CN103321230B - 在运行浅埋地铁长距离穿越场地中的深大基坑开挖方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在运行浅埋地铁长距离穿越场地中的深大基坑开挖方法，包括（1）设置分隔墙，将基坑分为远离地铁隧道的大基坑和紧邻地铁隧道的小基坑；（2）在小基坑内采用超深搅拌桩和旋喷桩相结合的加固方式；（3）在地铁隧道既有地墙两侧设置一排绑桩，与地铁隧道既有地墙刚性连接；（4）在小基坑内设置复数个降水井兼回灌井；（5）开挖基坑，先开挖大基坑，后开挖小基坑；（6）大基坑采用钢筋混凝土支撑，小基坑第一道支撑采用钢筋混凝土支撑，余下道支撑采用钢支撑；（7）监测运营地铁隧道，根据隧道变形利用降水井采取相应的降水回灌和限载的措施。本发明大大减少了基坑隆起变形，严格控制了基坑开挖引起的周边变形。

Description

在运行浅埋地铁长距离穿越场地中的深大基坑开挖方法

技术领域

本发明关于一种基坑开挖方法，尤其是指一种在运行浅埋地铁长距离穿越场地中的深大基坑开挖方法。

背景技术

随着城市建设的发展，城市轨道交通网络逐渐建成完善，地铁沿线往往成为商业、住宅建筑等开发的黄金地带，并促进了地下空间开发规模日益增大，因而越来越多的基坑工程位于已运行地铁隧道之上或两侧，特别是出现了相互间距离很小、甚至暴露地铁车站或隧道的情况。这些大面积的深基坑施工必然引起周围地层移动，导致地铁隧道的变形，甚至对隧道结构安全和地铁列车正常运营产生严重威胁。

由于已运营的地铁车辆对隧道的变形极为敏感，地铁隧道对变形要求极为严格，上海市地铁沿线建筑施工保护地铁技术管理暂行规定要求：一般情况下，隧道最大位移不能超过20mm；隧道变形曲率半径必须大于15000m；相对弯曲不大于1/2500。因此，此类基坑工程的设计施工中环境保护和变形控制尤为重要，研究紧邻基坑施工对地铁隧道的影响并提出相应的预防和保护措施具有很重要的工程实际意义，尤其是对于长距离穿越深基坑的运行中浅埋地铁的施工技术尚未见报道，给设计和施工都提出了非常大的挑战。

一方面地铁正在运行，对新建基坑施工会造成很大影响。另外一方面新建基坑开挖必然产生变形，进而影响已建地铁的运行。这种附加的变形必须控制在地铁运行允许值的严格范围之内。

目前传统的基坑开挖的方法对周边建筑物产生的变形比较大，靠近基坑开挖施工的地方变形有的达到30－50mm，大大超出地铁隧道运行允许的范围。因此，对于靠近运行地铁的地方开挖全新的隧道基坑需要新的开挖方法来保证运行地铁的安全。

国内外对隧道附近基坑施工方法的研究很少，经对现有技术文献检索发现，中国专利申请号200910050630.9，发明名称：盾构隧道上方基坑施工方法，公开号：CN101550698，该专利自述为：本发明提供盾构隧道上方基坑施工方法，通过搅拌桩内插H型钢对盾构隧道周边土体进行加固并对基坑进行围护；设置抗拔桩控制基坑隆起变形；并利用分隔桩将一基坑分为若干个宽度为8m以下的小基坑，对每一小基坑通过跳仓的方法进行开挖；在每一小基坑开挖至最后一层土体时留土2-4m，将每一小基坑分成若干个小块，然后对每一小块进行开挖；在每一小块土体挖完后，对每一小块底板进行砼浇筑，并且从每一小块土体开挖至砼浇筑完成，要在7小时内完成；通过以上方法可以减少基坑开挖时基坑的隆起变形，从而使盾构隧道的隆起变形符合规定的要求，满足地铁正常运行的需要。该发明有效地减少基坑开挖时基坑的隆起变形。但是对于基坑深度大于隧道埋深，隧道穿越基坑场地的情况还是束手无策。

