1 前言
隨著城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的逐漸完善,在已有軌道線路周圍進(jìn)行工程活動(dòng)不可避免。為保證既有線路的正常運(yùn)營,工程建設(shè)過程中對(duì)施工引起的變形要求極其嚴(yán)格。本文以實(shí)際工程為研究背景,對(duì)在緊鄰運(yùn)營地鐵線路上方進(jìn)行基坑施工的設(shè)計(jì)方案要點(diǎn)、施工階段隧道變形規(guī)律和施工中運(yùn)營地鐵線路變形控制進(jìn)行了詳細(xì)分析。以期對(duì)今后從事類似工程建設(shè)提供參考和積累經(jīng)驗(yàn)。
2 工程概況和監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置
本工程為一規(guī)劃下沉式廣場(chǎng),在本工程基坑區(qū)域下方涉及3條地鐵區(qū)間隧道。其中南北方向和東西方向有已運(yùn)營的兩條地鐵隧道正交穿過(分別簡(jiǎn)稱為地鐵線路1和地鐵線路2,地鐵線路1在地鐵線路2的上方,兩者豎向間距約2.5m),坑底離地鐵線路1隧道頂部的豎向最近距離約為3.0m?；?xùn)|南角的下方有剛貫通的地鐵隧道通過(簡(jiǎn)稱地鐵線路3),坑底離地鐵線路3隧道頂部的豎向最小距離約為3.0m。施工基坑與3條地鐵線路相對(duì)位置如圖1所示。
本工程施工中必須確保已有2條軌道線路的正常運(yùn)行。在基坑施工過程中,在地鐵線路1軌道上布置了電子水平尺自動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)和人工監(jiān)測(cè)點(diǎn),對(duì)運(yùn)營軌道的變形進(jìn)行了精心和及時(shí)的監(jiān)控。
3 技術(shù)難點(diǎn)
為保證線路的正常運(yùn)營,規(guī)范要求地鐵軌道的變形曲率半徑大于15000m,地鐵軌道的相對(duì)變形小于1/2500。如此嚴(yán)格的變形限值,要求設(shè)計(jì)階段必須確定合理地基加固和基坑開挖方案;施工階段必須選用合理的施工參數(shù),并精心進(jìn)行施工組織。
4 設(shè)計(jì)方案要點(diǎn)
4.1 基坑圍護(hù)方案和保護(hù)措施
(1)基坑圍護(hù):本基坑采用水泥土攪拌樁重力壩圍護(hù),壩體寬2.7m,水泥土攪拌樁樁長為6.3m、7.0m、8.5m、11.0m,要求加固后的水泥土強(qiáng)度qu≥1.2MPa。重力壩與周圍構(gòu)筑物接合部處外側(cè)用高壓旋噴加固起抗?jié)B補(bǔ)強(qiáng)作用。
(2)坑底加固:為減少基坑開挖過程中坑底回彈和壩體變形,基坑底部用高壓旋噴加固。其中線路1區(qū)間隧道以外區(qū)域加固深度為底板下3m,線路1區(qū)間隧道上方區(qū)域加固深度為底板下3m或線路1隧道上方0.5m,加固后底板以下和以上部分土體無側(cè)限抗壓強(qiáng)度分別要求qu≥1.2MPa和0.6MPa。
(3)為保證地鐵線路1區(qū)間隧道安全,在區(qū)間隧道兩側(cè)設(shè)置了間距2.4m、直徑為Φ600、樁長分別為10m、30m的灌注樁(其中與地鐵線路2交界區(qū)域?yàn)?0m,其他區(qū)域?yàn)?0m)。同時(shí)在樁與樁之間設(shè)3根高壓旋噴向隧道底部做180°定向擺噴。高壓旋噴樁和Φ600灌注樁與本工程頂板共同作用,防止地鐵線路1區(qū)間隧道上浮和位移。
4.2 基坑挖土方案
