论文部分内容阅读
摘要：成都地铁2号线中医学院站主体两端为深基坑盖挖顺作法施工、中间段暗挖下穿市政隧道。其中西端深基坑为不规则结构形式，基坑两侧紧邻两栋浅基础高层，施工难度大。本文主要针对西端基坑复杂的施工边界及约束条件，阐述深基坑施工与既有建筑物相互作用关系上所采用的技术对策与方法，以期为今后类似工程的施工提供参考和借鉴。
关键词：砂卵石地层；深基坑；浅基础高层建筑；相互作用
1工程概况
1.1深基坑结构形式及与高层位置关系
成都地铁2号线中医学院站(以下简称“车站”)位于成都市主干道蜀都大道与一环路交叉路口处，为2、4、5号线三线换乘车站。5号线位于站厅层，2、4号线“平行、双岛式、同站台”换乘。车站长298m、标准段宽41m（最大宽度约68m）。站厅层被一环路隧道分隔为东西两部分，站台层从隧道下方暗挖通过，5号线沿隧道两侧布置。车站纵向沿立交桥布置，桥桩即为车站中柱的一部分。
车站平面位置见图1。
图1中医学院站平面示意图
车站西端基坑受周围场地条件限制，设计为十边形不规则形状；结构断面型式为两层三跨、四跨和五跨三种；基坑深度约20m，顶板覆土约3.5m、纵向中线长度67.3m、宽度33~68m。
西端基坑围护结构形式为：人工挖孔桩+钢管和钢筋砼支撑。西端头及南北两侧局部为护壁咬合桩及密排桩，其余部位为间隔桩，桩长约24m，插入底板以下深度约4.0m。支撑体系：顶板为板撑，顶板预留口处采用钢管支撑，顶板以下三道钢筋砼支撑。
1.2工程地质及地下水情况
基坑范围内从上向下依次为杂填土、素填土及松散~密实卵石土层，卵石土层均匀性、自稳性差，易坍塌；卵石含量50~70%，粒径以20~80mm为主，部分粒径大于100mm，夹零星漂石，充填物以中砂、砾石为主。主体结构位于卵石土层。
站位处地下水主要为卵石层中的孔隙潜水，含水丰富，水位埋深2.5m。但卵石土层渗透系数大、渗透性强，降水容易。经降水后，基坑可在无水条件下施工。
1.3基坑施工方案
基坑处于立交桥下，为确保施工期间立交桥运营安全，基坑设计采用盖挖顺作法施工，顶板北半部分预留施工口。由于西端基坑开挖量较大（约15万方），单纯的预留口垂直起吊开挖效率较低，无法满足工期要求，经现场多次实测，在基坑南侧外挂处增设坡道和预留口各一处，辅助施工。
基坑开挖：顶板以上浅基坑受各类管线影响采用人工开挖，有条件的部位机械开挖，自卸汽车外运；顶板以下基坑分四层开挖，采用小型挖掘机开挖，内支撑“随挖随支”，预留口配龙门吊和坡道出碴，自卸汽车外运。
基坑开挖至底后，由下向上分层施作结构，并逐层拆除内支撑体系。
2基坑周边条件及相互作用关系分析
2.1基坑周边环境复杂
东侧：基坑围护桩与市政隧道围护桩间净距约2.1m，中间夹一直径1400mm供水砼管。市政隧道为单层双跨矩形结构，底板埋深约8.9m、顶板覆土0.5~1.6m。
西侧：距基坑8.5m为摸底河，河宽约18m、岸高约3.5m、水深1.0~3.0m（雨季排洪），河底未铺砌。由于地层渗透性强，河水向基坑内渗漏严重。
南侧：为地上33层、地下2层温哥华广场大楼，底板为2m厚筏板，埋深11m，与主体间净距5.6m（基坑外挂局部围护桩利用大楼地下室围护结构）。
北侧：为主楼9层框架结构、附属2层砖混豪阁商务酒店，1982年建，无地下室，基础为钢筋砼独立柱+钢筋砼地梁，埋深约4.3m。楼房基础距基坑约11m。