由此，需要一种能够满足运行地铁隧道两侧新建基坑开挖的需要，解决传统基坑开挖方法造成的变形不能满足运行地铁要求的基坑开挖新方法。

发明内容

本发明针对上述现有基坑开挖技术中在紧邻运行地铁施工技术存在的不足，为了满足运行地铁隧道两侧新建基坑开挖的需要，解决传统基坑开挖方法造成的变形不能满足运行地铁的要求，提出了一种基坑开挖的新方法。

为了达成上述目的，本发明提出了一种在运行浅埋地铁长距离穿越场地中的深大基坑开挖方法，包括以下步骤：

（1）设置分隔墙，将基坑分为远离地铁隧道的大基坑和紧邻地铁隧道的小基坑；

（2）在紧邻地铁隧道的小基坑内采用超深搅拌桩和旋喷桩相结合的加固方式；

（3）在地铁隧道既有地墙两侧设置一排绑桩，与地铁隧道既有地墙刚性连接；

（4）在紧邻地铁隧道的小基坑内设置复数个降水井兼回灌井；

（5）开挖基坑，先进行远离地铁隧道的大基坑开挖，后进行紧邻地铁隧道的小基坑开挖；

（6）远离地铁隧道的大基坑采用钢筋混凝土支撑，紧邻地铁隧道的小基坑第一道支撑采用钢筋混凝土支撑，余下道支撑采用钢支撑；

（7）施工过程中对运营地铁隧道进行监测，根据隧道变形控制要求利用所述降水井采取相应的降水回灌和限载的措施，调整隧道结构位移。

本发明的进一步改进在于，在步骤（1）中，紧邻地铁隧道的小基坑又通过分隔墙分为若干个分小基坑。

本发明的进一步改进在于，步骤（2）中还包括步骤（21）：

小基坑根据距离地铁远近采取不同的加固深度和加固形式，靠近地铁的位置采取深度较深的满堂地基加固，远离地铁的位置采取深度较浅的满堂地基加固或抽条地基加固。

本发明的进一步改进在于，在步骤（3）中，所述的绑桩下部采用钻孔灌注桩形式，开挖面上部采用角钢格构柱形式，桩柱顶与地铁隧道既有地墙刚性连接。

本发明的进一步改进在于，在步骤（5）中，大基坑采用“分层、分块”的盆式开挖的方式，方法如下：

根据基坑深度进行由上向下的分层开挖，并且完成支撑的设置；先开挖基坑中间，保留坑边约20m宽的土体护壁，并分块开挖，逐块形成支撑体系；边块的开挖顺序根据工程基坑形状特征，沿基坑一端向另一端进行开挖，形成横竖两个方向的支撑体系。

本发明的进一步改进在于，在步骤（5）中，小基坑采用“间隔、跳仓、非对称”的方式开挖，方法如下：

沿地铁隧道一侧最多不超过2个分小基坑同时开挖，待一侧小基坑开挖完成后，再进行另一侧小基坑的开挖；同侧开挖的分小基坑必须间隔、跳仓，中间留置一分小基坑作为缓冲区域。

本发明的进一步改进在于，在步骤（7）中，根据隧道自动监测，若隧道发生隆起，则利用所述降水井作为降压井，抽水抵抗隆起；若隧道发生沉降，则利用所述降水井作为回灌井，用回灌和限载的方法控制沉降。

本发明利用时空效应原理，采取了一套综合处理措施来控制基坑开挖对邻近隧道的影响，克服了传统基坑开挖的不足，比较适合变形要求严格的地铁隧道周边基坑开挖的施工，良好地保护了周边环境，有利于保证工程质量和工程进度。

附图说明

图1是本发明的在运行浅埋地铁长距离穿越场地中的深大基坑开挖方法的流程示意图。

图2是本发明的实施例的基坑平面图及其与邻近地铁隧道的关系示意图。

图3是本发明的实施例的地铁隧道两侧地基的加固平面图。

图4是图3的局部放大示意图。

图5是图2中I-I面的基坑剖面图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

浦东世纪大都会2-3地块工程位于上海市浦东新区陆家嘴金融贸易区，基坑面积约为3万平方米。基坑南侧紧邻世纪大道枢纽站，且该枢纽站的6号线浅埋地铁区间隧道将本工程基坑一分为二，浅埋隧道埋深约为8米，浅埋隧道与本工程共墙，地连墙深度为40m，地铁隧道将在深基坑开挖下形成双面临空结构。