為盡量減少挖土施工對(duì)隧道變形的影響,施工中將整個(gè)開挖區(qū)域分為3個(gè)大塊,并將位于地鐵線路1正上方區(qū)域(分塊2)又分為26個(gè)小塊進(jìn)行施工。分塊開挖各區(qū)域劃分見圖3所示?；娱_挖遵循“分層、分步、對(duì)稱、平衡、”的原則,并滿足如下施工要求:
(1)為防止隧道的上浮,隧道上方的基坑開挖分3m寬小段開挖,一次挖到基坑底,土方開挖留直坡,部分60度小坡。
(2)開挖順序按附圖所示編號(hào)依次分塊開挖。具體為先開挖地鐵線路1上行線隧道上方,然后開挖地鐵線路1上、下行線之間的土體,最后開挖地鐵線路1下行線隧道上方。
(3)開挖到底后,必須在1~2小時(shí)內(nèi)澆筑砼墊層。墊層所用砼的強(qiáng)度以及達(dá)到強(qiáng)度的時(shí)間必須滿足設(shè)計(jì)要求。
(4)3m寬的一小段土方開挖結(jié)束,立即進(jìn)行底板鋼筋綁扎和砼澆搗,底板與兩側(cè)鉆孔樁錨固在一起共同抵抗隧道的上浮。
(5)每塊土方開挖結(jié)束澆筑底板后,必須及時(shí)堆壓與開挖土方量相當(dāng)?shù)暮奢d,以控制隧道回彈變形。
(6)每3m一小段的底板施工縫預(yù)留鋼筋直螺紋連接件,為達(dá)到止水的目的施工縫安裝鋼邊橡膠止水帶、外貼式橡膠止水帶和遇水膨脹止水條。
5 基坑開挖階段運(yùn)營隧道變形規(guī)律分析
5.1 運(yùn)營隧道最終變形分析
至基坑開挖結(jié)束,地鐵線路1上下行隧道累計(jì)變形曲線如圖4所示。由圖4可知,緊鄰上方的基坑進(jìn)行施工,運(yùn)營隧道變形呈現(xiàn)如下規(guī)律:
(1)在開挖區(qū)域正上方,由于開挖卸荷,隧道隨著坑底回彈產(chǎn)生一定量的隆起變形,其中坑中心位置隧道隆起量,坑兩端位置隧道隆起量最小。開挖區(qū)域內(nèi)隧道變形規(guī)律與一般基坑開挖坑底回彈變形規(guī)律基本一致。
(2)在開挖區(qū)域外,隧道變形總體表現(xiàn)為下沉,但下沉量很小。下沉量為-3.03mm。由此可知,基坑開挖對(duì)隧道變形的影響較大范圍僅限于開挖區(qū)域附近。 (3)至基坑開挖結(jié)束,上、下行線隧道隆起變形值分別為+8.04mm和+6.44mm。根據(jù)實(shí)測(cè)變形值,計(jì)算開挖區(qū)域所對(duì)應(yīng)位置(即SCJ1~12和XCJ1~12監(jiān)測(cè)點(diǎn)范圍)隧道變形后的曲率半徑和相對(duì)變形,得上、下行隧道變形曲率半徑分別為:R=63920m和71429m;上、下行隧道相對(duì)變形分別為:i=0.3/2500和0.26/2500。變形后上、下隧道曲率半徑均大于15000m,相對(duì)變形均小于1/2500,滿足設(shè)計(jì)要求。
5.2 開挖各階段隧道變形規(guī)律分析
取隧道變形點(diǎn)(SCJ7)為例,分析基坑施工各階段隧道變形特征和規(guī)律。圖5表示SCJ7位置處隧道變形與開挖工況相關(guān)關(guān)系圖。圖中各施工階段對(duì)應(yīng)工況見表2。
由圖5可知,在基坑開挖的不同階段和不同位置,施工對(duì)隧道變形影響也不相同:
(1)分塊1、2、3施工階段上行隧道變形量分別為1.77mm、5.90mm、0.37mm,分別占隧道總變形量的22.0%、73.4%和4.6%。即隧道變形狀況與基坑施工位置密切相關(guān),在隧道正上方區(qū)域進(jìn)行基坑開挖時(shí),對(duì)隧道變形的影響。由此,施工中將隧道正上方開挖區(qū)域分26小塊進(jìn)行分塊開挖,對(duì)控制隧道變形意義重大。
