地铁端头井深大基坑施工工艺的优化
2010-06-09 00:13
地铁端头井深大基坑施工工艺的优化
【摘要】基坑开挖作为一项成熟的工艺,在地铁端头井施工中已得到广泛应用。针对某一具体项目,通过开挖方案优化和实施支撑爆破拆除等技术方案及施工参数的调整优化,在实施中被证明对控制基坑变形量、确保基坑施工的质量和安全,并在缩短工期方面有较良好的效果。
【关键词】地铁隧道端头井基坑开挖方案优化监测效果
1 工程概况
上海地铁2号线东延伸华夏东路站位于浦东华夏东路和新德路之间，基坑呈长条形，总占地面积10 000 m2，其中北端头井平面大致呈正方型,基坑内净尺寸长49 m×46 m，平均深16 m,局部开挖深度达17 m,在同类地铁端头井中属深大基坑。端头井西侧8 m处为6层老式民宅，北侧10 m华夏东路为交通主干道，且下敷老式雨污水管道及市政四大管线。东侧3.5 m处为3层公寓，根据业主方对2号线的统筹安排，北端头井做为盾构始发井和设备集中的中转站，工期紧、质量要求高。对基坑施工的技术措施和工艺要求较高。端头井平面尺寸见图1。
2 工程地质
北端头井施工区域内各项土质分布为上海典型软土地质。
端头井基坑按二级基坑划分。地铁基坑保护等级经设计验算各项工况安全系数能够满足要求。
3 基坑围护方案
基坑选用宽800 mm的地下连续墙，深度34 m，插入比1∶1，基坑围护用4道支撑，1~3道采用钢筋混凝土支撑，第4道为φ609 mm钢管支撑。
为了确保地下连续墙成槽质量，采用二轴搅拌桩进行槽壁加固。地下连续墙施工完成后，用旋喷桩工法进行局部土体加固。
为确保端头井基坑封闭，在端头井和标准段交接处设临时封堵，采用宽800 mm的地下连续墙。
4 开挖难点
（1）场地狭小，土方量大(约4万m2)，周边环境复杂。在同类型的端头井中,本例基坑面积较大、深度较深,东、西两侧距管线、建筑物和居民小区较近,基坑开挖变形控制要求高.根据如上特点,我们在基坑的保护等级上做了相应提高。即按一级基坑做保护要求,围护墙体变形量要求控制在0.3H％48 mm以内.因此给施工工艺提出更高的要求。
（2）施工期间正值雨季,一旦临时坡放坡不当,措施不力,势必造成土体滑坡等恶性事故的发生。此外,混凝土支撑的拆除也是施工难点之一。若采用常规的搭设排架进行人工拆除也存在较高风险。
（3）本工程北井做为盾构接收井,为配合盾构施工,工期要求较紧。
5 基坑开挖与支撑施工
（1）-5.90 m至自然地面的开挖根据设计需要，地铁超深基坑的地下连续墙在-5.90 m以上用素混凝土浇筑，并贯穿整个基坑，开挖土方时如不及时凿除，将直接影响基坑开挖的进度，故先分层开挖沿地铁的地下连续墙两侧的土方，暴露出素混凝土地下连续墙，为凿除地下连续墙形成工作面。并及时凿除地下墙接驳器进行第一道混凝土支撑钢筋绑扎，混凝土浇筑。为减少混凝土支撑养护时间，混凝土标号由C30提高到C40.