本工程为了减小对地铁隧道的影响，采取了以下措施：

参见图1所示，步骤S101中，通过设置分隔墙的方式，将基坑“化整为零”分为远离浅埋地铁隧道的大基坑以及紧邻地铁隧道的小基坑。

结合图2所示，通过设置分隔墙，将基坑“化整为零”，将距离浅埋地铁隧道10距离20m的范围设置分隔墙将基坑分为远离地铁隧道10的A1、B1两个大基坑和靠近地铁隧道10的宽度为20m的小基坑。小基坑之间再按照长度为40m左右设置分隔墙，又分为A2～A8、B2～B9若干个分小基坑。大、小基坑间分隔墙采用1m宽、50m深的地下连续墙形式，分小基坑间分隔墙采用0.8m宽、36m深的地下连续墙形式。其中大基坑开挖深度为22.8m，小基坑的开挖深度为14.75m～22.8m。

步骤S102中，在紧邻地铁隧道10的小基坑内采用超深搅拌桩和旋喷桩相结合的加固方式。

结合图3、图4所示，地铁两侧地基加固措施，根据距离地铁隧道10远近的不同，采取不同的加固深度和加固形式，小基坑靠近浅埋地铁隧道10的位置可采取深度较深的搅拌桩满堂地基加固20，远离浅埋地铁隧道10的位置可采取深度较浅的满堂地基加固或高压旋喷桩抽条地基加固30，在大基坑的周边还设有沿墙边高压旋喷桩裙边加固40。如考虑到浅埋位置原有地连墙深度不足，无法隔断承压水，可在各分小基坑中设置一条0.85m宽、50m深的超深三轴搅拌桩加固，作为浅埋地铁的止水帷幕。小基坑地基加固可有效减少基坑开挖对隧道的水平位移。

步骤S103中，在浅埋隧道既有地墙两侧设置一排绑桩，桩顶与暗埋隧道既有地墙刚性连接。

结合图5所示，沿着浅埋地铁隧道10两侧每隔5m左右设置一根绑桩50，所述的绑桩施工方法如下：绑桩50下部采用Ф1000钻孔灌注桩形式，绑桩桩端应进入良好的持力层，具有足够的抗拔与抗压承载力，开挖面上部采用角钢格构柱形式，桩顶与暗埋隧道既有地墙60刚性连接。

步骤S104中，在开挖前，每个小基坑内设置数量不等的降水井兼回灌井。

每个小基坑设置4～6口降水井，除了维持基坑开挖时常规的承压水抽降功能外，在浅埋隧道出现隆沉时，降水井可兼作回灌井或降压井的作用。通过抽降或回灌的地下水处理措施，平衡浅埋地铁隧道的竖向位移。

步骤S105中，基坑开挖时采用大小基坑分别开挖的方式，先进行远离浅埋隧道的大基坑开挖，后进行靠近隧道的小基坑开挖。

具体地，所述的大基坑采用“分层、分块”的盆式开挖的方式。根据基坑深度进行由上向下分层开挖，并且完成支撑的设置。大基坑先开挖基坑中间，保留坑边约16～22m宽的土体护壁，并分块开挖，逐块形成支撑体系。边块的开挖顺序根据工程基坑形状特征，在本实施例中，开挖顺序根据本工程基坑三角形的形状特征，沿三边由一端向另一端进行开挖，尽快形成横竖两个方向的支撑体系。

具体地，所述的小基坑采用间隔、跳仓、非对称的方式开挖。沿浅埋基坑一侧最多不超过2个分小基坑同时开挖，待一侧基坑开挖完成后，再进行另一侧基坑的开挖。同侧开挖基坑必须间隔、跳仓，中间留置一分小基坑作为缓冲区域。可减少同一时间段内同一位置浅埋地铁两侧土方的卸载量，有效控制对浅埋隧道的隆起影响。

