基坑围护结构体系.doc

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摘 要：广州地铁九号线高增站二期基坑工程邻近地铁三号线运营中的隧道，为减少施工过程中对三号线隧道的影响，保证基坑和运营中隧道的安全，采用了旋喷桩对隧道进行保护和基坑加固，文中介绍基坑的围护结构体系、隧道保护、基坑加固及自动化监测等施工技术和措施。
关键词：基坑围护结构体系；地下连续墙；旋喷桩；施工监测；自动化监测

1工程概况
广州市轨道交通九号线高增站位于白云区人和镇机场二期控制用地南侧、机场高速公路东侧地块内，为九号线和三号线的换乘站，与三号线高增站平行，均为南北向布置。该站基坑总长度为558.95m，起止里程YDK19+560.3～YDK20+119.2，分两期施工，一期为车站北边部分，二期为南边部分。
二期基坑长度193.7m、宽度11.4m、平均开挖深度10.9m，起止里程YDK19+925.6～YDK20+119.2。三号线隧道与基坑平行，位于东侧距基坑4.8m处。基坑平面布置如图1。基坑范围内自上而下各岩土分层及其特征见表1，场区地下水丰富，主要为第四系松散土层孔隙水和基岩裂隙水，埋深约3.0m。

本场区地质特点如下：①岩层主要为砂岩，岩体硬度较小，连续墙入岩量较少；②淤泥质粘土层厚度较大，主要集中在基坑中部位置，且刚好位于基底以下2～10m的范围；③砂层分布较广，场地透水性强。

2基坑围护结构体系
基坑土方开挖过程中，由于基坑内土体卸载，将直接引起基坑底部一定范围土体的回弹，基坑侧面土体产生向基坑内滑移变形，从而导致三号线隧道产生形变。基坑开挖重点需要控制好隧道变形以及对周边环境的影响，因此必须有一个稳固可靠的基坑围护结构体系。
基坑围护结构采用800mm厚地下连续墙（工字钢接头）+2道支撑的形式，第1道为钢筋混凝土撑，第2道为钢管支撑。基坑围护结构体系剖面如图2。

2.1地下连续墙施工
基坑东侧邻近三号线隧道，连续墙采用5.0m宽的标准分幅，其余则采用6.0m宽的标准分幅。连续墙成孔施工采用抓冲结合的施工工艺，先用液压抓斗成槽，再用冲桩机入岩，液压抓斗成槽施工对土体的扰动小于冲桩机的影响。为保障运营中的地铁三号线的安全，连续墙施工各环节均严格按照施工规范进行控制，同时还有针对性地采取了以下技术措施：
⑴连续墙施工前，在东侧基坑外与隧道之间先行施工双排Ф600@450 单管旋喷桩，以保护成槽阶段三号线隧道的安全。
⑵基坑东侧连续墙采取隔三打一的顺序跳槽施工，其他槽段则按照隔一打一的顺序跳槽施工，施工顺序如图3。

⑶基坑东侧连续墙成槽施工过程中加大泥浆比重，控制在1.4～1.5，防止孔壁失稳引起塌孔，清孔后控制泥浆比重为1.1～1.15。
⑷冲桩机冲岩施工采用“低锤高频”方法，控制锤的落差在1.0m以内，减少成槽过程中冲锤土体的扰动，降低锤击振动对隧道的影响，冲孔桩冲岩尽量安排在地铁不运营的夜晚进行施工。
2.2隧道保护旋喷桩施工
⑴试桩：在双排Ф600@450 单管保护旋喷桩施工前，我们组织进行了试桩，以获取优化的施工参数，具体如下：①提升速度20cm min，注浆压力20MPa，旋转速度25r min时，水灰比为1.0，1.2，1.5；②提升速度25cm min，注浆压力20MPa，旋转速度25r min时，水灰比为1.0，1.2，1.5。根据成桩效果及对土体扰动的判断，选定提升速度25cm min，注浆压力20MPa，旋转速度25r/min，水灰比为1.0，水泥含量不少于350kg m。
⑵按照设计要求，在东侧连续墙施工前先施工保护旋喷桩，桩长按进入相对不透水层1.5m控制，待旋喷桩桩身强度达到设计要求后再进行连续墙成槽施工。
⑶旋喷桩的施工顺序是先施工连续墙一侧的排桩，后施工靠近隧道的排桩，并采取隔二打一的顺序跳孔施工，保证桩身质量。
2.3基坑内加固旋喷桩施工
⑴对基底淤泥质粘土层采用Ф600@1000 单管旋喷桩进行加固处理，呈梅花状布置，施工前同样进行试桩，并根据成桩质量选择提升速度20cm min，注浆压力20MPa旋转速度20r min，水灰比1.0，水泥含量不少于360kg m，加固范围如图1，旋喷桩布置方式如图4。

