【摘 要】随着地铁建设的快速发展，常常需要在城市中心地带开挖深基坑，由此，带来了如何保护城市中心地带重要建筑物的施工难题。针对此难题，通过介绍天津地铁文化中心站基坑开挖过程中对邻近博物馆的保护方案及初步分析，供设计、施工同行参考或进一步研究。

【关键词】天津文化中心交通枢纽工程 博物馆建筑 基坑 保护方案 隔离桩

 

      天津文化中心地处天津中心城区，范围包含友谊路以东、隆昌路以西、乐园道以南、平江道以北的整个区域，中部则为越秀路贯穿南北，总占地面积约 900 000 m²。地下交通枢纽位于文化中心的西侧，西临友谊路，北临乐园道，包括地面公交枢纽场站、轨道交通 M5、M10、Z1 线及其相邻的地下商业及停车库等，总平面面积约 113 700 m²。其中 5 号线文化中心站、10 号线文化中心站为地下两层岛式车站，Z1 线为地下 3 层岛式车站(图 1)。轨交 5 号线及轨交 10 号线车站主体结构基坑深16.7 m 左右，Z1 线站基坑深 26.3 m。围护结构拟采用地下连续墙加内支撑体系，主体结构采用盖挖法施工。轨交 10 号线与 Z1 线车站采用 T形换乘，换乘节点处临近天津博物馆。地铁基坑距离博物馆承台基础最近处为35.8 m，距离博物馆桩基础最近处为 13.8 m。天津博物馆占地面积 570 000 m²，总建筑面积 35 032 m²，建筑共 3 层，最高处为 33 m，主体部分结构形式为钢筋混凝土框架———剪力墙钢支撑结构，屋顶为钢网壳，建筑平面呈半圆形，直径达186 m，基础形式为桩—承台基础。

      本工程场地影响范围内地层主要为第四系全新统人工填土层、第Ⅰ陆相层、第Ⅰ海相层、第Ⅱ陆相层及第Ⅲ陆相层，岩性主要为黏性土、粉土、粉砂。地表普遍分布人工填土层，其具有土质不均、结构松散、厚度变化较大、工程性质差(图 2)的特点。我们根据现场抽水试验的初步结果，第一承压含水层承压水水头大沽标高约为±0.00，第二承压水水头大沽标高约为 0.50 m。

      勘察期间测得场地地下潜水水位如下：初见水位埋深0.90 m～3.50 m，相当于标高 0.80 m～0.40 m；静止水位埋深0.10 m～2.70 m，相当于标高 1.60 m～1.20 m；潜水水位一般年变幅在 0.50 m～1.00 m左右。

      根据天津博物馆提供的基础资料，其拱脚为沉井基础，尺寸为4.8 m×6.0 m，拱脚推力为18 000 kN (水平夹角为22.7°，推力方向平行于基坑)，基础埋深约为14 m。我们根据工程地质及水文条件，对博物馆保护方案基于以下原则及思路进行：（1） 通过设置封堵墙将地铁车站分为独立基坑进行施工；（2）基础保护主要考虑截水措施，来降低地下水流失的影响，以基坑地下连续墙深穿透第二承压水层，来确保基坑外承压水层水头不损失；（3）加固基坑周边土体，控制土体沉降；（4）拱脚推力方向考虑一定刚度的抗推措施；（5）拱脚周围设置适量带压回灌井，必要时进行回灌处理。

      根据以上原则及思路，博物馆保护方案如下：

      （1） 在 地 下 连 续 墙 与 博 物 馆 之 间 设 置 两 排φ1 000 mm@1 200 mm钻孔灌注桩 (隔离桩加固方案如图 4所示，隔离桩配筋如图5 所示)，桩顶设盖板，桩深 38 m。

      （2）在地下连续墙接缝外侧采用双高压旋喷桩止水的方式来截断第二承压含水层，深度同地下连续墙一致(地下连续墙深 66 m，穿透第二承压水层)。

      （3）垂直拱脚方向设置两排 φ1 000 mm@1 200 mm钻孔灌注桩，桩深38 m，两排桩之间间距 10 m，内排桩与拱脚间距 30 m。

      （4）在靠近博物馆的基坑外侧，钻孔灌注桩外侧，设置一排回灌井，其直径同坑内降水井，间距应结合浅层降水井和水位观测井布置，间距不宜小于 12 m，距离基坑侧边应大于6 m，回灌井宜进入稳定水面下 1 m，且位于渗透性较好的粉土层中，过滤器的长度应大于降水井过滤器的长度。

      施工工序为：施工靠近基坑一侧钻孔灌注桩→施工靠近博物馆一侧钻孔灌注桩→施工盖板→施工连续墙→施工旋喷桩、搅拌桩钻孔灌注桩施工采用跳桩施工,采用隔 2 打 1的形式。

 

      天津博物馆是本次工程的重点保护建筑。基坑开挖之后，博物馆很有可能产生较大地不均匀沉降，而造成博物馆主拱及网架结构受力不匀，进而形成较大的风险。因此在本次工程监测过程中，必须对天津博物馆进行及时、准确地监测工作，以确保天津博物馆在施工过程中的绝对安全。天津博物馆各项监测点的布置如表1 所示。为节省篇幅，本文仅对博物馆沉降进行分析。实测沉降如图6所示，结果表明：博物馆靠近基坑一侧的最大沉降位移为9 mm，且最大沉降发生在基坑开挖后的50 d内；基坑开挖完成后博物馆累积沉降变化幅度在 2 mm以内，即博物馆已经形成稳定移位场。

      本工程采用PLAXIS 8.2有限元软件模拟基坑开挖过程中的变形。基坑开挖深度26.3 m，宽26.7 m，有限元模型取半边结构进行分析，宽度方向取100 m，深度方向取 65 m。土层参数按地勘报告取值，其中离开基坑2 m～7 m 范围内考虑 20 kPa 超载(有限元模型如图 7 所示)。计算得到的桩顶对应地面处的沉降如图 6 所示：有限元计算得到的最大沉降为9.3 mm；计算值与实测值吻合良好，有限元软件能很好的预测基坑及其周边变形。

      本文介绍了天津市文化中心交通枢纽地铁基坑开挖过程中，对临近博物馆采取保护方案并采用有限元软件对变形进行了分析。研究结果表明，采用隔离桩以及连续墙穿透承压水层能有效控制沉降；使用有限元软件计算能很好地预测基坑变形。

 

[1]刘钊,余才高,周振强.地铁设计与施工[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2]北京城建设计总院.GB 50157- 2003地铁设计规范[S].中国标准出版社,2003.

[3]李伟强，罗文林.大面积深基坑开挖对在建公寓楼的影响分析[J].岩土工程学报,2006(11)：1861- 1864.