting Re-mixing Deep wall method），等厚度水泥土地下連續(xù)墻工法，是2009年從日本引進(jìn)的一種利用鋸鏈?zhǔn)角邢飨溥B續(xù)施工等厚水泥土攪拌墻的施工技術(shù)。TRD工法與三軸攪拌、高壓旋噴樁、MJS等工法比較，具有穩(wěn)定性高、成墻質(zhì)量高、施工精度高、止水性能好等特點(diǎn)，根據(jù)具體工程特點(diǎn)，在基坑工程中可利用其作為地墻槽壁加固、止水帷幕或基坑支護(hù)中某一單項(xiàng)功能運(yùn)用在工程中[1]。如天津及上海工程項(xiàng)目利用超深TRD墻作為地下承壓水止水帷幕[2-3]，基坑實(shí)例利用TRD內(nèi)插型鋼作為基坑圍護(hù)墻體[4]。

該文以上海軌道交通18號線江浦路站附屬風(fēng)亭基坑工程設(shè)計(jì)施工為背景，介紹周邊環(huán)境特別復(fù)雜條件下，基坑貼鄰保護(hù)要求極高的區(qū)間隧道時，TRD工法墻體綜合了地墻槽壁加固、止水帷幕及圍護(hù)隔離樁等多重復(fù)合功能的工程實(shí)踐，為今后相似條件基坑工程的設(shè)計(jì)和施工提供參考。

1 工程背景

1.1 工程概況

上海軌道交通18號線工程江浦路車站4號風(fēng)亭位于車站的東南側(cè)，為地下兩層附屬結(jié)構(gòu)。基坑長約41.2 m、寬約8.3 m、深14.5 m。該基坑安全等級與環(huán)境保護(hù)等級均為一級。根據(jù)上海市軌道交通相關(guān)規(guī)范，圍護(hù)墻體最大水平位移應(yīng)控制在0.14%H（H為基坑深度），地面最大沉降應(yīng)控制在0.10%H。

1.2 周邊環(huán)境

該車站風(fēng)亭基坑?xùn)|側(cè)為上海電控研究所一棟8層混凝土結(jié)構(gòu)房屋，距離基坑最小處為3.1 m。車站南端頭區(qū)間圓隧道已貫通并完成鋪軌，該風(fēng)亭基坑圍護(hù)地墻外邊線與隧道結(jié)構(gòu)凈距僅1.7 m，基坑周邊環(huán)境情況如圖1所示。根據(jù)上海地鐵相關(guān)保護(hù)規(guī)定，對區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)變形保護(hù)要求為基坑開挖引起的隧道結(jié)構(gòu)變形不超過10 mm。

1.3 工程地質(zhì)

該工程場地地貌類型為濱海平原地貌，地基土屬第四紀(jì)全新世（Q4）及上更新世（Q3）沉積物，主要由黏性土、粉性土和砂土組成，具有成層分布特點(diǎn)。主要土層的物理力學(xué)指標(biāo)見表1。場地普遍分布③j淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土與砂質(zhì)粉土互層，地下連續(xù)墻成槽施工時，易發(fā)生槽壁坍塌。由于車站距現(xiàn)有建筑物很近，槽壁坍塌易引發(fā)周邊地面沉降。同時由于上海市地下水位較高，基坑施工時需進(jìn)行疏干降水，為避免降水形成的地面沉降，需要基坑四周形成封閉的隔水帷幕體系，減少基坑與周邊地層之間的水力聯(lián)系。

2 設(shè)計(jì)方案

2.1 圍護(hù)設(shè)計(jì)方案

綜合考慮該基坑工程特點(diǎn)及水文地質(zhì)條件并為控制基坑開挖對周邊環(huán)境特別是區(qū)間隧道的影響，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)體系?？紤]地下連續(xù)墻距離周邊地鐵區(qū)間隧道、房屋較近，為保障地墻成槽質(zhì)量、減小施工擾動，采用750 mm TRD工法墻進(jìn)行地墻槽壁加固?；迂Q向設(shè)置四道支撐，第一道為混凝土支撐，其余三道為D609鋼管支撐?；釉O(shè)計(jì)方案剖面如圖2。

2.2 區(qū)間隧道保護(hù)措施

2.2.1 地墻及TRD墻體設(shè)計(jì)

采用800 mm地墻深度29 m，墻底嵌入開挖面以下14.7 m，插入深度比約為1.0。地下連續(xù)墻兩側(cè)設(shè)置750 mm厚TRD墻體進(jìn)行槽壁加固，鄰近隧道側(cè)TRD墻體與地墻同深，其余TRD墻體深度至基坑底下3 m，以確保地墻成槽時不發(fā)生槽壁坍塌。鄰近隧道側(cè)在TRD工法水泥土墻體成墻攪拌完成0.5 h內(nèi)插入H600×300型鋼間距1 000 mm，使該道墻體在基坑與隧道間形成隔離樁，并與地墻形成雙道圍護(hù)結(jié)構(gòu)，提高了圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體的整體剛度，以減小基坑圍護(hù)墻的變形。

