鄭 凱

(中鐵十四局集團(tuán)有限公司,山東 濟(jì)南 250000)

0 引 言

近年來，隨著城市軌道交通建設(shè)的快速發(fā)展，在運(yùn)營(yíng)地鐵隧道上方進(jìn)行基坑開挖卸載的工程不斷出現(xiàn)。新建明挖基坑的施工會(huì)對(duì)既有結(jié)構(gòu)周圍地層產(chǎn)生連續(xù)、多次擾動(dòng)，帶動(dòng)下方地鐵既有結(jié)構(gòu)產(chǎn)生隆起，從而對(duì)地鐵車站或隧道使用功能和安全性產(chǎn)生影響甚至造成嚴(yán)重危害。因此，對(duì)豎向明挖増層施工關(guān)鍵技術(shù)研究、確保既有結(jié)構(gòu)使用安全具有相當(dāng)?shù)倪m用性和緊迫性。

北京地鐵6號(hào)線西延工程蘋果園站地下一層換乘大廳為在先期PBA法暗挖完成的地下二/三層頂板結(jié)構(gòu)上方修建，該換乘廳采用明挖法施工，基坑開挖在已運(yùn)營(yíng)的車站結(jié)構(gòu)上方進(jìn)行，屬于典型既有暗挖車站上蓋明挖増層施工工程案例。

1 工程概況

新建地鐵6號(hào)線蘋果園站為換乘車站，分別與M1線蘋果園站和S1線蘋果園站換乘，如圖1所示。車站全長(zhǎng)324.4 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬度23.0 m，最大斷面寬度23.5 m。主體結(jié)構(gòu)采用暗挖PBA工法+明挖法施工。

圖1 地鐵6號(hào)線蘋果園站平面布置示意圖

蘋果園站三層段分東西兩部分，每段長(zhǎng)37.4 m，分別位于下穿段與兩端標(biāo)準(zhǔn)段之間，斷面為三層三跨結(jié)構(gòu)，如圖2所示，寬23.1 m，高22.50 m，覆土厚度為4.31～4.83 m，底板埋深約27.5 m。受交通導(dǎo)改、施工場(chǎng)地及工期控制，蘋果園站三層段分兩期實(shí)施，地下二層、三層段采用PBA工法暗挖完成，初支導(dǎo)洞均為直墻拱形結(jié)構(gòu)，初支扣拱為平頂結(jié)構(gòu)，臨時(shí)結(jié)構(gòu)頂板為平頂結(jié)構(gòu)；地下一層在6號(hào)線通車后采用明挖法上蓋增建，完成兩個(gè)換乘大廳施工。

本工程沿線勘探范圍內(nèi)地層可分為人工堆積層、新近沉積層、第四紀(jì)晚更新世沉積層三大層。車站范圍內(nèi)存在一層地下潛水，水位埋深為39.76 m，位于車站底板以下10.4 m左右。

圖2 主體結(jié)構(gòu)三層段結(jié)構(gòu)橫剖面圖

2 工程重難點(diǎn)

本工程為在既有地鐵車站結(jié)構(gòu)上方明挖增層拓建，兩個(gè)明挖基坑位于1號(hào)線車站東西兩側(cè)，鄰近1號(hào)線車站結(jié)構(gòu)，最小近距僅0.414 m。基坑尺寸均為長(zhǎng)33.8 m、寬26.9 m，開挖深度12.2 m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用樁加內(nèi)支撐體系。部分圍護(hù)樁為“吊腳樁”形式，且明挖基坑鄰近地鐵1號(hào)線南端主體結(jié)構(gòu)及軍事通道結(jié)構(gòu)。施工過程中明挖基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形控制、臨近地鐵1號(hào)線結(jié)構(gòu)保護(hù)、下方運(yùn)營(yíng)地鐵6號(hào)線的保護(hù)及變形控制是本工程施工重難點(diǎn)。

3 明挖上蓋増層施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 上蓋基坑安全施工關(guān)鍵技術(shù)

為控制換乘廳明挖基坑變形，保護(hù)相鄰及下方結(jié)構(gòu)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用剛度較大的φ1 000@1 600 mm人工挖孔樁；豎向三道支撐，除第一道角部為鋼筋混凝土支撐外，其余部分均采用Φ800、t=16 mm鋼支撐，如圖3所示。南北兩側(cè)樁身緊貼下方小導(dǎo)洞側(cè)壁布置，充分利用下方車站結(jié)構(gòu)嵌固作用，東西兩端圍護(hù)樁底位于暗挖車站初期支護(hù)頂面，呈“吊腳樁”狀態(tài)。

