地鐵深基坑開挖安全施工實例分析

1、地鐵深基坑開挖安全施工實例分析某工程地下室基坑挖深較大,其 采用地下連續(xù)墻圍護(hù)加五道水平布置的鋼筋混凝土支撐支護(hù)的方案施工。 實施后的監(jiān)測表明 ,該種方案適用于繁華商業(yè)區(qū)尤其是鄰近地鐵等重要地下工程的軟弱土地基深基坑開挖施工。關(guān)鍵詞 : 深基坑 ; 鄰近地鐵 ; 圍護(hù)與支護(hù); 信息化 ; 施工監(jiān)測某工程位于上海市繁華商業(yè)地段,鄰近黃陂南路站,廣場分南北兩塊,沿淮海路南北各建一棟相似的高級商業(yè)寫字樓。 其中南塊主樓38 層 ,地下3層,該地塊南北長約80m,東西長約70m,面積約5800m2,主樓基坑挖深14m,群樓12.6m,電梯井部分挖深達(dá)17m。由于建筑物周邊都十分接近規(guī)劃紅線，周邊建筑及

2、地下管線對因工程基坑開挖引起地層變形移動影響十分敏感,特別基坑北面（沿淮海路 ） 臨近地鐵，最小距離僅3.8m,最大處也僅距8m,而地鐵隧道因開挖施工引起其位移要求小于2cm,從而基坑圍護(hù)與開挖支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計選型及安全實施就成為首要問題。也就是說 ,如何確?；又苓呍薪ǎ?gòu)）筑物、地下管線,尤其是地鐵的安全就成為了關(guān)鍵。1 地下室開挖的圍護(hù)及支護(hù)結(jié)構(gòu)本地下室位于總厚達(dá)40m 多的淤泥質(zhì)土之中,結(jié)合本工程的特點,經(jīng)多方案比較,決定基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用80cm 厚地下連續(xù)墻,而支護(hù)結(jié)構(gòu)則為 五道鋼筋混凝土水平支撐的總體方案。 經(jīng)驗算 ,可以滿足結(jié)構(gòu)變形和穩(wěn)定要求。確保地下室開挖施工產(chǎn)生的地體位移不致于

3、影響地鐵的正常運行、 周邊道路、 建筑物及各種地下 管線的正常使用。1.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻由單幅面寬為 6m 的矩形槽段澆筑而成,墻深沿淮海路 （ 臨近地鐵 ）一側(cè)為26m,其余三側(cè)為23.6m,其強(qiáng)度等級為c35, i、ii級筋，地下連續(xù)墻分段縱 向接頭型式為鎖口管,頂部現(xiàn)澆鋼筋混凝土帽梁,連成整體以增強(qiáng)整體剛度。1.2 支護(hù)結(jié)構(gòu)基坑內(nèi)沿深度方向設(shè)置五道鋼筋混凝土支撐，強(qiáng)度等級為c30,添加早強(qiáng)劑。 支撐的中心標(biāo)高自上而下依次為：-0.6m、-3.5m、-6.4m、-9.5m、-13.1m。在平面 上 ,整個基坑采用邊角框架支撐,以斜撐為主,中部留出挖土操作空間。支撐梁的截面為1200x

4、600及1600x6002種;圍楝的截面為1600600及12006002種,頂圈梁(第1道圍楝)截面為1100600。立柱用160m60m6角鋼500300m2鋼板焊接 組成 ,柱底為鉆孔灌注樁。除此之外 ,為確保鄰近地鐵安全運行,在基坑內(nèi)四周采用深層攪拌樁,以增加基坑內(nèi)土體被動土壓力，即制連續(xù)墻底腳變形。攪拌樁加固深至基坑底下5m,加固寬 度為 8m。2 基坑降水本工程地下水位較高，約為-0.5m,開挖范圍位于淤泥質(zhì)土體內(nèi)，含水量大，施工必須事前采取降水措施,因基坑圍護(hù)是采用地下連續(xù)墻,具有較好的檔水和抗?jié)B性能。結(jié)合實際情況，決定采用深井井點降水。平面布置按10m左右半徑排列，井深 考慮降

