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北京，上海和廣州辦事處相繼成立以應(yīng)付這兩個(gè)地區(qū)的大陸項(xiàng)目，這兩個(gè)地區(qū)許多資源被利用于不同的項(xiàng)目。其中上海大中里改造項(xiàng)目工程也是我們公司的項(xiàng)目之一。以下是上海大中里改造項(xiàng)目資料，資料來源于基礎(chǔ)工程網(wǎng)。
運(yùn)營地鐵隧道上方的基坑工程施工及隔振技術(shù)的應(yīng)用
摘要：上海大中里項(xiàng)目工程的46#地塊北部樓工程位于運(yùn)營中的軌交2號(hào)線南京西路至人民廣場(chǎng)區(qū)間隧道正上方，基坑挖土深度最深處達(dá)4.55 m。根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算分析，若不采取特殊的設(shè)計(jì)、施工措施，施工過程中引起的隧道變形，將會(huì)嚴(yán)重影響地鐵的安全運(yùn)營。針對(duì)該情況，參建各方從設(shè)計(jì)、施工、隔震和監(jiān)測(cè)等各方面進(jìn)行了分析、研究和實(shí)施，既取得了良好的工程實(shí)效，又確保了地鐵運(yùn)營隧道的安全。
關(guān)鍵詞：地鐵隧道；基坑開挖；變形；分塊開挖；CDM-CHR-BOX隔振器
1工程概況
1.1工程總體概況
上海市靜安區(qū)40#和46#地塊（俗稱“大中里改造工程”）綜合發(fā)展項(xiàng)目位于上海靜安區(qū)繁華的南京西路商圈。一條吳江路將本工程分為南區(qū)（40#地塊）和北區(qū)（46#地塊）2個(gè)地塊，其中40#地塊緊鄰軌道交通13#線南京西路站，46#地塊范圍內(nèi)有軌道交通2號(hào)線運(yùn)營區(qū)間（南京西路站至人民廣場(chǎng)站）隧道從場(chǎng)地東西方向穿越。本工程擬在46#地塊內(nèi)、軌道交通2號(hào)線正上方建造1～3層的休閑商業(yè)廣場(chǎng)式上蓋工程，見下圖1。
圖1 46#地塊項(xiàng)目效果圖
1.2基坑工程概況
46#地塊面積約4300m²，其中深基礎(chǔ)范圍（A區(qū)）基坑開挖深度3.95～4.55m，面積約3810m²，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用SMW工法樁；淺基礎(chǔ)范圍（B區(qū)）基礎(chǔ)面積約350m²，開挖深度1.55m。
6號(hào)獨(dú)立基礎(chǔ)下敦平面圖
1.3與軌交2號(hào)線運(yùn)營隧道關(guān)系
本工程46#地塊內(nèi)有運(yùn)營的軌道交通2號(hào)線隧道從場(chǎng)地東西方向穿越。區(qū)間隧道Φ6.2m，管壁厚350mm，隧道頂埋深約9.0m，基坑開挖深度為3.95～4.55m，基礎(chǔ)底板底面距離運(yùn)營隧道頂約4.45m，位于基坑下方的區(qū)間隧道長度約為100m。
2地質(zhì)及水文情況
2.1工程地質(zhì)情況
根據(jù)本工程勘察報(bào)告，地塊60.30m深度范圍內(nèi)，均為第四紀(jì)松散沉積物，主要由飽和黏性土、粉性土以及砂土組成。場(chǎng)地為古河道切割區(qū)，第⑥層缺失，第⑤層厚度較厚，第⑦層上部受切割，層頂稍有起伏。
2.2水文及不良土質(zhì)情況
場(chǎng)地內(nèi)地下水類型主要為松散巖類孔隙水，對(duì)本工程有影響的地下水類型可分為潛水和承壓水。地下水埋深一般為1.10～1.40m，上海市年平均水位埋深為0.5～0.7m，本工程設(shè)計(jì)中采用地下水位0.5m；（微）承壓水主要分布于第⑤2層粉土及第⑦2層粉砂層中。由于46#地塊基坑開挖深度較淺，經(jīng)設(shè)計(jì)驗(yàn)算基坑開挖期間不需要降微承壓水或承壓水，僅需降潛水。場(chǎng)地內(nèi)老建筑物基礎(chǔ)、地下障礙物較多，對(duì)施工有一定的影響。
