深大基坑对地铁损伤影响管理探讨

2022-09-21 16:46:33 来源:写作指导

摘要:以某软土地层深大基坑项目为例,首先介绍了该项目在实施过程中的情况,并针对存在的问题制定出解决措施,最后总结了该项目实施过程中的不足,如采取合适的基坑围护结构、及时复核监测数据等,以供参考。

关键词:深大基坑;软土地层;地铁

1项目情况

1.1基坑简介

某项目基坑形状大体呈三角形,边长400m,地下室采用钻孔灌注桩基础形式。基坑分住宅部分(一期)和商业部分(二期及其连接通道、三期、四期和五期),靠近地铁一侧商业部分下设3层地下室,形状不规则,平面尺寸约360m×130m,开挖深度15.6~17.4m,局部坑中坑深23.0m。地铁侧基坑分二期、三期、四期实施,其中临近地铁车站的二期基坑围护体系采用Φ800mm钻孔灌注桩+三道钢筋混凝土内支撑,止水帷幕为850mm直径三轴搅拌桩,标准全段面套打;临近地铁区间盾构隧道的三期、四期基坑围护体系采用800mm厚地连墙+三道钢筋混凝土内支撑隔离桩。二期围护距离地铁车站最近约13.2~19.3mm,三期、四期围护距离地铁隧道最近约14.6m。

1.2临近地铁设施情况

临近车站主体结构:地铁站房为地下2层的钢筋混凝土箱型框架结构,站房顶部埋深约2.5m,站房底埋深为15~17m。临近车站附属结构包括通风房、D出入口、紧急出口、站房指挥室、B3出入口等,均为地下1层钢筋混凝土箱型框架结构。临近区间盾构隧道内径5500mm,外径6200mm,错缝拼装,壁厚350mm,环宽1.2m。

1.3项目所属地质情况

区间盾构隧道主要位于隧道位于4-1层砂质粉土和4-3层砂质粉土,车站位置局部含4-2淤泥质粉质黏土层。坑底位置主要位于4-3层砂质粉土和5层粉砂夹砂质粉土层。基坑地铁侧地质土层较均匀,地下室基坑影响范围内以粉土为主,坑底以下约3m为淤泥质土层,连接通道基坑底以下为3-3粉砂夹粉土。隧道底接近4-2淤泥质粉质黏土层。车站主体结构底板底为4-2淤泥质粉质黏土层,附属结构底板底为3-3粉砂夹粉土层。由于场地不存在渗透性良好的含水层,也没有明显的相对隔水层,故未考虑承压水问题。

2项目实施过程情况

1)预评估。项目在设计阶段,项目单位委托专业评估单位对项目施工对地铁结构的影响进行了安全预评估,组织地铁设施影响预评估报告专项论证并提出了相关保护要求:施工引起地铁隧道沉降≤10mm,水平位移≤5mm,隧道断面收敛<10mm。2)二期基坑施工过程发生渗漏事故。二期基坑从开挖-4.100m以下土方开始(2015年6月),基坑周边止水帷幕出现了大范围止水帷幕渗漏情况,北侧围挡出现了多处沉降。市政雨水管破裂、大量泥水涌入。开挖至-16.000m标高时(2015年8月),坑壁出现漏泥现象,基坑底部多处出现了管涌现象。3)事故后果。车站附属结构与车站结构存在较大的差异沉降,且与车站存在较大错台,接缝增大,导致结构接缝渗漏水并伴有泥沙渗入。区间盾构隧道发生涌水冒砂现象,轨道几何小范围调整。通过监测单位人工复测地铁结构监测基准点后,发现基准点下沉,监测数据未及时反映地铁结构变形情况,导致地铁结构监测数据进行人工修正,相关监测数据突变至较大数值。