圖3 上蓋基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)剖面圖

3.1.1 無嵌固圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

本工程圍護(hù)樁施工時(shí)需準(zhǔn)確定位，樁定位中心線縱橫向偏差不應(yīng)超過50 mm，不得向基坑內(nèi)傾斜；按照“隔三挖一”跳樁施作原則，要求最小施工間距不得小于4.5 m；每次挖深不大于1 m，及時(shí)澆筑C30鋼筋混凝土護(hù)壁。

暗挖車站上方的無嵌固圍護(hù)樁挖孔至初期支護(hù)結(jié)構(gòu)后，在保證成孔安全的情況下，采用風(fēng)鎬鑿除小導(dǎo)洞或頂板的部分初期支護(hù)噴射混凝土，鑿除深度20 cm，保留格柵鋼架主筋，與護(hù)壁豎向鋼筋焊接為整體，護(hù)壁底部同時(shí)設(shè)置2根φ25 mm環(huán)向鋼筋與露出的格柵主筋可靠焊接加強(qiáng)，利用護(hù)壁結(jié)構(gòu)及樁底鑲嵌作用，對(duì)“吊腳樁”樁底形成一定的嵌固效果。

施作基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，做好端部圍護(hù)樁與既有車站頂板初支的可靠連接，如圖4所示；圍護(hù)樁主筋水平向內(nèi)彎折200 mm，鋼筋籠底部直接下至鑿除后的初期支護(hù)面。

圖4 無嵌固圍護(hù)樁詳圖

3.1.2 圍護(hù)樁后地層注漿加固技術(shù)

為保證明挖基坑無嵌固樁一側(cè)樁體穩(wěn)定性，在施作無嵌固樁后、基坑開挖前，采取地表深孔注漿對(duì)基坑?xùn)|西兩端樁后土體進(jìn)行加固處理，改善土體性能，增加土體抗變形能力，提高變形模量，從而防止基坑圍護(hù)樁向內(nèi)傾斜。

注漿加固區(qū)域?qū)挾?.0 m，深度自地面下3.7 m位置至下方車站初期支護(hù)，如圖5所示。采用地面垂直鉆孔、后退式注漿方式，選用水泥-水玻璃雙液漿，要求注漿壓力0.5～0.8 MPa，擴(kuò)散半徑不小于0.5 m，注漿加固后土體無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于0.5 MPa，滲透系數(shù)≤1.0×10-6cm/s。

圖5 深孔注漿加固示意圖

地面注漿孔間距0.8 m×0.8 m、梅花形布置，根據(jù)實(shí)際地面標(biāo)高確定注漿孔的鉆孔深度，按照隔孔施工原則，避免注漿孔互相影響，保證漿液擴(kuò)散均勻。由于部分注漿區(qū)臨近1號(hào)線既有車站及軍事通道結(jié)構(gòu)，注漿過程中，堅(jiān)持以注漿壓力控制為主、注漿量控制為輔的雙控原則嚴(yán)格管控，并做好實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，嚴(yán)防因壓力太大造成漿液滲入既有結(jié)構(gòu)內(nèi)。

3.1.3 基坑開挖技術(shù)

基坑開挖、支護(hù)按照“豎向分層、水平分區(qū)、對(duì)稱平衡開挖、先中間后兩側(cè)、先支后挖”的原則施工。每層土開挖深度不大于2 m，開挖至鋼支撐下方0.5 m時(shí)，及時(shí)架設(shè)鋼支撐；按要求預(yù)加軸力，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)復(fù)加軸力或采取加強(qiáng)措施，確保支撐安裝的及時(shí)性和有效性。

基坑開挖至第三道鋼支撐以下時(shí)，四個(gè)角部保留原狀土，輔助控制基坑變形。反壓土縱向長(zhǎng)度8 m，橫向?qū)挾? m，高度2 m，臨時(shí)邊坡坡率不大于1∶1，并根據(jù)穩(wěn)定性情況采用掛網(wǎng)噴錨防護(hù)，如圖6所示。反壓土范圍外底板回填混凝土澆筑且達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，再開挖反壓土，完成剩余部分底板。

3.2 上蓋増層結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

3.2.1 明暗挖結(jié)構(gòu)連接技術(shù)