沿基坑纵向中部上方为已开通运营的立交桥（见图1），基坑开挖过程中将暴露桥桩。
2.2地质条件较差
⑴摸底河河水渗透：根据地质详勘资料以及附近其他建筑基坑的施工情況，本地区砂卵石地层降水效果较好，但本车站西端基坑临近摸底河，河底为天然砂卵石层，河水向基坑渗透情况严重。根据车站上方立交桥桩基施工经验，距河道8m处桩基挖孔至16m左右时遇水开挖困难，后改钻孔桩实施。西端基坑深度约20m，若不采取措施防止河水向基坑渗流，则基坑开挖将很难实施，也将危及基坑两侧建筑安全。
⑵降水易引起地层损失：本地区除表层约3~4m范围内为杂或素填土外，其余施工影响范围内为砂卵石地层，以卵石为主，充填物为中砂。降水实施过程中，地下水渗流时易携砂，造成坑外地层损失，严重时引起地表超量沉降或下陷，也不利于基坑周边建(构)筑物稳定。
2.3高层对深基坑施工的不利影响
⑴不对称受力：西端基坑南侧为33层温哥华广场、北侧为9层豪阁商务酒店，两楼房自重差异较大，且距离基坑均不超过7m。从宏观上讲，西端基坑南北两侧受楼房静载影响，处于较大程度的不平衡受力状态，且来自于两楼房静载引起的侧压力方向也不严格相对，加之基坑形状极不规则，使得两侧建筑对基坑的平衡受力和稳定极为不利。
⑵建筑基础浅，侧压力较大：西端基坑深度约20m，而温哥华广场基础埋深11m，处于车站基坑的腰部，侧压力较大，对基坑开挖安全极为不利；豪阁商务酒店基础埋深仅4.3m，更是处于基坑的上部。因此，基坑围护和内支撑体系必须具有足够的强度抵抗侧压力及其引起的基坑变形。而基坑开挖过程中也曾出现过内支撑轴力超标的情况。
2.4深基坑施工对高层安全的影响
深基坑施工对高层的不利影响主要是引起高层过大的差异沉降、倾斜和墙体开裂等。
⑴降水引起地层中砂的流失，易造成地层孔洞，进而导致地面建筑过大的差异沉降、倾斜和墙体开裂等。
⑵基坑开挖、砼支撑浇筑、结构施作、换撑、拆撑，工序转换多，加之降水影响，多次引起地层应力释放，土体产生水平位移或压缩，影响高层安全。
3技术对策、方法及效果
3.1原设计对策、方法
⑴预防降水引起的高层过大差异沉降和倾斜
在西端基坑与温哥华广场地下室之间施作一道旋喷桩止水帷幕（宽80cm、总长约75m，见图2），目的是降水过程中在止水帷幕两侧形成水头差，以减缓高层基础下地下水位下降速度，减弱降水对高层的影响。
图2温哥华广场处止水帷幕布置图
止水帷幕采用二重管高压旋喷注浆形成，注浆压力不小于20MPa，浆液采用抗渗性水泥浆，即在42.5级普通硅酸盐水泥中掺入2%～4%水玻璃，水泥浆水灰比1:!～1.5:1，水玻璃模数2.4～3.0，浓度30～45。
但实际降水过程中，帷幕内外并未形成较为明显的水头差。分析原因主要是砂卵石地层中止水帷幕施作的完整性较差，一是由于卵石的影响，旋喷局部有盲区；二是由于地下管线较多，钻机施作过程中需要避开管线，以致于无法形成连续完整的帷幕。
⑵弥补降水造成的地层损失，降低地层损失对高层的影响。
基坑开挖前，由地面向高层基础下施作袖阀管，预留后期注浆填充、加固条件。
①由地面向广场地下室底施作φ50mm袖阀管，钻孔轴线距离广场地下室围护桩外边线1m，钻孔倾斜角度18°，直径100mm，间距1000mm，钻孔长度约14m，深入地下室筏板基础下2m左右。见图2所示。