3项目实施过程中的管理措施

3.1二期、三期基坑施工期间

围护渗漏事故发生后,地铁结构监测数据稳定(实际基准点未及时复测,未发现基准点沉降),未对该事估发生的后果提供及时的数据支撑。地铁结构变形缓慢,未发现渗漏水等病害增加。在此期间针对基坑围护进行高压旋喷桩止水帷幕补漏,并对坑底涌水召开多次专家会和坑底降水开挖讨论会,会商处理措施,但措施未有成效,基坑开挖分层分块措施失效,开挖缓慢,基坑整体暴露。地铁结构沉降持续发生,据发生渗漏事故约2个月后,临近的附属结构出入口约车站发生较大错台,并伴随渗漏水及冒砂,遂发现地铁结构存在较大变形。采取的相关措施有:①紧急加密监测相邻附属结构的沉降情况;②复测地铁结构监测基准点;③紧急对渗漏水及冒砂接缝进行堵漏注浆;④加快完成二期、三期基坑封底;⑤四期基坑增加中间分隔桩将四期基坑分四期、五期实施(四期实施在前,需重新进行四期的安全预评估)。

3.2五期基坑实施前

二期基坑、三期基坑、四期基坑完成之后,地铁结构整体变形较大,结构病害增加,对地铁运营造成风险。绝对收敛超过60mm,最大值70mm,裂缝增加,渗漏水增加。事故发生后地铁隧道病害与初始状态对比如表1所示。按照相关标准要求,绝对收敛>60mm,裂缝宽度>0.4mm,结构处于不利的变形状态,为避免结构进入塑性变形阶段,需提前进行结构加固。但项目尚需进行五期实施,五期实施不可避免将继续增大地铁结构变形,预先针对隧道变形采取措施改善隧道变形(隧道收敛、沉降),盾构结构受力处于安全状态,可为后续五期施工提供条件。遂采用隧道外微扰动注浆纠偏工艺,该工艺采用有序可控的双液微扰动注浆对隧道两侧土体进行填充,提高隧道周边土体强度和刚度,增加隧道侧向抗力,可改善隧道受力状态,实现对隧道变形的有效遏制和改善[1]。微扰动注浆整体控制要求:微扰动注浆设计已超过60mm收敛管片作为整治对象,整治目标将盾构绝对收敛降低至55mm。微扰动注浆的实施结果如图1~2所示。隧道微扰动注浆整治后,五期对应位置的盾构隧道收敛变形明显减小。

3.3五期实施后

五期实施后,由图1~2可知,隧道变形依然加剧。主要原因有以下方面:五期外挂区距离隧道近(14.5m);基坑狭长,整体施工分坑实施时间长;对撑支点远离隧道侧为大坑换撑支点,较薄弱。在此前提下,针对五期实施的安全评估及施工方案的审查将后续控制要点及地铁隧道的控制标准提出了较为严格的要求。

4项目实施总结

项目实施完成后,针对地铁隧道及车站的损伤进行了永久性修复,花费较高。纵观整个项目实施,因对地铁的影响,使得整个项目在成本上、工期、社会效益均造成比较负面的影响。究其原因,技术上:一是在设计时未采取针对性的围护方案;二是在施工过程中未严格按照基坑的“时空效应”及时完成基坑施工,从而导致基坑围护渗漏、“晾坑”,另一方面监测未能及时复核基准控制点,导致监测缺失,无法及时反映基坑以及周边地铁的变形情况,破坏性表征出现后才采取相关措施,而在技术之外,从项目立项时未能对项目进行有效的安全风险分析,涉及地铁的安全评估流于形式,未能及时发现基坑围护存在的问题,无有效的措施准备,上述种种才导致地铁结构变形未能及时控制和处置。