(2)將分塊2開挖分為上行線隧道正上方(Ⅰ)、上下行隧道之間(Ⅱ)、下行線隧道正上方(Ⅲ)3個(gè)施工階段,各階段變形量分別為1.85mm、0.86mm和1.11mm。即在上行線隧道正上方進(jìn)行開挖時(shí),隧道變形量。
(3)在下行線隧道正上|考試|大|方(分塊2的第Ⅲ階段)施工時(shí),距離上行線隧道較遠(yuǎn),但其施工對(duì)上行線隧道產(chǎn)生的變形量大于分塊2的施工第Ⅱ階段所產(chǎn)生的變形。原因可能是由于階段Ⅲ分塊較多、施工周期較長。由此說明,選用合理的分塊寬度和施工周期,是控制施工中隧道變形的有效方式。
(4)在完成上行線隧道正上方①~⑦開挖塊后,放置了8個(gè)月進(jìn)行后續(xù)分塊的開挖,期間上行線隧道產(chǎn)生的變形為2.08mm。原因可能是基坑底板施工結(jié)束后,底板上砂袋壓重不夠,以致隧道在放置期間還產(chǎn)生持續(xù)的隆起變形。由此得出,在隧道上方進(jìn)行施工時(shí),必須堆壓相當(dāng)于被挖除土體重量的荷載,方可阻止隧道的進(jìn)一步隆起變形。
6 結(jié)論
通過對(duì)實(shí)際工程的分析可知,得出如下結(jié)論:
(1)本方案中針對(duì)性采用了坑底加固、運(yùn)營線路兩側(cè)進(jìn)行鉆孔灌注樁圍護(hù)等施工措施,有效地限制了施工過程中地鐵隧道的變形發(fā)展。
(2)基坑施工中采用分塊、分條的開挖方式,做到“平衡、”的原則,確保了隧道變形后的曲率半徑和相對(duì)變形滿足設(shè)計(jì)要求。分塊寬度和施工周期對(duì)施工變形的影響是矛盾的統(tǒng)一,施工中必須進(jìn)行合理布置和組織。
(3)每塊土方開挖結(jié)束澆筑底板后,必須及時(shí)堆壓與開挖土方量相當(dāng)?shù)暮奢d,對(duì)控制隧道回彈變形作用巨大。
隨著城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的逐漸完善,在已有軌道線路周圍進(jìn)行工程活動(dòng)不可避免。為保證既有線路的正常運(yùn)營,工程建設(shè)過程中對(duì)施工引起的變形要求極其嚴(yán)格。本文以實(shí)際工程為研究背景,對(duì)在緊鄰運(yùn)營地鐵線路上方進(jìn)行基坑施工的設(shè)計(jì)方案要點(diǎn)、施工階段隧道變形規(guī)律和施工中運(yùn)營地鐵線路變形控制進(jìn)行了詳細(xì)分析。以期對(duì)今后從事類似工程建設(shè)提供參考和積累經(jīng)驗(yàn)。
2 工程概況和監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置
本工程為一規(guī)劃下沉式廣場(chǎng),在本工程基坑區(qū)域下方涉及3條地鐵區(qū)間隧道。其中南北方向和東西方向有已運(yùn)營的兩條地鐵隧道正交穿過(分別簡(jiǎn)稱為地鐵線路1和地鐵線路2,地鐵線路1在地鐵線路2的上方,兩者豎向間距約2.5m),坑底離地鐵線路1隧道頂部的豎向最近距離約為3.0m?；?xùn)|南角的下方有剛貫通的地鐵隧道通過(簡(jiǎn)稱地鐵線路3),坑底離地鐵線路3隧道頂部的豎向最小距離約為3.0m。施工基坑與3條地鐵線路相對(duì)位置如圖1所示。
本工程施工中必須確保已有2條軌道線路的正常運(yùn)行。在基坑施工過程中,在地鐵線路1軌道上布置了電子水平尺自動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)和人工監(jiān)測(cè)點(diǎn),對(duì)運(yùn)營軌道的變形進(jìn)行了精心和及時(shí)的監(jiān)控。
