管誠(chéng)

（北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司 100082）

引言

隨著我國(guó)城市地鐵的發(fā)展，其修建規(guī)模越來(lái)越大，周邊環(huán)境及各種制約因素也越來(lái)越多，為了適應(yīng)外部環(huán)境，不可避免存在下穿各類建（構(gòu)）筑物、管線、橋梁、隧道等情況，且穿越風(fēng)險(xiǎn)及難度越來(lái)越大［1-3］。傳統(tǒng)穿越通道一般距離穿越物2m以上，保證該層土體的自穩(wěn)性［4］。其中，本文涉及的下穿類型較為特殊，新建結(jié)構(gòu)與既有結(jié)構(gòu)之間為零距離，與其他暗挖下穿類型采取的風(fēng)險(xiǎn)控制措施及對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生的影響有所不同。本文將詳細(xì)介紹工程實(shí)例及施工方案，供類似工程借鑒。

1 工程概況

北京地鐵16號(hào)線西苑站位于海淀區(qū)一畝園交通樞紐內(nèi)，在萬(wàn)泉河高架橋西南側(cè)且與萬(wàn)泉河高架橋平行，為4號(hào)線與16號(hào)線換乘站。該站為地下三層島式車站，采用明挖法施工，車站總長(zhǎng)210m，標(biāo)準(zhǔn)段寬23.3m，高21.6m，車站頂板覆土厚度約3.6m。車站共設(shè)置3個(gè)出入口、3個(gè)疏散口、1組換乘通道、2個(gè)換乘廳、2組風(fēng)亭。其中換乘通道為兩個(gè)凈寬6m的暗挖通道密貼下穿一畝園交通樞紐辦公樓后接入明挖換乘廳，之后合成一個(gè)凈寬12m的暗挖通道與4號(hào)線車站相接。由于該換乘通道需暗挖下穿交通樞紐辦公樓，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)較大，根據(jù)《城市軌道交通地下工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)管理規(guī)范》，本下穿工程定為一級(jí)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)工程。車站總平面示意見(jiàn)圖1。

2 地鐵通道與辦公樓位置關(guān)系

一畝園交通樞紐位于北京市海淀區(qū)圓明園西路與頤和園路交匯處，用地內(nèi)有萬(wàn)泉河高架路斜向穿過(guò)。一畝園交通樞紐辦公樓位于該交通樞紐站場(chǎng)南側(cè)，建于2008年，為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。辦公樓為地上兩層，地下一層。地下室基礎(chǔ)采用梁式筏板基礎(chǔ)，底板厚度0.5m，基底埋深約為5.4m。

換乘通道采用礦山法施工，為平頂直墻結(jié)構(gòu)，以兩條凈寬6m、凈高3.7m的通道分別下穿該樓地下室，與結(jié)構(gòu)基底之間零距離，兩條通道之間凈距8.9m，下穿部分長(zhǎng)約30m，通道施工可能引起樓房基礎(chǔ)發(fā)生沉降，對(duì)結(jié)構(gòu)安全極為不利。換乘通道下穿辦公樓基礎(chǔ)平面、剖面見(jiàn)圖2～圖4。

圖1 車站總平面示意Fig.1 Layout of subway station

圖2 換乘通道下穿辦公樓平面示意Fig.2 Plan of transfer channel tunneling of under-passing the office building

圖3 換乘通道下穿辦公樓剖面示意Fig.3 Profile of transfer channel tunneling job of under-passing the office building

圖4 換乘通道下穿辦公樓橫斷面示意Fig.4 Cross section of transfer channel tunneling job of under-passing the office building

3 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

換乘通道所處地層主要為②5卵石層、③1粉質(zhì)粘土層、⑥2粉土，結(jié)構(gòu)以下土層有⑥粉質(zhì)粘土層。拱頂位于②5卵石層，最大粒徑100mm，一般粒徑20mm～40mm，粒徑大于20mm顆粒含量約為總質(zhì)量的50%～55%，亞圓形，母巖成分主要為石英砂巖、灰?guī)r、安山巖、白云巖，中細(xì)砂充填。詳細(xì)地層參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 巖土勘察設(shè)計(jì)參數(shù)Tab.1 Parameters of the geotechnical investigation and design

現(xiàn)況水位為上層滯水，含水層主要為②5卵石層，穩(wěn)定水位深度為7m～8.3m。主要接受大氣降水、管溝滲漏補(bǔ)給，以蒸發(fā)為主要排泄方式。