為保證明、暗挖結(jié)構(gòu)整體性，暗挖結(jié)構(gòu)施作時(shí)，側(cè)墻及鋼管柱結(jié)構(gòu)預(yù)留鋼筋甩頭及接駁器，預(yù)留鋼筋延伸至結(jié)構(gòu)頂板上方導(dǎo)洞內(nèi)，結(jié)構(gòu)頂板與導(dǎo)洞初支間隙整體填充C20混凝土。明挖基坑開挖完成后，鑿除臨時(shí)頂板上方導(dǎo)洞初支結(jié)構(gòu)及內(nèi)部回填混凝土，剝離原預(yù)埋鋼筋及接駁器，綁扎地下一層側(cè)墻及頂板鋼筋并澆筑混凝土，使明挖結(jié)構(gòu)與暗挖結(jié)構(gòu)形成整體。

破除施工時(shí)，應(yīng)特別注意預(yù)留鋼筋接頭的保護(hù)，嚴(yán)禁使用機(jī)械直接破除至鋼筋接頭位置，避免預(yù)留鋼筋接頭破壞。同時(shí)，應(yīng)注意防水結(jié)構(gòu)的保護(hù)，確保既有防水甩頭完好，滿足防水搭接長(zhǎng)度要求。

為了緩解明、暗挖結(jié)構(gòu)交界處應(yīng)力集中，提高結(jié)構(gòu)整體性能，取消如圖6所示的原方案中的換乘廳內(nèi)夾層，直接采用C20素混凝土回填至増層底板高程；待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，順序施工剩余結(jié)構(gòu)。同時(shí)，能夠加快増層結(jié)構(gòu)施工進(jìn)度、提高施工安全，更有效控制基坑變形。

圖7 換乘廳原夾層板方案

3.2.2 結(jié)構(gòu)整體防水技術(shù)

先期施工的車站暗挖部分外包防水層為2 mm厚的ECB塑料防水板，在地下二層頂板(臨時(shí)頂板)外挑位置內(nèi)附兩層SBS防水卷材，用于與增層明挖結(jié)構(gòu)側(cè)墻外包SBS防水卷材搭接，重新形成地下三層結(jié)構(gòu)的完整外包防水體系,如圖8所示。

圖8 增層節(jié)點(diǎn)防水做法示意圖

地下二層臨時(shí)頂板的ECB塑料防水板鋪設(shè)完成后，在冠梁以上沿導(dǎo)洞初期支護(hù)加鋪寬度2 m雙層SBS改性瀝青防水卷材。兩種防水卷材的搭接寬度為1 m，SBS防水卷材甩搓預(yù)留寬度為1 m；臨時(shí)頂板澆筑后，將預(yù)留的SBS防水甩搓平鋪在頂板上方、覆蓋350#紙?zhí)ビ蜌?1.5 cm厚竹膠板進(jìn)行臨時(shí)保護(hù)，隔離頂板與回填混凝土。

增層結(jié)構(gòu)側(cè)墻施工前，人工破除地下二層頂板以上的回填混凝土，拆除防護(hù)竹膠板及油氈，拉直固定于找平后的圍護(hù)結(jié)構(gòu)上，增層結(jié)構(gòu)選用相同的SBS改性瀝青防水卷材，加熱搭接。竹膠板自身較大的彈性和硬度能夠確保破除施工不會(huì)直接破壞預(yù)留防水甩搓。

3.3 明挖上蓋増層施工監(jiān)測(cè)

本工程監(jiān)測(cè)重點(diǎn)為明挖基坑吊腳樁變形、鄰近的1號(hào)線車站變形以及下方6號(hào)線車站結(jié)構(gòu)隆起。監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括地面沉降、樁頂水平位移、樁體變形、支撐軸力、既有結(jié)構(gòu)上浮，均采用人工監(jiān)測(cè)，具體要求見表1。

表1 監(jiān)測(cè)對(duì)象、項(xiàng)目及精度表

其中，下方6號(hào)線結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)布置于地下二層中縱梁底部，在變形縫兩側(cè)及增層段立柱部位布設(shè)，具體監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置及監(jiān)測(cè)要求見表2。

表2 周邊環(huán)境監(jiān)測(cè)頻率表

蘋果園站上蓋増層施工期間，整體施工情況較為平穩(wěn)，無風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生，無監(jiān)測(cè)預(yù)警發(fā)生，整體變形平穩(wěn)，安全風(fēng)險(xiǎn)可控。

4 工程實(shí)施效果及評(píng)價(jià)

蘋果園站三層段地下一層換乘廳上蓋増層工程已施工完成。施工期間，既有1號(hào)線、新建6號(hào)線正常運(yùn)營(yíng)，施工安全控制良好。施工完成后，換乘廳混凝土密實(shí)整潔，防水質(zhì)量良好，未出現(xiàn)裂縫、滲漏水現(xiàn)象。為類似工程提供成套施工經(jīng)驗(yàn)，具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

圖9 蘋果園站上増層施工效果圖