步骤S106中，远离浅埋隧道的大基坑可采用刚度较大的钢筋混凝土支撑形式，紧邻浅埋隧道的小基坑第一道支撑采用钢筋混凝土支撑形式，余下道支撑采用时效性更好的钢支撑形式。

结合图5所示，所述的支撑体系施工方法如下：远离浅埋地铁的大基坑开挖体量较大，采用刚度更好的钢筋混凝土70十字对撑形式，混凝土支撑共设5道，每道支撑间距为3～5m；靠近浅埋地铁的小基坑第一道支撑采用钢筋混凝土形式，将先前施工的绑桩圈梁和大小基坑地连墙捆绑一体；余下各道采用钢支撑80的形式，钢支撑80采用液压自动轴力补偿。小基坑在第二道及以下各道支撑的土层开挖中，每小段长度不超过6m。各小段土方要在8小时内挖完，随即在6小时内安装好小段支撑，并施加好轴向预应力。

步骤S107中，施工过程中对运营地铁隧道进行监测，根据隧道变形控制要求采取相应的降水回灌和限载的措施，调整隧道结构位移。

根据隧道自动监测，若隧道发生隆起，则利用降水井作为降压井，抽水抵抗隆起；若隧道发生沉降，则利用降水井作为回灌井，用回灌和限载的方法控制沉降。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种在运行浅埋地铁长距离穿越场地中的深大基坑开挖方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)设置分隔墙，将基坑分为远离地铁隧道的大基坑和紧邻地铁隧道的小基坑，紧邻地铁隧道的小基坑又通过分隔墙分为若干个分小基坑；

(2)在紧邻地铁隧道的小基坑内采用超深搅拌桩和旋喷桩相结合的加固方式，小基坑根据距离地铁远近采取不同的加固深度和加固形式，靠近地铁的位置采取深度较深的满堂地基加固，远离地铁的位置采取深度较浅的满堂地基加固或抽条地基加固，在大基坑的周边设置沿墙边高压旋喷桩裙边加固，在各分小基坑中设置超深三轴搅拌桩加固；

(3)在地铁隧道既有地墙两侧设置一排绑桩，与地铁隧道既有地墙刚性连接；

(4)在紧邻地铁隧道的小基坑内设置复数个降水井兼回灌井；

(5)开挖基坑，先进行远离地铁隧道的大基坑开挖，后进行紧邻地铁隧道的小基坑开挖；

(6)远离地铁隧道的大基坑采用钢筋混凝土支撑，紧邻地铁隧道的小基坑第一道支撑采用钢筋混凝土支撑，余下道支撑采用钢支撑；

(7)施工过程中对运营地铁隧道进行监测，根据隧道变形控制要求利用所述降水井采取相应的降水回灌和限载的措施，若隧道发生隆起，则利用所述降水井作为降压井，抽水抵抗隆起；若隧道发生沉降，则利用所述降水井作为回灌井，用回灌和限载的方法控制沉降，调整隧道结构位移。

2.如权利要求1所述的在运行浅埋地铁长距离穿越场地中的深大基坑开挖方法，其特征在于在步骤(3)中，所述的绑桩下部采用钻孔灌注桩形式，开挖面上部采用角钢格构柱形式，桩柱顶与地铁隧道既有地墙刚性连接。

3.如权利要求1所述的在运行浅埋地铁长距离穿越场地中的深大基坑开挖方法，其特征在于在步骤(5)中，大基坑采用“分层、分块”的盆式开挖的方式，方法如下：

根据基坑深度进行由上向下的分层开挖，并且完成支撑的设置；先开挖基坑中间，保留坑边20m宽的土体护壁，并分块开挖，逐块形成支撑体系；边块的开挖顺序根据工程基坑形状特征，沿基坑一端向另一端进行开挖，形成横竖两个方向的支撑体系。

4.如权利要求1所述的在运行浅埋地铁长距离穿越场地中的深大基坑开挖方法，其特征在于在步骤(5)中，小基坑采用“间隔、跳仓、非对称”的方式开挖，方法如下：

沿地铁隧道一侧最多不超过2个分小基坑同时开挖，待一侧小基坑开挖完成后，再进行另一侧小基坑的开挖；同侧开挖的分小基坑必须间隔、跳仓，中间留置一分小基坑作为缓冲区域。