地铁保护区范围内的深基坑支护施工

庞小军 王昊鹏 陈桂森

中铁建工集团有限公司北京分公司 北京 100070

在进行深基坑施工技术研究过程中，引入Midas计算软件对施工工序进行模拟，可直观地展现施工过程中轨道变形位移，预测其变形位移范围，及时反馈给相关技术人员，为深基坑施工提供及时、可靠的数据与信息，及时判断施工对既有结构运营的影响大小，为可能发生的事故提供及时、准确的预报，使各方有时间作出反应，避免恶性事件发生。

本技术研究基于中国电科科技创新园工程，该工程西侧局部范围处于地铁保护区范围内，基坑深度21.72 m，基坑外边线与北京地铁10号线西钓鱼台站—慈寿寺站区间隧道结构边线水平距离为5.455～13.300 m。采用φ800 mm钻孔灌注桩＋预应力锚索＋钢支撑组合支护方式，桩顶设连梁及挡墙，前后排桩设横向连系梁，桩间土采用挂钢筋网＋喷射混凝土形式。

1 模型建立

根据本项目深基坑工程与北京地铁10号线相对位置的关系及影响范围，选取模型计算范围，范围为沿既有地铁线路纵向160 m、横向130 m，土层厚度60 m。模型如图1所示。

图1 计算模型

2 计算方法

本工程采用Midas软件对地层-结构模型进行变形分析，模拟中国电科科技创新园建设项目深基坑工程的施工过程对北京地铁10号线西钓鱼台站—慈寿寺站区间结构及轨道的安全性影响，提供既有结构的变形分析结果，从而了解地铁10号线结构和轨道结构的安全性，并根据行车安全的要求，综合各种影响因素，提供基坑施工时地铁10号线结构和轨道结构的变形控制标准和保护措施。

3 模拟工序

模型开挖分为以下几个工序进行：工序1，围护桩施工；工序2，向下开挖3.50 m，并施作第1道锚索；工序3，向下开挖4.50 m并施作第2道锚索；工序4，向下开挖2.70 m并施作第3道锚索；工序5，向下开挖1.80 m并施作钢腰梁、立柱、钢支撑；工序6，向下开挖4.85 m至坑底；工序7，施加建筑荷载；工序8，管线开挖。

4 变形预测

通过模拟计算得知，既有地铁10号线区间隧道的横向变形最大值为1.406 mm，与开挖方向一致，发生在靠近基坑侧的主体结构侧墙；竖向变形最大值为1.586 mm，上浮变形，发生在靠近基坑开挖侧主体结构顶部。

5 变形结论

本项目深基坑工程引起既有地铁10号线盾构区间地铁轨道结构产生一定的变形，地铁10号线轨道结构最大竖向变形值为上浮1.517 mm，剩余施工引起地铁结构变形为上浮0.753 mm。根据目前的设计方案，地铁上浮变形在允许范围内，在正常施工条件下采取一定的轨道防护措施和监测措施，能确保地铁列车安全运行。

6 施工工艺及操作要点

6.1 支护体系

6.1.1 施工工艺流程

单双排围护桩施工→土方分层开挖、施作锚索、钢腰梁及桩间喷锚→水平钢支撑施工→换撑及加力

6.1.2 施工操作要点

1）本工程护坡桩为旋挖钻成孔，泥浆护壁灌注桩，采取“隔二打一”的方式进行施工，双排桩范围先施工前排再施工后排。在钢筋笼吊运过程中，注意吊装部位，采用4点吊，吊点全部设于主筋与加劲筋连接处。

2）锚索注浆过程中，沿着注浆管注浆和补浆，不能取出。注浆后过30 min再补浆1次，若渗浆严重，可补浆2～3次。注浆浆液选用水灰比0.50～0.55的水泥浆。

3）水平钢支撑为壁厚16 mm的φ800 mm钢管，钢管拼接采用法兰连接，螺栓为一正一反交替间隔拧紧。活动端与固定端纵向逐根交替间隔布设，钢支撑与钢构柱之间紧密连接，并严格控制其标高，减少钢支撑竖向力。经确认节点连接无误后方可施加预压力。

4）本工程竖向斜撑为壁厚16 mm的φ609 mm钢管，与底板及外墙连接，施加力前，外墙与支护桩间填充C15素混凝土，待混凝土强度达到设计值后方可进行加力，换撑必须在竖向斜撑轴力施加完成后才可进行。