3 技術(shù)難點(diǎn)
為保證線路的正常運(yùn)營,規(guī)范要求地鐵軌道的變形曲率半徑大于15000m,地鐵軌道的相對(duì)變形小于1/2500。如此嚴(yán)格的變形限值,要求設(shè)計(jì)階段必須確定合理地基加固和基坑開挖方案;施工階段必須選用合理的施工參數(shù),并精心進(jìn)行施工組織。
4 設(shè)計(jì)方案要點(diǎn)
4.1 基坑圍護(hù)方案和保護(hù)措施
(1)基坑圍護(hù):本基坑采用水泥土攪拌樁重力壩圍護(hù),壩體寬2.7m,水泥土攪拌樁樁長為6.3m、7.0m、8.5m、11.0m,要求加固后的水泥土強(qiáng)度qu≥1.2MPa。重力壩與周圍構(gòu)筑物接合部處外側(cè)用高壓旋噴加固起抗?jié)B補(bǔ)強(qiáng)作用。
(2)坑底加固:為減少基坑開挖過程中坑底回彈和壩體變形,基坑底部用高壓旋噴加固。其中線路1區(qū)間隧道以外區(qū)域加固深度為底板下3m,線路1區(qū)間隧道上方區(qū)域加固深度為底板下3m或線路1隧道上方0.5m,加固后底板以下和以上部分土體無側(cè)限抗壓強(qiáng)度分別要求qu≥1.2MPa和0.6MPa。
(3)為保證地鐵線路1區(qū)間隧道安全,在區(qū)間隧道兩側(cè)設(shè)置了間距2.4m、直徑為Φ600、樁長分別為10m、30m的灌注樁(其中與地鐵線路2交界區(qū)域?yàn)?0m,其他區(qū)域?yàn)?0m)。同時(shí)在樁與樁之間設(shè)3根高壓旋噴向隧道底部做180°定向擺噴。高壓旋噴樁和Φ600灌注樁與本工程頂板共同作用,防止地鐵線路1區(qū)間隧道上浮和位移。
4.2 基坑挖土方案
為盡量減少挖土施工對(duì)隧道變形的影響,施工中將整個(gè)開挖區(qū)域分為3個(gè)大塊,并將位于地鐵線路1正上方區(qū)域(分塊2)又分為26個(gè)小塊進(jìn)行施工。分塊開挖各區(qū)域劃分見圖3所示?；娱_挖遵循“分層、分步、對(duì)稱、平衡、”的原則,并滿足如下施工要求:
(1)為防止隧道的上浮,隧道上方的基坑開挖分3m寬小段開挖,一次挖到基坑底,土方開挖留直坡,部分60度小坡。
(2)開挖順序按附圖所示編號(hào)依次分塊開挖。具體為先開挖地鐵線路1上行線隧道上方,然后開挖地鐵線路1上、下行線之間的土體,最后開挖地鐵線路1下行線隧道上方。
(3)開挖到底后,必須在1~2小時(shí)內(nèi)澆筑砼墊層。墊層所用砼的強(qiáng)度以及達(dá)到強(qiáng)度的時(shí)間必須滿足設(shè)計(jì)要求。
(4)3m寬的一小段土方開挖結(jié)束,立即進(jìn)行底板鋼筋綁扎和砼澆搗,底板與兩側(cè)鉆孔樁錨固在一起共同抵抗隧道的上浮。
(5)每塊土方開挖結(jié)束澆筑底板后,必須及時(shí)堆壓與開挖土方量相當(dāng)?shù)暮奢d,以控制隧道回彈變形。
(6)每3m一小段的底板施工縫預(yù)留鋼筋直螺紋連接件,為達(dá)到止水的目的施工縫安裝鋼邊橡膠止水帶、外貼式橡膠止水帶和遇水膨脹止水條。
5 基坑開挖階段運(yùn)營隧道變形規(guī)律分析
5.1 運(yùn)營隧道最終變形分析
至基坑開挖結(jié)束,地鐵線路1上下行隧道累計(jì)變形曲線如圖4所示。由圖4可知,緊鄰上方的基坑進(jìn)行施工,運(yùn)營隧道變形呈現(xiàn)如下規(guī)律:
(1)在開挖區(qū)域正上方,由于開挖卸荷,隧道隨著坑底回彈產(chǎn)生一定量的隆起變形,其中坑中心位置隧道隆起量,坑兩端位置隧道隆起量最小。開挖區(qū)域內(nèi)隧道變形規(guī)律與一般基坑開挖坑底回彈變形規(guī)律基本一致。