⑵旋喷桩的施工顺序：按照单桩按由西往东连续施工，并由南往北分排施工。
2.4钢管降水井
根据基坑长度，按照单井有效抽水半径20m的经验值，共布置5个钢管降水井，其具体位置根据现场实际情况作适当调整，避开支撑梁位置。
⑴降水井采用 Ф1000 冲孔桩成孔，比基坑底深5m，井身采用Ф 600 钢管制作，管身开小孔，外包塑料滤网和铁丝网并用铁丝扎牢，钢管下孔后要清孔，钢管外面回填3~5cm碎石至地面。
⑵降水井施工后及时用潜水泵从井底进行抽水，同时从井外回填的碎石处灌注自来水，将管内泥浆水抽净，土方开挖半个月前启动基坑的降水井进行抽水，及时降低基坑内地下水位。
⑶抽水过程安排专人跟踪记录，并及时分析整理，以指导基坑施工。

3基坑开挖施工
根据地铁基坑施工经验以及“竖向分层，纵向分段，先撑后挖，平衡挖土”的原则组织施工。由于本基坑较狭长，且为降低基底土方卸载速度，土方开挖由南向北施工，采用反铲挖掘机接力传土和分段分层放坡退挖法流水施工，如图5～6所示。

3.1第1层土方开挖及冠梁、支撑梁施工
⑴第1道支撑为钢筋混凝土支撑，对撑截面700×800，琵琶撑截面500×700，斜撑截面600×800，支撑梁支顶在冠梁上，梁面齐平，冠梁和支撑梁中心线标高为广州高程13.5m，冠梁截面800×800。
⑵施工流程：基坑土方开挖至钢筋混凝土支撑梁底→梁底土方平整加盖油毡布作支撑梁底模→地下连续墙顶与冠梁连接面凿毛（地下连续墙墙身凿除保护层）→绑扎支撑梁和冠梁（或腰梁）钢筋→支立侧模板→浇筑混凝土→养护、拆模、清理。
⑶钢筋混凝土支撑梁、冠梁和腰梁均采用C30普通混凝土。钢筋混凝土支撑混凝土强度达到设计强度80%后，进行下一层土石方开挖，支撑拆除前主体结构混凝土强度应达到80%。
3.2第2层土方开挖及腰梁、钢支撑施工
⑴第2道支撑对撑采用Ф600（t=12）钢管支撑，腰梁均为2I45a钢腰梁；角撑采用钢筋混凝土支撑，角撑截面600×800，混凝土腰梁截面700×800。第2道支撑中心线标高为广州高程8.00m，钢支撑预加轴力为600kN。
⑵钢支撑安装施工流程：土方开挖至钢支撑梁底→清理墙面→支撑位置弹线就位→三角托架安装→钢围檩安装→水平钢支撑吊装→钢支撑施加预应力→钢锲安设、固定→保压一定时间→拆除千斤顶。
⑶当底板混凝土强度达到80%以上时，便可拆除第2道Ф 600 钢支撑和钢围檩。
3.3第3层土方开挖及底板垫层施工
第3层土方采用机械开挖至基底以上20cm后，改用人工开挖找平，并在旋喷桩加固区域换填15cm厚碎石。基底标高4.5m，第3层土方开挖采用盆式开挖原理，在基坑两侧盆边留土，盆底开挖，稳定后再挖盆边土（如图5）。
基坑开挖完毕进行基底找平处理后，立即分块浇筑15cm厚C15混凝土垫层，按“先挖先做、随挖随做”和“限时施工”的原则，每块垫层紧紧跟上土方开挖的进度和节奏。
3.4车站主体结构施工
根据基坑长度，将主体结构按每段长度24m分为8段，主体结构跟随土方开挖的进度按底板、侧墙、顶板的钢筋、模板、混凝土形成流水作业。主体结构施工采取以下措施：
⑴施工缝采用快易收口网封口，接缝处采用镀锌止水钢板增加水流路径；
⑵同一构件中相邻受力钢筋的绑扎搭接接头宜相互错开。钢筋绑扎搭接接头连接区段长度为1.3倍搭接长度，凡接头中点位于该连接区段长度内的搭接接头均属于同一连接区段，区段内纵向受拉钢筋搭接接头面积百分率分别为≤25%，50%，100%的，其搭接长度分别为（1.2，1.4，1.6）LaE。
⑶底板、侧墙、顶板采用C30、S8抗渗混凝土，浇筑前24h内对垫层进行洒水湿润，采用“一个坡度、分层浇筑、循序推进、一次到顶”的斜面分层法浇筑，边浇筑边振捣，振捣器插入可采用行列式或交错式，振动棒移动距离不应大于50cm，每点振动时间10s～30s，以混凝土表面不再显著下沉，出现气泡及表面泛浆为准。