5、水曲線于基坑底以下1m左右，因而共布置23根19m深管徑為250mm的 降水深井井點。3 基坑開挖由于挖深大而支撐層數(shù)多 ,根據(jù)本地下室的特點 ,經(jīng)綜合考慮,決定采用的挖土方案為:(1)以挖土機(jī)為主,充分利用中間沒有支撐結(jié)構(gòu)的部分(前期作為挖土操作平臺 ,后期作為挖土機(jī)械的作業(yè)區(qū) );(2) 由于上下層支撐間距小,需大量使用人工挖土 ;(3)后期利用第一道支撐在其上搭設(shè)鋼構(gòu)平臺,利用輕型的22m 臂長抓土機(jī)及9m 臂長挖土機(jī)在平臺上作業(yè),配合克林吊在基坑四周抓土;(4) 每道支撐按結(jié)構(gòu)分區(qū)施工 ,挖土同樣分區(qū)開挖,對于靠近地鐵的鋼筋混凝土支撐,特別強(qiáng)調(diào)需在支撐位置挖土完成后48h 內(nèi)澆搗完成。

6、同時為提高支撐早期強(qiáng)度及縮短工期,在支撐砼內(nèi)使用早強(qiáng)劑。基坑土方開挖的原則是 “先支撐后開挖,分層分區(qū)開挖。”在監(jiān)測數(shù)據(jù)的指導(dǎo)下將基坑土體分5 層施工作業(yè):第 1 層自北向南,大面積后退挖土,并及時將土運走,陸續(xù)構(gòu)筑第1 道鋼筋混凝土支撐;第2層挖土?xí)r,需待第一道支撐砼強(qiáng)度達(dá)到 70%,并按平面對稱劃分6 個區(qū)按分區(qū)進(jìn)行挖土,及時按區(qū)構(gòu)筑第2 道鋼筋混凝土支撐 ;在第 2 道支撐達(dá)到70%強(qiáng)度時進(jìn)行第3層挖土 ,利用中區(qū)土平以臺作挖運平臺 ,同樣按分區(qū)進(jìn)行挖土,及時性地構(gòu)筑第3道鋼筋混凝土支撐;第 3道支撐達(dá)到 70%強(qiáng)度時進(jìn)行第 4層挖土,還是利用中部挖運平臺,分區(qū)進(jìn)行基坑土挖運, 當(dāng)南向裙

7、樓底板標(biāo)高達(dá)到 ,則先清理該項部分基底及時澆搗該部分底板,再陸續(xù)構(gòu)筑第4道支撐 ;在第 4 道支撐砼強(qiáng)度達(dá)到70%時,進(jìn)行第5層挖土施工,在第1 道支撐上搭設(shè)鋼平臺 ,將中區(qū)土平臺挖除, 并利用克林吊在基坑四周配合抓土,加快挖土進(jìn)度,當(dāng)基底標(biāo)高達(dá)到時及時清理澆搗西側(cè)、 北側(cè)兩塊地庫底板,再陸續(xù)構(gòu)筑電梯井部分的第5道支撐 ,同樣電梯井部分基坑土挖運及底板澆筑同上方法施工。4 施工監(jiān)測為盡可能減少基坑挖土對基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及其周圍環(huán)境（特別是地鐵）造成的不利影響 ,及時掌握的工作情況,確保施工安全,在整個施工中實施信息化監(jiān)測施工。在地下連續(xù)墻內(nèi)埋設(shè)測斜管以監(jiān)測各種情況下墻體的側(cè)向變形,并在地下連續(xù)墻背

8、后埋設(shè)土壓力盒;在每道支撐內(nèi)沿軸向埋設(shè)鋼筋應(yīng)力傳感器以監(jiān)測支撐軸力的變化;在地鐵上行線隧道內(nèi)設(shè)置準(zhǔn)測點以監(jiān)測地鐵隧道的水平位移、垂直沉降變化 ;另外 ,對四周環(huán)境及地下管線也進(jìn)行沉降觀測。4.1 實測情況根據(jù)實測數(shù)據(jù),基本上可以分為 4 個階段 :開始挖土至完成第 2 道支撐底挖土;至第 3 道支撐完成;至第4 道支撐完成;至底板澆筑完成。（1）地下連續(xù)墻的位移實測結(jié)果表明,地下連續(xù)墻的最大位移都集中出現(xiàn)在第3階段。整個地下連續(xù)墻出現(xiàn)的最大位移位于沿黃陂路一側(cè)（西側(cè)）的i14號測管（第3階段,41.3mm）,沿淮海路（臨近地鐵即北側(cè)）一側(cè)是19.2mm（ ii6號測管，第3階 段）。 其結(jié)果與

