地铁隧道上方下沉式广场深基坑施工技术

摘　要：杭州金沙湖绿轴下沉式广场基坑面积大，深度深，位于已建成的地铁1号线盾构区间上方，坑底距盾构管片距离近，设计采用“门”字形三轴搅拌桩全断面套打形式对地铁隧道外围进行加固保护，利用数值分析模拟土体分块卸荷，采用施工信息化手段严格按隧道管片位移监测情况，结合分区分段跳槽开挖的方法进行施工，有效地解决了基坑施工对下卧地铁隧道的影响，确保了地铁安全。
关键词：深基坑,地铁；下沉式广场；施工技术

　　1工程概况
　　金沙湖绿轴下沉式广场位于杭州下沙金沙湖北侧九沙大道和彩虹绿轴交叉口处，西临地铁1号线下沙西站，广场为月牙形，总面积为14580m2，其下为地铁1号线盾构区间上、下行线，坑底距盾构管片最小距离为3.17m，隧道外径6.2m，广场核心区上方为上跨下沉广场的九沙大道连续钢箱梁桥(3m+22.5m+22.5m+3m)。下沉广场周边为缓坡式大阶梯绿化景观设计，广场平均开挖深度为5.3m，桥梁桩基承台开挖深度为6.8m(见图1)，本工程土建部分于2010年12月开工，2011年10月完成，经后续1年的连续监测，各构筑物无变化。
　　2周边环境及工程水文地质

　　场区建设期间，周围环境相对较好，除西邻下沙西站主体结构，其下为地铁1号线下沙西站—中心站盾构区间外，周边无建筑物、无架空线和地下管线。
　　本场区为钱塘江西岸的冲海积平原，地貌形态单一，地势平坦，场区内地下水埋深0.90～3.10m，受季节影响变化幅度大，承压水对本基坑影响不大，主要为潜水层。开挖土层主要有:①1层杂填土、①2层素填土、②1层粉质砂土和③1层砂质粉土，地铁盾构区间位于③4层砂质粉土，主要开挖土层的渗透系数如表1所示。 　　3围护和降排水设计
　　下沉广场周边按设计的景观缓坡式放坡，部分地段采用挂网锚喷，地铁盾构区间范围为本基坑的核心区，地基加固采用850@600的三轴搅拌桩满堂套打加固，剖面呈“门”字形(见图2)，其中隧道两侧土体加固深度为24.5m，距隧道管片最近为3.1m，共1260组，隧道正上方土体加固深度为6.79m和8.85m，距隧道管片仅1.0m，共4410组(三轴为1组);其余广场南、北两侧简称为非核心区。
　　灌注桩桩基分为3类:①加固抗拔桩81根600灌注桩，桩长45.2m，布设在隧道两侧，共3排;②结构抗拔桩，45根1000，178根900，62根800;③桥梁桩基24根1500钻孔灌注桩，桩长56.78m。
　　地铁隧道内部加固措施，原拟采用型钢“米”字形加固，管片纵向采用型钢连接，法向采用增设锚杆注浆，应急情况下，隧道内堆载压重措施，因地铁铺轨和试车需要，同时也为今后在地铁运营情况下，地铁上部类似基坑工程设计施工提供经验的需要，隧道内部不作任何加固处理，对施工提出了较高要求。
　　根据本场地地质水文情况、工程基坑开挖及基础底板结构施工要求，同时考虑地铁隧道的有效保护，采用自流深井降水，深井成孔800，内放300UPVC管，各管井间距在15～20m，分两种深度的降水井施工，非核心区共设83口，井深16m，核心区设10口，井深10m，基坑周边设400mm×400mm的排水沟。
　　4施工方案
　　4.1工程的难点和重点
　　1)核心区上跨桥梁桩基施工对隧道影响(侧向)。2)核心区三轴搅拌桩施工对地铁隧道影响(侧向和正上方)。3)降水不当对地铁的影响。4)开挖过程中，地铁隧道的上浮。5)广场底板上浮。
　　4.2隧道开挖分段分区数值模拟
　　取长度为300m、高度为150m范围内的土体作为计算对象，建立ANSYS模型，隧道顶部开挖宽度按照34m考虑，模拟开挖后计算坑脚最大隆起量为9mm，已超出设定报警值，必须分区分段进行开挖，如图3所示。 　　4.3开挖分区
　　根据地铁隧道保护和施工总体进度要求，施工开挖分两期进行，一期为广场隧道盾构穿越段，即核心区土方开挖，该区域长53.4m、宽33.2m;二期为广场南、北两侧非核心区开挖。
　　4.4开挖分段分层跳槽
　　核心区广场基底距离左线隧道管片顶最小距离为3.17m，距离右线隧道管片顶的最小距离为4.33m，开挖深度为5.3m，桥梁承台位置为5.95m;开挖依据“时空效应”理论，以及纵向分段、竖向分层、分步、对称的原则，结合数值模拟分析确定每次开挖的长度为33.2m，宽度为5.75～6.00m，分层开挖厚度不超过2m，开挖和底板钢筋绑扎混凝土浇筑时间不超过24h。
　　跳槽开挖顺序:2(8)→4(6)→1(9)→3(5，7)，如图3所示。
　　4.5坑底及时压重加载
　　核心区分段开挖及时浇筑垫层和底板混凝土后，为减少坑底回弹变形量，采取临时堆载措施，一方面降低卸荷水平，另一方面尽可能缩短卸荷后的暴露时间，堆载通常在底板混凝土具备一定强度后即可进行，加载也可在隧道内部进行，以适当平衡上部土体开挖的卸荷量，本项目为取得一定经验，未在隧道内部加载。
　　5工程监测
　　监测内容及监测数量如下:坑外土体位移测斜孔13个，坑外地下水位观测孔34个，地表沉降观测点244个，管片沉降、收敛、水平位移观测218环，坑内利用管井水位观测点10个。隧道沉降、收敛报警值:累计变形8mm，连续3d的位移速率超过2mm/d。对隧道管片沉降、收敛、水平位移采用信息化法实时采集数据，根据实际施工监控，在三轴搅拌套打过程中，隧道管片最大累计位移为－6.7mm(下沉)，开挖施工完工后隧道管片最大累计位移为5.6mm(上浮)，隧道变形严格控制在要求的±10mm范围内。
　　6结语
　　本项目为高地下水位下砂质粉土层中，已建地铁盾构区间上方基坑开挖工程，坑底距隧道盾构区间距离小，开挖范围广，面积大，对地铁盾构区间影响范围大，采用“门”字形三轴搅拌桩全断面套打对土体进行加固的设计方式，结合分区分段跳槽开挖的施工方法，严格按照隧道管片位移信息化监测情况指导开挖施工，隧道变形可以控制在报警值范围内，为今后在已建地铁隧道上方的类似工程提供设计、施工经验，并确保在已建隧道上方进行构筑物基坑开挖的安全实施提供参考。