4 密貼下穿特點(diǎn)分析

暗挖密貼下穿工程不同于以往的普通暗挖下穿建（構(gòu)）筑物，有其自身的特殊性，現(xiàn)分析如下：

（1）普通暗挖下穿一般在暗挖結(jié)構(gòu)與下穿結(jié)構(gòu)之間還有一段距離，對(duì)下穿結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響是由于暗挖過(guò)程中產(chǎn)生的地層沉降進(jìn)而帶動(dòng)建（構(gòu)）筑物產(chǎn)生絕對(duì)沉降或差異沉降；暗挖密貼下穿是在暗挖結(jié)構(gòu)與下穿結(jié)構(gòu)之間零距離，對(duì)既有結(jié)構(gòu)的影響是由于開(kāi)挖引起對(duì)局部地基產(chǎn)生的破壞，這種破壞會(huì)直接且迅速地反映到既有結(jié)構(gòu)的差異沉降上；

（2）為了減少開(kāi)挖對(duì)既有結(jié)構(gòu)地基產(chǎn)生的影響，暗挖結(jié)構(gòu)拱頂盡量密貼既有結(jié)構(gòu)底板，使其替代原有結(jié)構(gòu)地基的作用，故暗挖結(jié)構(gòu)需做成平頂直墻形式，增大與既有結(jié)構(gòu)之間的接觸面積，同條件下也增加了通道斷面使用面積；

（3）由于本工程為兩條通道同時(shí)下穿既有結(jié)構(gòu)，在開(kāi)挖工序上還需考慮錯(cuò)開(kāi)施工，減小開(kāi)挖過(guò)程中產(chǎn)生相互疊加的影響；

（4）施工過(guò)程中對(duì)注漿壓力的控制也是本工程的難點(diǎn)，因?yàn)槭敲苜N，注漿壓力過(guò)大會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)底板的抬升，同樣會(huì)對(duì)下穿的建（構(gòu)）筑物產(chǎn)生差異沉降甚至基礎(chǔ)的破壞；

（5）由于在暗挖結(jié)構(gòu)與下穿結(jié)構(gòu)之間零距離，暗挖結(jié)構(gòu)頂部即為既有結(jié)構(gòu)墊層，這就需要在施工之前密切籌劃，精細(xì)化施工，避免破壞既有結(jié)構(gòu)墊層甚至防水層。

5 擬采取的保護(hù)措施

根據(jù)以上分析及以往工程經(jīng)驗(yàn)，擬采取的保護(hù)措施如下［5］：

（1）對(duì)既有結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)估，全面掌握既有結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)型式及使用現(xiàn)狀，初步判斷下穿該建（構(gòu)）筑物的可行性及影響；優(yōu)化暗挖結(jié)構(gòu)斷面，使其從既有結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)中間穿過(guò)，避免擾動(dòng)基礎(chǔ)下方土體；

（2）暗挖通道采用“CRD”法施工，超前采用門式深孔注漿提前實(shí)現(xiàn)對(duì)樓房基礎(chǔ)下地基及開(kāi)挖范圍內(nèi)土體的加固；

（3）嚴(yán)格施工步驟，控制開(kāi)挖步距0.5m，及早封閉初支；由于兩條換乘通道距離較近，需前后錯(cuò)開(kāi)10m以上再施工另一條換乘通道?？紤]到施工及測(cè)量誤差，初支與既有結(jié)構(gòu)底板墊層間預(yù)留出約100mm的間隙，施工開(kāi)挖至下穿段時(shí)初支頂部噴混需填滿既有結(jié)構(gòu)底板墊層底與初支之間的間隙，保證墊層與初支密貼，不得破壞既有結(jié)構(gòu)防水及墊層；

（4）嚴(yán)格打設(shè)鎖腳錨桿并注漿，控制下半斷面開(kāi)挖時(shí)上半部分的初支沉降；

（5）及時(shí)進(jìn)行初支及二襯背后回填注漿；

（6）加強(qiáng)監(jiān)測(cè)頻率并及時(shí)反饋監(jiān)測(cè)結(jié)果，一旦發(fā)現(xiàn)樓房的下沉速率及沉降值加快，需立即通報(bào)，以便采取相應(yīng)的處理措施；

（7）由于該樓房辦公人員較多，在進(jìn)行精細(xì)施工、嚴(yán)密監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，需制定較為完善的應(yīng)急預(yù)案以備萬(wàn)全；此外，還需積極協(xié)調(diào)，在有條件的情況下盡量清空人員。

橫斷面施工步序見(jiàn)圖5，初襯開(kāi)挖縱剖面施工順序見(jiàn)圖6。

6 既有結(jié)構(gòu)評(píng)估及變形、受力預(yù)測(cè)

