紧邻既有高架桥深基坑施工风险及应对措施研究

1 引言

城市中土地资源紧缺，地质条件复杂，既有建（构）筑物分布密集，给基坑工程的施工安全与施工质量带来了挑战，狭小空间施工工艺以及对工程周围环境的保护成为工程热点[1～3]。

受当下施工工艺，深基坑的开挖必将引起周围地层水位和应力场的改变，导致周围地层变形。但目前仍缺乏对施工过程中的风险及应对措施的研究，本文以深圳城市轨道交通14 号线布吉站基坑工程为依托，对坑施工过程中存在的风险和应对措施进行了研究和总结。

2 工程及地质概况

2.1 工程概况

深圳城市轨道交通14 号线布吉站为地下3 层岛式换乘车站，位于地铁3 号线高架与龙岗大道布吉高架桥夹持的龙岗大道西侧道路下方，沿龙岗大道呈西南- 东北方向布置，如图1 所示。

图1 布吉站平面示意图

车站基坑主体长239 m，标准段基坑宽度为22.3 m、深度为26.6 m，采用明挖法施工，围护结构采用咬合桩，设置4 道支撑，采用坑内降水方案。

2.2 地质概况

布吉车站的原始地貌主要为冲洪积平原，基坑范围内土层由地表向下分别为：第四系全新统人工素填土、冲洪积粉质黏土、砾砂、全风化至微风化的下伏侏罗系角岩，岩体基本质量等级为Ⅴ级。地下水位位于埋深2.8～9.7 m，基坑范围内主要为赋存于第四系岩土层的松散岩类孔隙水和略承压性的基岩裂隙水两类。

3 工程难点

布吉站基坑周边建构筑物密集，西侧毗邻3 号线高架车站及草布高架区间、北侧紧邻5 号线的布百右线盾构区间、东侧紧靠龙岗大道高架桥。工程具有以下难点：

1）由于施工场地紧邻既有高架桥，施工区域的高度、宽度都受到极大的，施工空间极其狭小，必须采用低净空作业，施工难度大并且质量难以保证；

2）既有建（构）筑物对地层的荷载增大了基坑支护难度；

3）施工过程中需做好对既有建（构）筑物及周围行人、车辆的保护。

4 施工风险及应对措施

4.1 咬合桩施工

4.1.1 施工工艺

布吉站基坑选择钻孔咬合桩作为基坑的围护结构，咬合桩成孔采用DTR-2016H 型全套管全回旋钻机，护壁为套管；取土方式采用XR360 旋挖钻机或冲抓斗土层取土+ 潜孔锤岩层破岩；吊装设备为130 t+90 t 履带吊。

4.1.2 影响内容

1）由于紧邻既有高架桥，施工空间受限，大型设备的运作受到严重；

2）影响咬合桩成桩质量，易造成围护结构漏水，坑外地下水携带砂土颗粒流入坑内；

3）成孔过程中超挖引起塌孔，咬合桩强度、刚度不足导致围护桩变形大，致使周边土体失稳，影响高架桥安全运营。

4.1.3 空间受限应对措施

1）旋挖机、冲抓斗、吊机等设备采用低净空设备或进行限高改装，若自带限位功能，则根据施工空间设置好高度、角度，避免司机因误操作而触碰到桥梁。

2）套管、钢筋笼进行分段加工、吊装，分段长度小于常规分段长度。

3）加强吊车、旋挖机司机及信号工技能及安全技术培训。在吊臂端部安装探测雷达，在高架桥上设置红外线报警系统，提醒吊车司机，避免误操作。

4）针对机械设备在限高改装后仍无法安全施工的区域，可采取降低地面标高的方法施工。地面开挖后，采用放坡并挂网喷浆的形式进行临时支护，以避免开挖作业对临近桥墩造成影响。