2.2.2 坑內(nèi)加固

基坑坑底位于④淤泥質(zhì)黏土，該層土狀態(tài)流塑，壓縮性高等。為控制基坑變形，基坑內(nèi)采用三重管高壓旋噴樁對坑底以下3 m被動區(qū)土體進(jìn)行加固，高壓噴射注漿的水泥摻量不宜小于25%，水灰比為0.7～1.0，28 d水泥土加固體強(qiáng)度qu≥1.0 MPa。

2.2.3 支撐體系

由于鋼支撐施加預(yù)應(yīng)力后易產(chǎn)生松弛現(xiàn)象，鋼支撐采用伺服系統(tǒng)。鋼支撐發(fā)生軸力損失后實(shí)時進(jìn)行軸力補(bǔ)償，并根據(jù)基坑變形監(jiān)測結(jié)果，按信息化施工要求，及時調(diào)整支撐軸力，達(dá)到限制基坑開挖變形的目的。

3 計(jì)算分析

3.1 計(jì)算模型

為評估基坑開挖對已貫通隧道區(qū)間結(jié)構(gòu)的影響，該節(jié)采用有限元軟件Midas GTX建立該基坑的二維模型，并按照實(shí)際基坑開挖工況模擬基坑開挖全過程。計(jì)算工況步驟如下：首先為初始地應(yīng)力工況，包含隧道結(jié)構(gòu)和周邊房屋，然后按實(shí)際工序激活TRD墻體、地墻，最后按明挖順作法工序分層開挖基坑土體并依次施加各道支撐。

該模型中基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)采用一維梁單元模擬。土體及TRD墻體本構(gòu)模型采用各向同性修正Mohr-Coloumb模型平面二維單元模擬。模型底部及兩側(cè)基坑影響范圍外施加完全固定約束。結(jié)構(gòu)與土體的相互作用通過界面單元模擬。計(jì)算模型圖3所示。

3.2 計(jì)算結(jié)果

經(jīng)計(jì)算分析，基坑開挖引起的隧道結(jié)構(gòu)變形結(jié)果如圖4～5所示，隧道結(jié)構(gòu)水平位移約4～6 mm，豎向位移約0.5～0.8 mm。根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，基坑開挖施工對隧道結(jié)構(gòu)影響在其變形允許范圍之內(nèi)，對其影響可控，滿足已鋪軌隧道對變形控制的要求。

4 施工及監(jiān)測結(jié)果

該基坑工程施工過程中全程對隧道結(jié)構(gòu)變形進(jìn)行自動化監(jiān)測跟蹤。區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)水平位移全過程監(jiān)測數(shù)據(jù)整理如圖6所示。位移正值代表區(qū)間隧道位移向基坑內(nèi)，負(fù)值代表區(qū)間隧道位移偏離基坑側(cè)。從監(jiān)測結(jié)果可以看到，TRD工法施工過程中隧道結(jié)構(gòu)發(fā)生遠(yuǎn)離基坑方向約3 mm水平位移，此位移值對比同類施工工法如三軸攪拌樁、高壓旋噴樁形成的施工擾動具有顯著優(yōu)勢，TRD工法對周邊土體及環(huán)境的施工擾動基本可控。

基坑開挖過程中，隨著開挖深度的加深，隧道結(jié)構(gòu)逐步向基坑側(cè)水平位移，在風(fēng)井結(jié)構(gòu)底板完成后水平位移趨于穩(wěn)定收斂，最終區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)水平位移結(jié)果為7 mm左右。由于貼鄰隧道側(cè)TRD墻體內(nèi)采取了內(nèi)插H型鋼措施，與地墻形成了雙道圍護(hù)結(jié)構(gòu)，整體剛度較大，圍護(hù)墻體位移得到有效控制，同時TRD墻體作為隔離樁，大大減小了基坑施工對區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)的影響。

地墻施工過程中由于TRD墻體槽壁加固的存在，有效地控制了厚度較大的不良土層③j淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土與砂質(zhì)粉土互層的不利影響，地墻成槽時無明顯塌壁現(xiàn)象，地墻充盈率系數(shù)等施工參數(shù)均滿足設(shè)計(jì)施工要求，有效地保證了地墻施工質(zhì)量?；娱_挖及結(jié)構(gòu)回筑全過程中地墻接縫均無明顯滲漏水現(xiàn)象，同時基坑監(jiān)測結(jié)果顯示坑內(nèi)疏干降水對周邊環(huán)境地下水位變動影響均在300 mm以內(nèi)，TRD墻體止水帷幕效果到達(dá)設(shè)計(jì)預(yù)期效果。

5 結(jié)語

該基坑工程在設(shè)計(jì)施工中綜合利用TRD工法作為地墻槽壁加固、止水帷幕及圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔離樁。此次工程實(shí)踐證明，設(shè)計(jì)與施工方案充分利用了TRD工法的優(yōu)勢，在極端復(fù)雜工況環(huán)境下有效地控制了基坑開挖、降水對周邊環(huán)境帶來的不利影響，實(shí)現(xiàn)了對保護(hù)要求極高的區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)的變形控制目標(biāo)。

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