根據(jù)評(píng)估報(bào)告，該辦公樓基底土層為卵石-圓礫層，下穿通道所在土層為②5卵石、③1粉質(zhì)粘土、⑥2粉土層，土體粘聚性較差，在不支護(hù)的情況下較易坍塌，建議在施工前對(duì)開(kāi)挖區(qū)域一定范圍內(nèi)進(jìn)行土體加固，加強(qiáng)自穩(wěn)性。該辦公樓沉降控制值為10mm，相鄰中柱差異沉降控制值為5mm。底板厚500mm，底板基礎(chǔ)梁尺寸600mm×1400mm，支座處配筋1628，跨中配筋728，開(kāi)挖通道引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)力調(diào)整應(yīng)控制在原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。

為了更好地把握樓房在施工過(guò)程中的受力及變形情況，本文利用MIDAS-GTS軟件建立三維模型對(duì)本工程進(jìn)行了計(jì)算分析。土層厚度及力學(xué)參數(shù)按表1采用，各構(gòu)件采用等效模擬。計(jì)算中每個(gè)暗挖通道按“CRD”法分四步開(kāi)挖，兩條通道前后錯(cuò)開(kāi)10m［6］。

計(jì)算結(jié)果如圖7～圖9所示，辦公樓基礎(chǔ)底板最大沉降4.44mm，小于評(píng)估報(bào)告中沉降及差異沉降控制值；基礎(chǔ)底板最大反力為177.94kN，基礎(chǔ)梁最大彎矩為1032.09kN·m，最小彎矩為-790.59kN·m，經(jīng)核算，原設(shè)計(jì)底板厚度、基礎(chǔ)梁尺寸及配筋均滿足受力要求。

7 施工控制關(guān)鍵技術(shù)

1.施工指導(dǎo)方針

嚴(yán)格按照“強(qiáng)注漿、短開(kāi)挖、緊密貼、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)”十八字方針進(jìn)行精細(xì)化施工。

圖5 橫斷面施工步序Fig.5 Cross section construction step

圖6 初襯開(kāi)挖縱剖面施工順序示意Fig.6 The lining excavation profile construction sequence

圖7 辦公樓基礎(chǔ)底板豎向位移Fig.7 Vertical displacement of office building foundation

圖8 辦公樓基礎(chǔ)底板反力Fig.8 Weighted of office building foundation

2.注漿加固

超前深孔注漿加固基礎(chǔ)底部，在通道范圍形成門式拱架，深孔注漿每次注漿長(zhǎng)度12m，縱向疊加3m。由于注漿范圍也是密貼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)底部，在鉆孔前應(yīng)做好精確測(cè)量，盡量采用水平或小角度鉆孔，避免注漿鉆孔破壞基礎(chǔ)墊層及防水層。

圖9 辦公樓基礎(chǔ)梁彎矩Fig.9 Bending moment of office building beam

3.初期支護(hù)

4.變形監(jiān)測(cè)

換乘通道于2015年8月開(kāi)始施工，2015年12月、2016年2月分別暗挖下穿完成兩條通道初支結(jié)構(gòu)。2016年5月完成全部二襯結(jié)構(gòu)。根據(jù)圖10基礎(chǔ)沉降曲線可見(jiàn)，辦公樓基礎(chǔ)最大沉降為-3.55mm，未超過(guò)評(píng)估報(bào)告提供的沉降控制值，樓房處于安全狀態(tài)。

圖10 辦公樓基礎(chǔ)沉降曲線Fig.10 Foundation subsidence curve

8 結(jié)論與建議

本文以實(shí)際工程為依托，對(duì)暗挖密貼下穿工程的特點(diǎn)進(jìn)行分析，提出針對(duì)性的施工步序及保護(hù)措施，并通過(guò)三維計(jì)算分析及施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證該步序及措施的可行性。并對(duì)類似工程提出如下建議：

1.提前對(duì)既有結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)估，了解其基礎(chǔ)型式及使用現(xiàn)狀；由于本工程下穿建（構(gòu)）筑物為梁式筏板基礎(chǔ)，整體受力性較好，如其他工程遇到獨(dú)立基礎(chǔ)、條基等需區(qū)別對(duì)待，進(jìn)一步判斷下穿該類建筑物的可行性；

2.當(dāng)多于一條通道同時(shí)密貼下穿建（構(gòu)）筑物時(shí)，盡量錯(cuò)跨布置，避免擾動(dòng)柱下基礎(chǔ)，減小地基承載力的損失，同時(shí)避免因距離太近而引起的疊加效應(yīng)。