(2)在開挖區(qū)域外,隧道變形總體表現(xiàn)為下沉,但下沉量很小。下沉量為-3.03mm。由此可知,基坑開挖對(duì)隧道變形的影響較大范圍僅限于開挖區(qū)域附近。 (3)至基坑開挖結(jié)束,上、下行線隧道隆起變形值分別為+8.04mm和+6.44mm。根據(jù)實(shí)測(cè)變形值,計(jì)算開挖區(qū)域所對(duì)應(yīng)位置(即SCJ1~12和XCJ1~12監(jiān)測(cè)點(diǎn)范圍)隧道變形后的曲率半徑和相對(duì)變形,得上、下行隧道變形曲率半徑分別為:R=63920m和71429m;上、下行隧道相對(duì)變形分別為:i=0.3/2500和0.26/2500。變形后上、下隧道曲率半徑均大于15000m,相對(duì)變形均小于1/2500,滿足設(shè)計(jì)要求。
5.2 開挖各階段隧道變形規(guī)律分析
取隧道變形點(diǎn)(SCJ7)為例,分析基坑施工各階段隧道變形特征和規(guī)律。圖5表示SCJ7位置處隧道變形與開挖工況相關(guān)關(guān)系圖。圖中各施工階段對(duì)應(yīng)工況見表2。
由圖5可知,在基坑開挖的不同階段和不同位置,施工對(duì)隧道變形影響也不相同:
(1)分塊1、2、3施工階段上行隧道變形量分別為1.77mm、5.90mm、0.37mm,分別占隧道總變形量的22.0%、73.4%和4.6%。即隧道變形狀況與基坑施工位置密切相關(guān),在隧道正上方區(qū)域進(jìn)行基坑開挖時(shí),對(duì)隧道變形的影響。由此,施工中將隧道正上方開挖區(qū)域分26小塊進(jìn)行分塊開挖,對(duì)控制隧道變形意義重大。
(2)將分塊2開挖分為上行線隧道正上方(Ⅰ)、上下行隧道之間(Ⅱ)、下行線隧道正上方(Ⅲ)3個(gè)施工階段,各階段變形量分別為1.85mm、0.86mm和1.11mm。即在上行線隧道正上方進(jìn)行開挖時(shí),隧道變形量。
(3)在下行線隧道正上|考試|大|方(分塊2的第Ⅲ階段)施工時(shí),距離上行線隧道較遠(yuǎn),但其施工對(duì)上行線隧道產(chǎn)生的變形量大于分塊2的施工第Ⅱ階段所產(chǎn)生的變形。原因可能是由于階段Ⅲ分塊較多、施工周期較長。由此說明,選用合理的分塊寬度和施工周期,是控制施工中隧道變形的有效方式。
(4)在完成上行線隧道正上方①~⑦開挖塊后,放置了8個(gè)月進(jìn)行后續(xù)分塊的開挖,期間上行線隧道產(chǎn)生的變形為2.08mm。原因可能是基坑底板施工結(jié)束后,底板上砂袋壓重不夠,以致隧道在放置期間還產(chǎn)生持續(xù)的隆起變形。由此得出,在隧道上方進(jìn)行施工時(shí),必須堆壓相當(dāng)于被挖除土體重量的荷載,方可阻止隧道的進(jìn)一步隆起變形。
6 結(jié)論
通過對(duì)實(shí)際工程的分析可知,得出如下結(jié)論:
(1)本方案中針對(duì)性采用了坑底加固、運(yùn)營線路兩側(cè)進(jìn)行鉆孔灌注樁圍護(hù)等施工措施,有效地限制了施工過程中地鐵隧道的變形發(fā)展。
(2)基坑施工中采用分塊、分條的開挖方式,做到“平衡、”的原則,確保了隧道變形后的曲率半徑和相對(duì)變形滿足設(shè)計(jì)要求。分塊寬度和施工周期對(duì)施工變形的影響是矛盾的統(tǒng)一,施工中必須進(jìn)行合理布置和組織。
(3)每塊土方開挖結(jié)束澆筑底板后,必須及時(shí)堆壓與開挖土方量相當(dāng)?shù)暮奢d,對(duì)控制隧道回彈變形作用巨大。