施工期间加强对广场大楼的监视监测，采用信息化施工，当沉降大于1mm/d或累计大于5mm，即利用袖阀管进行补充注浆，采用水泥+水玻璃双液浆，水玻璃浓度40、模数2.6，水玻璃与水泥体积比1:1。
②对豪阁商务酒店基础进行注浆加固，分两阶段进行：第一阶段在基坑施工前大楼基础下进行低压注浆预加固，第二阶段在基坑施工中通过监测适时补偿注浆。
采用袖阀管注浆：钻孔直径100mm，沿房屋基础纵向间距1.0m，钻孔深度约4m、角度22°，见图3所示。注浆水泥采用42.5普通硅酸盐水泥，水灰比0.6～1.5，注浆压力0.4～0.6MPa。实施过程中若注浆量过大或地面出现串浆冒浆时，改用水泥+水玻璃双液浆，水玻璃浓度40、模数2.6，水玻璃与水泥浆体积比1:1。
⑶抑制两侧高层静载差异对基坑的影响程度
围护桩加强、内支撑加强（但由于支撑跨度较大，轴力报警）、开挖“时空效应”控制
两侧高层静载差异对基坑的影响主要是产生数量和方向上不对等、不对称的侧压力，对基坑的平衡受力极为不利（尤其不规则基坑），易使基坑趋向于产生 “扭曲挤压”变形。因此，为改善西端基坑的不利状况，采取了以下措施：
①设置足够强度、刚度的围护桩和内支撑体系：靠高层侧围护结构为密排φ1200mm挖孔桩（主筋直径25mm），内支撑体系除盖挖顶板外另设置三道钢筋砼围檩和支撑。
图3豪阁商务酒店处注浆袖阀管布置平、剖示意
②设计合理的开挖步序，随挖随支。
③分段、分块实施换撑、拆撑等，严格控制受力体系转换。
④严格过程监控量测工作，密切关注基坑受力状态，异常情况时及时采取措施补救。
3.2变更补强对策、方法
⑴温哥华广场基础补充注浆加固
基坑开挖至温哥华广场基础标高过程中，大楼沉降值、差异沉降和倾斜值不断增大，已经超出控制值，反馈设计后，采取在基坑内以倾角10°向大楼基础下方施作双排钢花管（见图4），并注水泥浆补充加固地层。补充钢花管注浆可以起到两个作用：既可以补充加固地层，也可以起到一定的“棚架、支托”作用，抑制大楼沉降。
图4温哥华广场补充注浆钢花管布置平、剖面示意
⑵钢筋砼支撑补强
基坑开挖至温哥华广场基础以下约2m时，由于侧压力较大，第二道钢筋砼支撑轴力超出控制值，经与业主、设计等现场分析，采取了补强措施：在轴力超标的钢筋砼支撑上叠加钢管支撑补强。
5结束语
1、成都地铁2号线中医学院站在紧邻浅基础高层、富水砂卵石地层的深基坑施工中，采取了稳妥可靠的技术对策，确保了高层建筑的安全和工程的顺利实施，为今后类似工程提供了经验。
2、对临近基坑的高层建筑基础采取注浆预加固和根据监测过程中跟踪注浆是控制建筑物差异沉降、确保施工安全的重要手段。
3、在砂卵石地層中实施止水帷幕，受地下管线、构筑物及地层的影响，难以达到预想的效果。损失的弥补，技术上是可行的，也是。利用地下导洞施作钻孔灌注桩，是一种新的尝试，有助于解决修建地铁日益突出的施工与环境的干扰问题。
4、加强围护结构和内支撑体系是确保基坑安全的首要手段，也是最有效的手段。
参考文献：
[1]成都市建筑设计研究院．成都地区建筑地基基础设计规范．四川省质量技术监督局/四川省建设厅．四川省地方标准．DB51/T5026-2001．
[2]孙建华、刘昌用、杨来垠、黄泽金．临房超浅埋大跨度地下停车场暗挖施工新技术．铁道工程学报专刊．1994年．
[3]《铁路隧道喷锚构筑法技术规则》，中华人民共和国行业标准，TBJ-92,1992,北京。
[2]吴波．隧道施工安全风险管理研究与实务．中国铁道出版社．北京：2010：7．ISBN 978-7-113-11409-1．