4.1采取合适的基坑围护结构

针对地铁结构状况、地质情况、相互关系采取合适的基坑围护结构是整个项目成败的前提条件[2]。本项目在地铁边近距离进行深基坑施工,未能考虑围护桩间土在施工过程中的流失以及三轴搅拌桩施工局限性(止水深度较深时不能有效闭合止水帷幕),导致地铁车站一侧周边的围护一定程度失效,未能控制项目与车站结构间的水土损失。在软土富水地层地铁近距离的深基坑围护应采用刚度高、止水效果好的地下连续墙,并辅以可靠的止水帷幕如TRD(Trench-Cutting&Re-mixingDeepWallMethod,混合搅拌壁式地下连续墙施工法)等围护措施,方能有效控制地层应力损失。

4.2监测数据的及时复核非常有必要

软土地层大型基坑开挖导致的地层变形按正常的监测断面,可能无法反馈整个影响的范围,影响的范围尤其在维护渗漏的情况下可能尤其大,因此,对监测基准点进行及时复核,有助于及时发现监测数据问题和基坑存在的问题,进而对周边的影响有一个清晰的判断。在地铁保护区内的基坑项目,需按一定时间复核基准点,对于周边影响的监测比如地铁监测更需要经常性复核。

4.3当地铁安全和项目实施存在冲突时,应保证地铁安全

项目实施过程中的重大安全问题需要项目自身克服解决,本项目对地铁造成重大影响之后,后续实施无法完全确保地铁的结构安全和运营安全,此时,舍弃或部分舍弃后续实施内容对于项目已经是一个必要的考量。通过基坑减层或其他项目规划措施降低后续影响,并辅助以必要的地铁整治,最大限度挽救项目成果是对地铁造成重大影响项目的管理思路。

4.4以控制变形最小作为地铁保护的管理思路

地铁本身的结构损伤不可逆,整治并不能解决隧道损伤,应以控制变形最小作为地铁保护的管理思路。本项目虽然通过实施微扰动注浆的方式控制并减小了隧道的径向收敛值,改善了隧道的受力结构,但其混凝土结构本身并不能将复原修复,影响结束后的钢环加固辅助加固措施对于隧道耐久性也不利,目前尚无结构修复技术,因此,控制最小变形就是地铁保护的唯一思路。在整个项目从设计、施工均应以这一思路进行管理。

4.5隧道修复中主要矛盾和次要矛盾的解决思路

项目对地铁隧道的影响表现在隧道的收敛、沉降以及渗漏裂缝等表观病害、地铁车站及附属结构的不均匀沉降,在修复决策中应明确首要解决的问题。保证地铁的安全运营的唯一的考量目标,因此,在项目执行修复过程中,首先要解决影响安全运营的主要表现因素,影响行车安全的视为第一需要解决的问题,隧道的沉降导致行车线形问题的应首先解决,出入口不均匀沉降影响乘客进出需要优先解决,最后进行结构加强处置。

4.6项目经济指标策划之前充分认识项目对地铁的影响

地铁保护区项目在实施规划阶段应充分认识本地区地铁保护的特点,地下工程建设指标盲目,最终不一定能取得满意的回报率。本项目除了进行结构减层之外,还需对地铁进行修复,期间还进行方案讨论、事件分析,这些工作需要花费大量的时间和金钱,项目的工期一拖再拖。从经济型来说极其不划算(保守估计项目损失约2亿元),在社会影响上也很坏(地铁限速运行)。所以地下部分的建设指标设置前应进行必要的数值分析、风险分析,并适当按较坏的结果去考量。5结束语地铁保护区内深基坑施工有别于一般深基坑,需要深刻认识地铁的影响以及地铁运营的相关要求,在风险分析手段基础上,仔细筹划建设指标、基坑围护方案、施工措施等,方能促使项目成功完成。

参考文献:

[1]王如路,陈颖,任洁,等.微扰动注浆技术在运营隧道病害治理及控制中的应用[C]//中国土木工程学会隧道及地下工程分会防水排水专业委员会.中国土木工程学会隧道及地下工程分会防水排水专业委员会第十六届学术交流会论文集.2013.

[2]边亦海.基于风险分析的软土地区深基坑支护方案选择[D].上海:同济大学,2006.

作者:赵俊侠 单位:浙江省建筑设计研究院