5）在既有高架桥底部向上3 m 的范围内布置橡胶轮胎结合挤塑板的防护措施，能够有效地保护既有桥墩，减缓设备失误碰撞桥墩时的冲击力。

6）潜孔锤破岩施工时，将潜孔锤施工过程中地表震速严格控制在1 cm/s 以内，降低对周围环境的影响。

4.1.4 成桩质量控制措施

1）为保证桩身质量，混凝土浇筑时应持续作业，不可间断，达到设计标高为止。由于混凝土浇筑时间延长，因此必须延长混凝土的初凝时间。

2）在桩顶之上布设（钢筋）混凝土导墙，钻机就位，当首节套管压入定位孔时，同步进行监测与调整，令套管与定位孔间的空隙均匀分布，严格控制孔口定位误差。

3）对套管的顺直度进行检查和校正、对成孔过程的桩身垂直度进行监测和垂直度纠偏，严格控制桩身垂直度。

4.2 基坑降排水

4.2.1 施工工艺

采用管井降水，先降水后开挖，降水至开挖面以下1.0 m，基坑开挖时随挖随降；坑内设置排水沟及集水坑并用水泵抽出，保证基坑内排水通畅。

4.2.2 影响内容

1）既有高架会对地层施加巨大的荷载，基坑开挖引起的土体卸荷会引起土体变形，严重时会导致高架桥桩基的位移和变形。

2）支撑架设不及时会造成围护结构水平位移，进而导致既有高架的沉降位移。

3）龙门吊线路与既有地铁3 号线间距最小为50 cm。高度距离地铁3 号线高架桥下边线平均50 cm。

4.2.3 应对措施

1）严格监控坑外水位，若出现水位不正常下降，地表及时回灌。

2）及时找到劈叉位置，进行注浆封堵，必要时在围护桩外侧补打旋喷桩止水。

4.3 基坑开挖及内支撑施工

4.3.1 施工工艺

基坑开挖采用纵向分层分段开挖的方法，保持开挖坡面稳定，结合主体结构分段情况，基坑开挖施工自南向北划分为9 个工作区，各工作区长度26.5 m 左右，基坑分段图详见图2。车站布置2 台龙门吊架设钢支撑、运输材料，并进行土石方出渣。

图2 车站基坑总体开挖顺序图

4.3.2 既有高架桥保护措施

1）首先对基坑工程影响范围内的桩基周围地层采用袖阀管进行注浆加固处理，在注浆效果满足要求后，再对桩基进行补桩以及新建扩大承台（见图3）。

图3 袖阀管地层加固及补桩

2）结合场地条件和基坑结构特点，基坑开挖尽可能在同一期内采取平行流水作业方式进行，遵循“开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”的原则。基坑开挖及混凝土支撑平面施工步序为由车站中部向两端开挖，纵向分台阶开挖，随开挖随施作支撑体系。首先，将地表土降至冠梁标高，组织施工冠梁、第一道混凝土支撑，在冠梁及第一道混凝土支撑强度达到设计要求后，组织基坑开挖和后续混凝土支撑施工。

3）对既有高架桥布设自动化监测点位，对结构的沉降位移进行实时监测。

4）利用BIM 建模模拟龙门吊行走路线，提前进行碰撞检测，防止碰撞高架桥。

4.4 基坑爆破施工

4.4.1 施工工艺

基坑内岩层采用数码雷管爆破，并设置爆破减震孔以减小爆破振动；基坑周边2～3 m 范围内，或者邻近控制性建（构）筑物，采用机械破除的方式。减少对建筑物的影响，最大震速应小于1 cm/s。

4.4.2 影响内容

1）车站紧邻地铁3 号线和5 号线，人流来往密度大，爆破地震波、爆破产生的飞石会对运营线路及周围人群造成安全隐患。

2）爆破震动对桥梁桩基和轨道产生影响。

4.4.3 应对措施

1）爆破应选在列车运行的空档期实施，爆破前发布公告，设立告示牌。

2）多打孔，少装药，单孔深度不大于1.5 m，优化爆破参数，采用两孔串联爆破，降低爆破影响。

3）硬岩采取数码雷管爆破，且在既有桩基周边设置3 排减震孔，爆破震速控制在小于或等于1 cm/s。

4）采用炮被覆盖爆破区。

5）加强对桥墩及轨道的变形监测。

4.5 支撑拆除

4.5.1 施工工艺

混凝土支撑全部采用绳锯切割拆除，钢支撑采用门吊拆除。

4.5.2 影响内容

在侧墙、中板未达到设计强度及倒撑未架设完成并施加预应力之前拆除支撑会导致围护结构出现位移变形，进而导致周边地铁建（构）筑物沉降位移。

4.5.3 应对措施

1）支撑拆除严格按方案进行，及时设置倒撑。

2）加强支撑拆除时的受力监测，待稳定后开始拆除。

5 结论

本文以深圳城市轨道交通14 号线布吉站基坑工程为依托，针对基坑紧邻既有高架桥的施工条件，总结提出了一系列在基坑围护结构施工、基坑开挖及支撑施工、基坑降排水、基坑爆破等阶段存在的风险以及应对措施。施工监测结果表明，在基坑施工过程中，高架桥墩基础沉降、基坑围护结构的侧向位移均在控制范围之内，基坑施工对高架影响较小，基坑施工处于安全的可控状态。本工程的成功实施，对今后类似工程具备有益的借鉴和参考价值。

1）针对施工空间受限，可对施工设备进行限高改装，对套管、钢筋笼等进行分段加工和吊装，或者通过降低地面标高的方式来完成施工。

2）基坑紧邻既有建（构）筑物，可通过袖阀管注浆或高压旋喷桩的方式对既有桩基附近土体、基坑周围地层进行加固，以降低基坑开挖对周围环境的影响。