3工程特點(diǎn)及難點(diǎn)
3.1周邊環(huán)境特殊、復(fù)雜
本工程坐落在上海著名的南京西路商業(yè)圈，場(chǎng)地內(nèi)有運(yùn)營的軌道交通2號(hào)線區(qū)間隧道（上、下行線）從東西方向穿越，且基坑底距離隧道頂僅有4.8m。場(chǎng)地內(nèi)留有未拆除的解放前人防地下室，且分布較廣，周邊地下管線錯(cuò)綜復(fù)雜，給施工帶來了較多困難，增大了技術(shù)難度及風(fēng)險(xiǎn)性。
3.2隧道保護(hù)要求高
根據(jù)《上海市地鐵沿線建筑施工保護(hù)地鐵技術(shù)管理暫行規(guī)定》等要求，為確保運(yùn)營隧道的安全運(yùn)行，施工中須按如下變形控制指標(biāo)進(jìn)行保護(hù)。
?。╝）兩軌道橫向高差＜4mm，軌向偏差和高低差最大尺度值＜4mm/10m。
（b）地鐵結(jié)構(gòu)最終絕對(duì)沉降、隆起值和水平位移值＜10mm，施工引起的地鐵結(jié)構(gòu)變形＜0.5mm/d。變形曲線的曲率半徑R≥15000m，結(jié)構(gòu)相對(duì)彎曲≤1/2500，隧道收斂日變化量＜2mm，結(jié)構(gòu)最終收斂變化值＜10mm。
?。╟）報(bào)警值：監(jiān)測(cè)值超過日指標(biāo)或總變形控制量的1/2時(shí)立即報(bào)警。
（d）隧道上方堆載不超過0.8m高土方等障礙物，嚴(yán)格控制堆載。
3.3基坑周邊地面沉降控制要求高
根據(jù)場(chǎng)地周圍環(huán)境的要求，基坑周邊地表沉降應(yīng)控制在10mm以內(nèi)，管線的報(bào)警位移控制在6mm以內(nèi)。由于本工程位于運(yùn)營地鐵隧道上方，環(huán)境保護(hù)控制的關(guān)鍵在于控制坑底土體隆起值，因此基坑開挖階段坑底土體隆起值須控制在10mm內(nèi)。
3.4基坑變形控制要求高
設(shè)計(jì)要求施工中須嚴(yán)格控制基坑變形值，控制標(biāo)準(zhǔn)為：基坑北側(cè)墻體的水平位移≤12mm；坑外地表沉降≤10mm；坑底最大隆起≤10mm。
3.5噪聲控制及監(jiān)測(cè)要求高
由于地處鬧市區(qū)，距離周圍居民區(qū)較近，施工噪聲、揚(yáng)塵控制是一大難點(diǎn)。同時(shí)按地鐵監(jiān)護(hù)管理部門要求，隧道以上的基礎(chǔ)施工只能在晚間地鐵停運(yùn)的時(shí)間段內(nèi)施工，且須加強(qiáng)對(duì)施工和隧道的監(jiān)測(cè)，尤其是隧道頂部和兩側(cè)的土體加固施工和樁基開挖施工，這也增加了設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)測(cè)的難度。
4設(shè)計(jì)和施工保護(hù)措施
針對(duì)以上工程難、特點(diǎn)及要求，本工程在前期策劃及施工籌劃中通過采取一系列的技術(shù)措施，以控制地鐵隧道及基坑、建筑物的變形和安全。
4.1設(shè)計(jì)保護(hù)措施
在本工程的基坑評(píng)審中專家就圍護(hù)設(shè)計(jì)提出了意見和建議，圍護(hù)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)單位按專家意見進(jìn)行了技術(shù)調(diào)整。
4.1.1坑內(nèi)滿堂加固，控制隧道變形