4施工监测
4.1基坑围护结构体系及周边环境监测
地铁基坑施工中，我们对基坑围护结构体系变形及周边环境按设计要求布点进行动态监测，及时反馈信息和指导施工，确保变形不超过控制值，发现施工过程中的异常情况及时报警。布点情况如图1，监测项目控制值及报警值见表2。对于测斜光滑的变化曲线，若出现明显拐点也应做出报警处理。

基坑支护结构体系中，围护结构变形监测信息最能反映基坑的安全稳定性。本基坑共布设了40个连续墙变形监测点，通过变形量最大的S8#测斜孔（位于基坑西侧中间的连续墙内）的位移曲线（如图7），说明各阶段施工过程中基坑安全稳定性得到了有效控制。

4.2三号线隧道的自动化监测
⑴由于地铁运营采用封闭式管理，频繁进出隧道进行监测作业难以实现且不安全。我们对三号线隧道结构的三维变形采用自动化监测，只需一次请点进入地铁隧道，安放自动化监测仪、铺设电线、布设监测点、基准点及校核点，之后便可通过计算机获取隧道结构的变形数据并进行分析。
⑵采用徕卡Geomos软件进行自动变形监测，该系统具有自动控制及变形数据分析功能，将自动完成测量周期、实时评价测量成果、实时显示变形趋势等智能化的功能合为一体。将TCA自动化全站仪安置在隧道侧壁的强制对中托盘架上，现场通过变压稳压设备对其进行不间断供电，保证对其本身的长效供电电池充电，全站仪数据通过CDMA模块传输到数据中心（办公室），同时将监测指令传输到采集设备（全站仪）。实现远程自动的变形监测。
⑶专业监测单位在对应的三号线隧道左、右线隧道各布设7条断面，断面间距30m；每断面内布设4个监测点，隧道底板1个、顶部1个、中腰两侧各1个，共计56个监测点。
各阶段施工过程中，隧道结构安全得到了良好的保护，三号线右线隧道底结构变形曲线如图8。

5结束语
本基坑工程各项工序全部顺利完成，基坑围护结构体系变形、周边环境及三号线隧道结构变形均没有突破警戒线，工程施工安全、可靠；施工没有对三号线正常、安全运营造成影响，避免了可能出现的施工风险，受到了监理、业主的好评，创造了良好的社会效益。

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