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：砂卵石地层；深基坑；浅基础高层建筑；相互作用
1工程概况
1.1深基坑结构形式及与高层位置关系
成都地铁2号线中医学院站(以下简称“车站”)位于成都市主干道蜀都大道与一环路交叉路口处，为2、4、5号线三线换乘车站。5号线位于站厅层，2、4号线“平行、双岛式、同站台”换乘。车站长298m、标准段宽41m（最大宽度约68m）。站厅层被一环路隧道分隔为东西两部分，站台层从隧道下方暗挖通过，5号线沿隧道两侧布置。车站纵向沿立交桥布置，桥桩即为车站中柱的一部分。
车站平面位置见图1。
图1中医学院站平面示意图
车站西端基坑受周围场地条件限制，设计为十边形不规则形状；结构断面型式为两层三跨、四跨和五跨三种；基坑深度约20m，顶板覆土约3.5m、纵向中线长度67.3m、宽度33~68m。
西端基坑围护结构形式为：人工挖孔桩+钢管和钢筋砼支撑。西端头及南北两侧局部为护壁咬合桩及密排桩，其余部位为间隔桩，桩长约24m，插入底板以下深度约4.0m。支撑体系：顶板为板撑，顶板预留口处采用钢管支撑，顶板以下三道钢筋砼支撑。
1.2工程地质及地下水情况
基坑范围内从上向下依次为杂填土、素填土及松散~密实卵石土层，卵石土层均匀性、自稳性差，易坍塌；卵石含量50~70%，粒径以20~80mm为主，部分粒径大于100mm，夹零星漂石，充填物以中砂、砾石为主。主体结构位于卵石土层。
站位处地下水主要为卵石层中的孔隙潜水，含水丰富，水位埋深2.5m。但卵石土层渗透系数大、渗透性强，降水容易。经降水后，基坑可在无水条件下施工。
1.3基坑施工方案
基坑处于立交桥下，为确保施工期间立交桥运营安全，基坑设计采用盖挖顺作法施工，顶板北半部分预留施工口。由于西端基坑开挖量较大（约15万方），单纯的预留口垂直起吊开挖效率较低，无法满足工期要求，经现场多次实测，在基坑南侧外挂处增设坡道和预留口各一处，辅助施工。
基坑开挖：顶板以上浅基坑受各类管线影响采用人工开挖，有条件的部位机械开挖，自卸汽车外运；顶板以下基坑分四层开挖，采用小型挖掘机开挖，内支撑“随挖随支”，预留口配龙门吊和坡道出碴，自卸汽车外运。
基坑开挖至底后，由下向上分层施作结构，并逐层拆除内支撑体系。
2基坑周边条件及相互作用关系分析
2.1基坑周边环境复杂
东侧：基坑围护桩与市政隧道围护桩间净距约2.1m，中间夹一直径1400mm供水砼管。市政隧道为单层双跨矩形结构，底板埋深约8.9m、顶板覆土0.5~1.6m。
西侧：距基坑8.5m为摸底河，河宽约18m、岸高约3.5m、水深1.0~3.0m（雨季排洪），河底未铺砌。由于地层渗透性强，河水向基坑内渗漏严重。
南侧：为地上33层、地下2层温哥华广场大楼，底板为2m厚筏板，埋深11m，与主体间净距5.6m（基坑外挂局部围护桩利用大楼地下室围护结构）。
北侧：为主楼9层框架结构、附属2层砖混豪阁商务酒店，1982年建，无地下室，基础为钢筋砼独立柱+钢筋砼地梁，埋深约4.3m。楼房基础距基坑约11m。
沿基坑纵向中部上方为已开通运营的立交桥（见图1），基坑开挖过程中将暴露桥桩。
2.2地质条件较差