A區(qū)基坑采用明挖順作施工，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用Φ850mmSMW工法樁，內(nèi)插700mm×300mm×13mm×21mm的H型鋼（隔一插一），SMW工法樁樁長12m，內(nèi)插型鋼不拔除。A區(qū)基坑采用SMW三軸攪拌樁滿堂加固，其中在軌交2號(hào)線隧道中間及兩側(cè)的加固深度均達(dá)到地鐵區(qū)間隧道的底部以下6m，形成“門”式加固?？觾?nèi)“門”式加固體與工程樁共同作用，以控制基坑卸載回彈變形。采用滿堂加固后，基坑開挖期間不進(jìn)行降水，減少抽水對(duì)土層的擾動(dòng)影響。B區(qū)由于開挖深度較淺，采用1∶1的放坡開挖。
4.1.2超長鉆孔灌注樁，控制建筑工后沉降
本工程橫跨軌道交通2號(hào)線運(yùn)營隧道，對(duì)地鐵的附加沉降及附加壓力控制非常嚴(yán)格，為控制建筑工后沉降及合理選擇樁基的持力層，設(shè)計(jì)考慮采用Φ850mm鉆孔灌注樁，樁基持力層選擇為第⑨層，有效樁長71.10m。
4.1.3分塊、限時(shí)開挖，及時(shí)澆筑、壓載
考慮到地鐵保護(hù)的要求，設(shè)計(jì)要求施工中先開挖施工A區(qū)（挖深3.95～4.55m），再開挖施工B區(qū)（挖深1.55m），以減少一次性開挖卸載對(duì)下臥運(yùn)營隧道的影響。其中A區(qū)設(shè)計(jì)為36個(gè)分塊，B區(qū)分6塊（圖3），要求A區(qū)底板完成并達(dá)到強(qiáng)度后再開挖B區(qū)，同時(shí)基坑開挖及底板施工時(shí)遵循分塊、限時(shí)開挖、及時(shí)澆筑底板并壓載的總原則，快速卸載再壓載以控制地鐵隧道的隆起變形。
圖3 分塊開挖平面布置
A區(qū)基坑施工要求在軌道交通2號(hào)線停運(yùn)期間的6h內(nèi)（23：00至次日6：00）完成各分塊的土方開挖到底板澆筑等工序。利用時(shí)空效應(yīng)原理，盡量縮短卸載及加載時(shí)間，嚴(yán)格控制基坑隆起，防止基坑下方地鐵隧道變形開裂。4.1.4設(shè)置隔震系統(tǒng)本工程建造1層和3層的休閑商業(yè)廣場(chǎng)，包括劇院，加之地處軌道交通2號(hào)線運(yùn)營隧道正上方，在軌道交通線路運(yùn)營過程中，可能會(huì)對(duì)一定范圍的建筑物產(chǎn)生振動(dòng)，考慮到地鐵上方商業(yè)的特殊性，工程設(shè)計(jì)單位采用在柱下獨(dú)立基礎(chǔ)的上、下柱墩間加設(shè)高700mm的隔振層，通過設(shè)置隔振系統(tǒng)來減輕地鐵運(yùn)營時(shí)對(duì)建筑物產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲影響。
4.2施工技術(shù)保護(hù)措施
4.2.1地下障礙物清除保護(hù)措施
本工程地下障礙物為解放前地下人防結(jié)構(gòu)，埋深近5m，下臥運(yùn)營隧道較淺，僅8m多，若采取大開挖勢(shì)必導(dǎo)致隧道上方卸載后上浮變形，且大量的振動(dòng)鑿除也不利隧道變形控制，施工中綜合考慮各種設(shè)備的優(yōu)缺點(diǎn)，最終選擇全回轉(zhuǎn)CD機(jī)進(jìn)行清障，采用Φ1200m鋼套管，進(jìn)行“梅花樁”布置，套管到達(dá)深度后，由履帶式起重機(jī)吊住CD機(jī)配套沖抓抓斗，使抓斗伸入套管內(nèi)取出障礙物，清除人防底板，之后采用5%水泥土進(jìn)行管道內(nèi)回填施工。如此施工，共成孔755孔，變形控制穩(wěn)定，無報(bào)警產(chǎn)生，有效地控制了周邊管線、隧道的沉降變形。
4.2.2土體加固
根據(jù)Winkler地基模型理論，如果對(duì)基坑底部及隧道周邊土體進(jìn)行加固，可以提高土體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，增大地基土的基床系數(shù)，從而減少隧道變形。