（2）-9.27 m～-5.90 m的开挖采用中心岛开挖法“，中心岛法”斜支撑基坑支护方法是先利用坑内被动区土体的自稳能力抵抗基坑支护桩的侧向变形，进行中部土方开挖和基础施工；待中部基础施工完毕后，在基础上设置斜撑控制边坡变形，再进一步开挖被动区土体和施工基础结构。采用这种支护方式，在基坑开挖初期，坑内可不设支撑，施工的空间很大，施工方便；后期斜撑拆除较其他型式的内支撑要快，可以明显加快施工进度[3]。施工先挖中间正方（3 600 m）2土体，斜坡坡比1∶1，并及时凿除地下墙接驳器进行第2道混凝土支撑钢筋绑扎，混凝土浇筑。为减少混凝土支撑养护时间，混凝土标号由C30提高到C40.并充分发挥对角三角土体自身强度，最后对称开挖对角三角撑部位。
（3）-15.9～-9.27 m的开挖采用中心岛开挖法，即先挖中部土（2 000 m）2，斜坡坡比1∶1.5，并及时素混凝土封底，同时发挥对角土体自身强度，最后对称开挖对角三角撑部位，并及时凿除地下墙接驳器进行第3道混凝土支撑钢筋绑扎，混凝土浇筑。为减少混凝土支撑养护时间，混凝土标号由C30提高到C40.将该端头井最后一层土体3 500 m2的土方分成5块开挖，以时间换空间，每一块挖土后在24 h形成厚30 cm垫层支撑，有效地减少了地下连续墙的暴露时间和变形。为充分发挥垫层的临时支撑作用，把垫层标号由C20提高到C30。
6 降水
浅层水采用疏干井降水(深井井点降水)，承压水采用降压井降水。经过计算，共布置疏干井口、降压井10口。降压井孔径650 mm，在-17 m区域埋深-19 m，过滤器埋深-17m～-19 m，根据土质情况采用双滤头。在开挖至第3层土方时，我们分4个阶段进行抽水试验，抽水泵选用深井水泵，流量40 m3／h扬程分别为60 ITI和45 ITI以上。试验表明，降压井停止降水后5 min，水位恢复至10％，30 min恢复至37％。现场2口降压井可以满足施工安全要求。降压井亦作为水位观测井和备用井。
7 支撑爆破拆除
在土方开挖及钢筋混凝土底板结构完成后,开始内部结构施工,随机采用户爆破方式拆除基坑之混凝土支撑。本工程混凝土支撑截面尺寸800 mm×800 mm,方量870 m2,经计算和现场试爆,单段支撑齐爆量3 kg,围檩齐爆量2 kg,第二和第三道支撑和围檩结合底板和中板强度分两次爆破。
以上爆破施工参数先进行试爆,并根据试爆效果调整爆破参数.在爆破施工过程中,要重点注意前期的准备工作,包括专家评审、组织协调、日期确定,并做好和交警、居民及社会方方面面的沟通协调,做好安民告示,确保万无一失,避免了人工拆除时间长，噪声大，费用大，安全系数小的缺点。
经统计，采用支撑爆破拆除法比人工拆除法缩短工期约10 d，节约费用约26万元。
8 监测结果
根据最后一层土开挖至封底后基坑围护墙体变形监测数据表明:
（1）北端头井基坑地下连续墙墙体测斜：底板分两次浇筑，第4道钢支撑予以保留，所有底板浇筑完毕后墙体最大位移29 mm。
（2）钢筋混凝土支撑轴力最大达到2 773 kN，(第3道支撑)，设计轴力为3 800 kN，实测各道支撑值一般比设计值低10％～20％。
（3）立柱桩的最大隆起值为16 mm，主要发生在挖土施工阶段，当底板浇筑完成后，趋于稳定。数据趋于稳定.满足二级基坑保护等级的要求。
9 结语
本案通过对地铁基坑北井的方案细化、优化,在实践中通过中心岛放坡,灵活的应用了“分层、分段、对称、均匀”的基坑规范要求,达到了较好效果；我们还通过论证,大胆地启用了支撑定向爆破,实践的结果也是好的,既确保了基坑的变形控制和安全,又避免了人工上高空拆撑事故的发生,同时缩短了工期,创造了明显的经济效益。
参考文献
[1]刘建航,侯学渊《.基坑施工手册》北京建筑工业出版社,1997.
[2]《城市轨道交通设计规范》DGJ08-109-2004.10.4.2-1-1.
[3]徐德馨，唐传政等《.“中心岛法”斜支撑基坑开挖坡比探讨》.城市勘测，2008.