⑴摸底河河水渗透：根据地质详勘资料以及附近其他建筑基坑的施工情況，本地区砂卵石地层降水效果较好，但本车站西端基坑临近摸底河，河底为天然砂卵石层，河水向基坑渗透情况严重。根据车站上方立交桥桩基施工经验，距河道8m处桩基挖孔至16m左右时遇水开挖困难，后改钻孔桩实施。西端基坑深度约20m，若不采取措施防止河水向基坑渗流，则基坑开挖将很难实施，也将危及基坑两侧建筑安全。
⑵降水易引起地层损失：本地区除表层约3~4m范围内为杂或素填土外，其余施工影响范围内为砂卵石地层，以卵石为主，充填物为中砂。降水实施过程中，地下水渗流时易携砂，造成坑外地层损失，严重时引起地表超量沉降或下陷，也不利于基坑周边建(构)筑物稳定。
2.3高层对深基坑施工的不利影响
⑴不对称受力：西端基坑南侧为33层温哥华广场、北侧为9层豪阁商务酒店，两楼房自重差异较大，且距离基坑均不超过7m。从宏观上讲，西端基坑南北两侧受楼房静载影响，处于较大程度的不平衡受力状态，且来自于两楼房静载引起的侧压力方向也不严格相对，加之基坑形状极不规则，使得两侧建筑对基坑的平衡受力和稳定极为不利。
⑵建筑基础浅，侧压力较大：西端基坑深度约20m，而温哥华广场基础埋深11m，处于车站基坑的腰部，侧压力较大，对基坑开挖安全极为不利；豪阁商务酒店基础埋深仅4.3m，更是处于基坑的上部。因此，基坑围护和内支撑体系必须具有足够的强度抵抗侧压力及其引起的基坑变形。而基坑开挖过程中也曾出现过内支撑轴力超标的情况。
2.4深基坑施工对高层安全的影响
深基坑施工对高层的不利影响主要是引起高层过大的差异沉降、倾斜和墙体开裂等。
⑴降水引起地层中砂的流失，易造成地层孔洞，进而导致地面建筑过大的差异沉降、倾斜和墙体开裂等。
⑵基坑开挖、砼支撑浇筑、结构施作、换撑、拆撑，工序转换多，加之降水影响，多次引起地层应力释放，土体产生水平位移或压缩，影响高层安全。
3技术对策、方法及效果
3.1原设计对策、方法
⑴预防降水引起的高层过大差异沉降和倾斜
在西端基坑与温哥华广场地下室之间施作一道旋喷桩止水帷幕（宽80cm、总长约75m，见图2），目的是降水过程中在止水帷幕两侧形成水头差，以减缓高层基础下地下水位下降速度，减弱降水对高层的影响。
图2温哥华广场处止水帷幕布置图
止水帷幕采用二重管高压旋喷注浆形成，注浆压力不小于20MPa，浆液采用抗渗性水泥浆，即在42.5级普通硅酸盐水泥中掺入2%～4%水玻璃，水泥浆水灰比1:!～1.5:1，水玻璃模数2.4～3.0，浓度30～45。
但实际降水过程中，帷幕内外并未形成较为明显的水头差。分析原因主要是砂卵石地层中止水帷幕施作的完整性较差，一是由于卵石的影响，旋喷局部有盲区；二是由于地下管线较多，钻机施作过程中需要避开管线，以致于无法形成连续完整的帷幕。
⑵弥补降水造成的地层损失，降低地层损失对高层的影响。
基坑开挖前，由地面向高层基础下施作袖阀管，预留后期注浆填充、加固条件。
①由地面向广场地下室底施作φ50mm袖阀管，钻孔轴线距离广场地下室围护桩外边线1m，钻孔倾斜角度18°，直径100mm，间距1000mm，钻孔长度约14m，深入地下室筏板基础下2m左右。见图2所示。
施工期间加强对广场大楼的监视监测，采用信息化施工，当沉降大于1mm/d或累计大于5mm，即利用袖阀管进行补充注浆，采用水泥+水玻璃双液浆，水玻璃浓度40、模数2.6，水玻璃与水泥体积比1:1。