按“門”式加固設(shè)計(jì)的要求，地基加固中地鐵隧道側(cè)按先近后遠(yuǎn)、先深后淺的原則組織施工，最貼近隧道側(cè)的加固在地鐵列車停運(yùn)后實(shí)施。攪拌樁施工順序嚴(yán)格采用分段“跳打施工法”，以有利于消減因在SMW注漿時(shí)所產(chǎn)生的對(duì)地鐵隧道的擠土效應(yīng)。施工中根據(jù)設(shè)計(jì)及地鐵監(jiān)護(hù)單位要求，在地塊內(nèi)隧道外側(cè)進(jìn)行SMW工法樁非原位試驗(yàn)，試驗(yàn)取3組并分別在1.5m和3m位置處布設(shè)土體測(cè)斜管，通過試驗(yàn)優(yōu)化施工參數(shù)，以減少SMW成樁施工的擠土影響，最終試驗(yàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，距離樁心3.0m處測(cè)孔實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)變形峰值滿足設(shè)計(jì)要求。
4.2.3鉆孔灌注樁施工
本工程樁基設(shè)計(jì)143根Φ850mm、強(qiáng)度等級(jí)為C35的抗拔樁，有效樁長71.10m，樁端進(jìn)入⑨層土，單樁承載力設(shè)計(jì)值為4200kN，并采用樁端后注漿處理。
按地鐵技術(shù)審查意見“樁基必須待加固完成后施工，加固體以下單樁施工時(shí)間應(yīng)嚴(yán)格控制在12h內(nèi)。應(yīng)在遠(yuǎn)離隧道的位置先進(jìn)行試樁，優(yōu)化施工參數(shù)，確保臨近地鐵的樁基施工穩(wěn)定性及時(shí)間要求”。施工中，先采用普通工程鉆機(jī)（GPS-10）進(jìn)行鉆孔灌注樁施工，經(jīng)多次試樁均難以滿足加固體以下12h要求，后經(jīng)過多方溝通及對(duì)現(xiàn)有的施工工藝優(yōu)化，最終采用全液壓循環(huán)鉆機(jī)（SP30），增加一定的措施來確保成樁時(shí)間滿足地鐵監(jiān)護(hù)的要求。
4.2.4分區(qū)分塊施工
在底板施工過程中，分區(qū)分塊合理與否直接影響開挖過程中坑底的隆起程度，分塊既不能過大也不能過小，過大易導(dǎo)致每次開挖隆起過大，分塊過小易導(dǎo)致工期拖延，不利于快速施工。
施工中由業(yè)主牽頭設(shè)計(jì)、施工和地鐵監(jiān)護(hù)管理部門召開專題會(huì)議，最終確定：2號(hào)線運(yùn)營隧道上方范圍內(nèi)的底板分2個(gè)階段實(shí)施，劃分成多個(gè)3m×21m的小塊分塊施工，即按地鐵監(jiān)護(hù)的要求每個(gè)分塊面積控制在90m²內(nèi)，共計(jì)分了59塊施工塊。每一施工塊必須保證隧道兩側(cè)至少各有1根灌注樁與底板可靠連接，與底板共同抗浮。平面單次挖土寬度原則上不超過3m，局部視隧道變形情況調(diào)整挖土寬度。
隧道上方土體開挖及結(jié)構(gòu)施工均安排在夜間列車停運(yùn)至次日凌晨列車恢復(fù)運(yùn)行的時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行，整個(gè)過程控制在7h（23：00至次日06：00）內(nèi)完成。要求各工序間必須銜接緊密，減少工序搭接時(shí)間，為下道工序創(chuàng)造時(shí)間優(yōu)勢(shì)。施工中每塊挖土、鑿樁、檢測(cè)時(shí)間控制在3.5h以內(nèi)，鋪蓋3cm碎石墊層、10cmEPS板和2cm九夾模板、底板鋼筋吊裝（1500kN履帶吊）及立模板的時(shí)間在3.5h內(nèi)，驗(yàn)收及混凝土澆筑控制在1.5h內(nèi)，施工中各工序穿插進(jìn)行，總用時(shí)控制在7h內(nèi)。后一幅底板鋼筋與前一幅底板鋼筋之間的連接的搭接段采取現(xiàn)場(chǎng)綁扎、焊接。
4.2.5施工監(jiān)測(cè)