9、相鄰的北塊相似,淮海路一側(cè)連續(xù)墻變形較小,有利于控制地鐵隧道的水平位移。沿淮海路連續(xù)墻變形小的原因是由于地鐵隧道施工時曾對地基土進(jìn)行了加固處理 ,同時亦因香港廣場北塊與南塊同時施工,處于對稱平衡狀態(tài)。（2）地下連續(xù)墻后土體的位移根據(jù)實測數(shù)據(jù),可以歸納出這樣的一個規(guī)律:連續(xù)墻與其后土體位移的變化規(guī)律是一致的,而數(shù)值上則是土體大于連續(xù)墻。整個基坑出現(xiàn)的最大墻后土體位移與連續(xù)墻一樣，位于沿黃陂路55.5mm（與ii4緊鄰的 eii孔，第3階段），而沿淮海路一側(cè)的最大土體位移則是 34.8mm（與15相鄰的e10 孔,第 3 階段 ）。（3）支撐軸力第 1 道支撐在第 1、 2、 5 層挖土?xí)r其軸力值

10、較高,均在 4000kn上下 ,而在下面每道支撐完成時（第 2、 3、 4 道 ） 均會顯示其軸力監(jiān)測值下降（降至 22003500kn）。第 2 道支撐軸力在5500kn 左右 ,第 3 道支撐軸力則為 5000kn 上下。所監(jiān)測到的軸力較為穩(wěn)定、合理,其值均小于設(shè)計值。也就是支護(hù)結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定,確保了圍護(hù)結(jié)構(gòu)連續(xù)墻的位移在預(yù)想的允許值內(nèi)。(4)地鐵隧道內(nèi)監(jiān)測經(jīng)測試 ,隧道的最大沉降值,施工的第 1 階段為 -2.1mm,第2階段為2.29mm,第3階段為6.07mm,第4階段為4.20mm(至完成地下室底板 時沉降觀測值為-0.4mm)。在地下室底板完成后沉降量趨于漸小，2個月后其沉降 觀測

11、值已接近于開挖前的數(shù)值; 隧道的最大水平位移值,施工的第1 階段為 -0.5mm,第2階段為-3.0mm,第3階段為-6.5mm,第4階段達(dá)到-8.5mm。在地庫底板完成后， 由于土體的滯后變形,隧道的水平位移仍有微量的增加 ,但同沉降值一樣很快就趨于很小。具沉降及水平位移值均小于地鐵公司的報警值(沉降10mm、水平20mm)04.2 對測試結(jié)果的體會(1)地下連續(xù)墻在整個施工過程中變化較小,說明圍護(hù)及支護(hù)結(jié)構(gòu)體系穩(wěn)定性好 ,因而整個施工對周圍建(構(gòu))筑物及管線等的影響較小。(2)連續(xù)墻與其后土體水平位移相匹配,土體位移值較大;土體沉降值隨層深增加而變小 ,下部深層土體有上抬趨勢,與地鐵隧道后期上抬相吻。(3)鄰近建筑物通過觀測,其傾斜約為1.5/2000,傾角0.043 ,傾斜甚小,說明基坑開挖引起的不均衡沉降較小。(4)隨著基坑的開挖施工,鄰近的地鐵隧道開始時下沉,后期則上抬。這是由于前期基坑上部周邊土體側(cè)移而后期則因淺層土體側(cè)移較大而形成應(yīng)力釋放,促使隧道上抬。相信待地下室工程完成后,則地鐵隧道將逐漸恢復(fù)常態(tài)。(5)由于基坑緊鄰地鐵隧道,盡管隧道的位移值是控制的最重要目