②对豪阁商务酒店基础进行注浆加固，分两阶段进行：第一阶段在基坑施工前大楼基础下进行低压注浆预加固，第二阶段在基坑施工中通过监测适时补偿注浆。
采用袖阀管注浆：钻孔直径100mm，沿房屋基础纵向间距1.0m，钻孔深度约4m、角度22°，见图3所示。注浆水泥采用42.5普通硅酸盐水泥，水灰比0.6～1.5，注浆压力0.4～0.6MPa。实施过程中若注浆量过大或地面出现串浆冒浆时，改用水泥+水玻璃双液浆，水玻璃浓度40、模数2.6，水玻璃与水泥浆体积比1:1。
⑶抑制两侧高层静载差异对基坑的影响程度
围护桩加强、内支撑加强（但由于支撑跨度较大，轴力报警）、开挖“时空效应”控制
两侧高层静载差异对基坑的影响主要是产生数量和方向上不对等、不对称的侧压力，对基坑的平衡受力极为不利（尤其不规则基坑），易使基坑趋向于产生 “扭曲挤压”变形。因此，为改善西端基坑的不利状况，采取了以下措施：
①设置足够强度、刚度的围护桩和内支撑体系：靠高层侧围护结构为密排φ1200mm挖孔桩（主筋直径25mm），内支撑体系除盖挖顶板外另设置三道钢筋砼围檩和支撑。
图3豪阁商务酒店处注浆袖阀管布置平、剖示意
②设计合理的开挖步序，随挖随支。
③分段、分块实施换撑、拆撑等，严格控制受力体系转换。
④严格过程监控量测工作，密切关注基坑受力状态，异常情况时及时采取措施补救。
3.2变更补强对策、方法
⑴温哥华广场基础补充注浆加固
基坑开挖至温哥华广场基础标高过程中，大楼沉降值、差异沉降和倾斜值不断增大，已经超出控制值，反馈设计后，采取在基坑内以倾角10°向大楼基础下方施作双排钢花管（见图4），并注水泥浆补充加固地层。补充钢花管注浆可以起到两个作用：既可以补充加固地层，也可以起到一定的“棚架、支托”作用，抑制大楼沉降。
图4温哥华广场补充注浆钢花管布置平、剖面示意
⑵钢筋砼支撑补强
基坑开挖至温哥华广场基础以下约2m时，由于侧压力较大，第二道钢筋砼支撑轴力超出控制值，经与业主、设计等现场分析，采取了补强措施：在轴力超标的钢筋砼支撑上叠加钢管支撑补强。
5结束语
1、成都地铁2号线中医学院站在紧邻浅基础高层、富水砂卵石地层的深基坑施工中，采取了稳妥可靠的技术对策，确保了高层建筑的安全和工程的顺利实施，为今后类似工程提供了经验。
2、对临近基坑的高层建筑基础采取注浆预加固和根据监测过程中跟踪注浆是控制建筑物差异沉降、确保施工安全的重要手段。
3、在砂卵石地層中实施止水帷幕，受地下管线、构筑物及地层的影响，难以达到预想的效果。损失的弥补，技术上是可行的，也是。利用地下导洞施作钻孔灌注桩，是一种新的尝试，有助于解决修建地铁日益突出的施工与环境的干扰问题。
4、加强围护结构和内支撑体系是确保基坑安全的首要手段，也是最有效的手段。
参考文献：
[1]成都市建筑设计研究院．成都地区建筑地基基础设计规范．四川省质量技术监督局/四川省建设厅．四川省地方标准．DB51/T5026-2001．
[2]孙建华、刘昌用、杨来垠、黄泽金．临房超浅埋大跨度地下停车场暗挖施工新技术．铁道工程学报专刊．1994年．
[3]《铁路隧道喷锚构筑法技术规则》，中华人民共和国行业标准，TBJ-92,1992,北京。
[2]吴波．隧道施工安全风险管理研究与实务．中国铁道出版社．北京：2010：7．ISBN 978-7-113-11409-1．
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。