除上述措施外，對(duì)隧道進(jìn)行全方位監(jiān)控也是十分必要的技術(shù)保證措施。為確保運(yùn)營地鐵隧道的安全，施工中業(yè)主委托了第三方及地鐵專業(yè)監(jiān)測(cè)單位對(duì)地鐵隧道尤其是軌交2號(hào)線隧道的變形進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，采用自動(dòng)化程度和精度較高的儀器進(jìn)行即時(shí)監(jiān)測(cè)，高危施工單元進(jìn)行要點(diǎn)施工。
4.2.6隔振器安裝本工程采用在柱下獨(dú)立基礎(chǔ)的上、下柱墩間加設(shè)700mm的隔振層，施工招標(biāo)中經(jīng)多方比選，最終確定采用由比利時(shí)CDM廠生產(chǎn)的CDM-CHR-BOX隔振器，該隔振器主要安裝流程分成四部分，即前期準(zhǔn)備、下柱墩施工、安裝CDM-CHR-BOX及上柱墩施工。
?。╝）在分塊底板筏板下柱墩基礎(chǔ)澆筑前安裝Φ30mmGD-Q345插筋，插筋向下的錨固長度及出板面的高度須滿足設(shè)計(jì)要求。
?。╞）筏板混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，對(duì)下柱墩進(jìn)行澆筑，同時(shí)須確保錨筋的水平定位誤差在3mm內(nèi)，相鄰2個(gè)下柱墩間的誤差控制在±5mm內(nèi)。
（c）待混凝土達(dá)到強(qiáng)度后拆模，用防水膠紙包裹鋼筋螺紋部分，在四周表面鋪設(shè)厚20mmC40強(qiáng)度以上混凝土自流平層，然后根據(jù)圖紙安裝CDM-CHR-BOX隔振器。
（d）CDM-CHR-BOX隔振器安裝后，鋪設(shè)頂部厚10mm的預(yù)制鋼板，緊固后對(duì)各組彈簧的頂部10mm鋼板進(jìn)行水平檢測(cè)，確保誤差控制在±2mm內(nèi)，然后進(jìn)行模板施工、鋼筋綁扎及上柱墩混凝土澆筑。CDM-CHR-BOX隔振器的剖面見圖4。
圖4 CDM-CHR-BOX隔振器剖面
5監(jiān)測(cè)結(jié)果分析
本工程整個(gè)基坑施工過程中，按有關(guān)規(guī)定實(shí)施了第三方監(jiān)測(cè)及第四方地鐵安全影響專項(xiàng)監(jiān)測(cè)。根據(jù)檢測(cè)報(bào)告，上、下行線部分隆沉值及收斂值的日變量、累計(jì)變量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超過+0.5mm/d及5mm報(bào)警值，隧道呈壓扁的橢圓形變形。
為防止隧道變形進(jìn)一步加大，施工單位及時(shí)調(diào)整施工方案，通過合理安排施工分塊、工序、進(jìn)度，尤其在開挖過程中通過控制挖土?xí)r間、預(yù)先鋪設(shè)碎石、EPS板及模板、預(yù)制底板鋼筋籠吊裝、每分塊底板鋼筋采用機(jī)械連接、及時(shí)澆筑混凝土及回壓等措施，最終有效控制了運(yùn)營中地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形。
6結(jié)語
在運(yùn)營地鐵隧道正上方、鬧市區(qū)復(fù)雜的地理環(huán)境下，建造1～3層的商業(yè)建筑存在很大的風(fēng)險(xiǎn)。本工程在實(shí)施過程中，通過采取合理科學(xué)的工藝和技術(shù)措施，借鑒和引進(jìn)國內(nèi)外優(yōu)秀成熟的隔振技術(shù)，對(duì)關(guān)鍵工序進(jìn)行深入的研究和試驗(yàn)，較為順利地完成了建設(shè)任務(wù)，過程中地鐵隧道各項(xiàng)監(jiān)測(cè)變形量均在控制之內(nèi)，確保了地鐵隧道的安全運(yùn)營，也為類似工程的設(shè)計(jì)、施工和管理提供了良好的借鑒。
作者：張偉
轉(zhuǎn)自：《建筑施工》
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