6.2 深基坑及轨道变形监测

6.2.1 隧道结构检测

隧道结构检测包括隧道结构竖向变形、轨道结构竖向变形、裂缝观测、隧道结构横向变形、无缝线路钢轨位移、管片错台等。

1）隧道结构竖向变形。在监测范围内曲线要素点位置布设监测断面，基坑邻近既有地铁段按10～20 m间隔布设监测断面，共布设17个监测断面，每个监测断面布设2个测点，地铁10号线共布设34个隧道结构竖向变形测点。隧道结构竖向变形测点布设在地铁结构两侧，条码尺粘贴在厚3 mm的亚克力板上，再将亚克力板上下端钻孔，用胀塞固定在地铁结构侧墙上，并在亚克力板背面涂胶，防止测点脱落。

2）轨道结构竖向变形。轨道结构沉降测点与隧道结构竖向变形测点布设在同一断面，每个断面布设2个轨道结构竖向变形测点，地铁10号线共布设34个轨道结构竖向变形测点。测点采用粘贴监测点方式进行布置，布置步骤如下：

① 使用干布在选定的风道地表擦洗干净。

② 在风道表面均匀涂抹AB胶。

③ 将监测点放在AB胶上，并使监测点固定。

④ 待AB胶凝固。

⑤ 做好明显标识，防止监测点被破坏。

⑥ 养护2 d以上。

3）裂缝观测。以工前检测报告为基准，对大于0.3 mm裂缝进行监测。测点制作如图2所示的镶嵌于结构面的金属杆标志。裂缝宽度的观测使用游标卡尺，测定金属杆的距离，读数应精确到0.01 mm。同时记录量测结果和日期，绘出裂缝的位置、形态和尺寸。在有新的裂缝产生时，及时布设观测点。

图2 裂缝观测金属杆设置示意

4）隧道结构横向变形。隧道结构横向变形监测点在施工侧布设，与竖向变形监测点布设在同一位置，共布设5个。布设测点利用地铁内带螺纹金属杆，制作互相配套的连接杆将棱镜固定在连接杆上，或者采用粘贴方式进行测点布设。

5）无缝线路钢轨位移。在影响范围外测边缘布设1组无缝线路位移观测测点，每条轨上设1个无缝线路临时位移观测标尺，共布设8个无缝线路钢轨位移测点。在钢轨轨腰上粘贴1个固定标尺。在对应标志中部布设1个竖向标尺，使竖向标尺垂直于走行轨方向，并使竖向标尺与轨腰上标尺中心的零刻度对齐。为减小对既有道床的破坏，竖向钢尺采用锚固剂进行固定。贴1个固定标尺，使标尺中心的零刻度与细线对齐。通过读取各观测期观测墩顶细线标志与标尺中心的距离，计算每条钢轨沿线路方向的相对变化量从而得出钢轨爬行量。

6）管片错台。测点设置在隧道内管片上，与隧道结构沉降测点布设在同一断面，每个监测断面布设环向错台测点及径向错台测点，共布设16个管片错台测点，测点布设位置如图3所示。使用游标卡尺测量管片间高低变化，对管片错台变化进行监测。

图3 管片错台测点布设位置示意

6.2.2 深基坑监测

1）桩顶水平位移及竖向位移监测。监测点设置在支护结构顶部连梁变形敏感部位，沿基坑周边布设在阳角、直线部分的中间位置，间距25 m左右。水平位移监测采用全站仪自由设站法，配备徕卡TS15测量机器人进行外业数据采集。竖向位移监测采用几何水准法，配备DL-502型电子水准测量。

2）锚索拉力。本工程采用振弦式锚索测力计进行锚杆锚固应力监测。振弦式锚索测力计由弹性圆筒、密封壳体、信号传输电缆、振弦及电磁线圈等组成。锚索测力计为一次性使用的设备，不能重复使用。

3）支撑轴力监测。钢支撑的监测截面选择在支撑的端头，根据基坑支护结构设计，在基坑四周边坡布设4个钢支撑轴力监测点。轴力计（图4）的外壳是一个经过热处理的高强度钢筒。在筒内装有应变计，轴力计安装在钢支撑与挡土结构之间，作用在钢支撑上的力同样作用在钢筒，致使钢筒内应变计的钢弦自振频率发生改变，通过频率测度仪测量和计算得到钢支撑轴力。

图4 轴力计

7 结语

通过本技术研究，中国电科科技创新园深基坑工程提前使用计算模型进行分析，对施工工序进行模拟，研究确定钻孔灌注桩＋预应力锚索＋钢支撑组合支护方式的可行性，并预测施工中可能出现的问题。在基坑监测中，利用自动化监测与人工监测结合，实现了基坑全天候不间断实时监测与数据上传，大大节约了劳动力成本，提高了数据的准确度，为基坑支护的动态设计提供了充分的依据，保证了基坑的安全施工，节省了基坑二次开挖成本。

最终，施工过程中，本工程基坑及既有地铁轨道线路的变形数据稳定，处在控制值范围，具有良好的推广效益。