建筑技术 | 地铁附近综合管廊深基坑支护与土方开挖技术

安济路综合管廊工程中新城大街交叉口西侧管廊东端头要与新城大街预留管廊顺接（图1），预留管廊上方50 cm为正在运营地铁福泽站，此处管廊南侧距福泽地铁站新城大街出口为8.3~11.9 m，沿管廊长度方向约26 m；管廊结构宽度为12.3~13.8 m，基坑开挖深度为9.379~24.25 m。由于此位置与正在运行的地铁福泽站较近，为保证深基坑开挖及主体结构施工不影响地铁车站安全运行。通过理论研究与现场实践相结合，研究并实施了几种关键技术。

图1 新建管廊与既有车站位置关系

1 深基坑支护技术

在勘察钻探所达60 m深度范围内，所揭露的主要地层除表层人工填土外，主要地层由粉土、粘性土和砂土组成；未见地下水，根据附近地下水资料，地下水位埋深在41 m左右。经计算采用支护桩+冠梁+桩间支护+内支撑的组合支护形式，如图2所示。

图2 支撑位置与地铁结构关系示意

1.1 支护桩

护坡桩桩径1.0 m，桩间距1.4 m，桩顶设高0.8 m，宽1.2 m冠梁，护坡桩桩间挂钢筋网，喷射混凝土面层；喷射混凝土厚度100 mm，混凝土强度等级C25。

采用间隔跳打成桩的施工顺序，对混凝土灌注桩，应在混凝土终凝后，再进行相邻桩的成孔施工。桩顶设置钢筋混凝土冠梁，冠梁施工时，应将桩顶浮浆、低强度混凝土及破碎部分清除。

1.2 内支撑

钢支撑采用直径为609 mm，δ=16 mm的钢管。第一道钢支撑撑在冠梁上，施工时设置埋件，其余采用钢围檩架设。基坑竖向钢支撑间距为3.5~4.3 m；前3排钢支撑水平间距6 m设置，第四排往下钢支撑间距均为3 m设置。基坑标准段钢支撑间距理论值约为15.4 m。

钢支撑腰梁支架采用L80×8角钢焊接三角支架而成，横向650 mm，竖向590 mm，斜撑606 mm。角钢支架通过YG3型2@M20膨胀螺栓锚固在既有围护桩上，支架每根桩设置一处，每个支架设2个膨胀螺栓。

第一层钢支撑直接支撑于冠梁上，凿出冠梁上预埋件，与预埋钢板相焊接，以下各层钢支撑架设于钢围檩上，钢围檩采用I45b工字钢2根并放，中心间距650 mm；工字钢桩侧焊接通长16 mm厚钢板，基坑侧于钢支撑位置焊接1 000 mm长、20 mm厚钢板，钢板宽均为900 mm，如图3所示。

图3 钢支撑布置示意

2 钢筋混凝土支撑与桩腰梁施工技术

2.1 钢筋混凝土支撑

邻近地铁处端头桩支撑假如采用钢支撑施加轴力，对地铁结构会造成影响，故采用钢筋混凝土支撑代替钢支撑，形成被动支撑；第一道（图4）、第三道和第五道及北侧管廊转角处支撑采用钢筋混凝土支撑，混凝土支撑与围护桩之间通过钢筋混凝土腰梁连接。混凝土支撑断面尺寸800 mm×800 mm，采用C50级混凝土；混凝土支撑两端锚入桩身及腰梁部位，需先凿除该部位的桩身混凝土，保留桩身主筋。该部位腰梁钢筋超出支撑部位预留长度不小于10 d，待支撑混凝土强度到达设计要求后，再凿除剩余腰梁位置桩身混凝土，进行腰梁施工。

图4 第一道混凝土支撑平面示意

2.2 端头桩腰梁

混凝土支撑达到设计强度后，凿除剩余部位腰梁所在桩1/2宽度的桩身混凝土，保留桩身主筋，南北侧支护桩凿除过程中若为砂层，需采用小导管压注水泥浆的方法超前加固土体，东侧与地铁相接严禁采用压力注浆避免对地铁主体造成影响，凿除高800 mm，深度为半个桩径500 mm，凿除不得破坏桩身主筋；腰梁断面尺寸为1 000 mm×800 mm，混凝土强度等级C30，腰梁主筋与桩身主筋焊接，如图5、图6所示。

图5 腰梁平面布置示意

图6 端头桩与腰梁连接示意

3 深基坑开挖技术

根据地勘报告显示，3 m以下多为砂土，开挖过程中存在塌方危险，因此开挖采取分层开挖、分层支护的方式。每层扩大开挖，在基坑中部开始开挖，往基坑两侧方向进行出土，每层挖土在适宜位置设置起坡，坡度为1∶6，方便出土。由于基坑内支撑较多，每层开挖时设置一个挖掘机挖沟槽，方便机械操作；分层开挖先进行护坡桩施工，再进行基坑的土方开挖。第一层挖至第一排钢支撑中心线以下800 mm，利用挖掘机挖沟槽开挖，进行第一排钢支撑（混凝土支撑）施工；第二层开挖至第二排钢支撑中心线以下800 mm，先进行第一层施工，再进行第二层开挖；依次进行挖至最后一层（图7）。

图7 基坑挖土横断面示意

4 与地铁预留管廊衔接施工技术

管廊为三舱结构，分3个次序进行端头桩的破除施工，左舱为第一次序，右舱为第二次序，中舱为第三次序，先进行第一次序洞口管廊结构施工，上部腰梁达到设计强度后破除1号、2号、3号桩身混凝土，施工第一次序管廊主体，待第一次序管廊达到设计强度后，进行第二次序洞口7号、8号桩身混凝土和9号桩身部分混凝土的破除，施工管廊结构，待第二次序管廊达到设计强度后，施工第三次序洞口4号、5号、6号桩身混凝土的破除，进行第三次次序管廊结构的施工（图8）。开挖到管廊接头部位时，按照施工次序安排分段凿除地下管廊部位围护桩桩身混凝土，然后分段与已有管廊进行连接施工。

图8 第一、二次序洞口示意

5 监控与量测

鉴于工程的复杂性，管廊施工可能会对周边既有轨道交通产生一定的影响甚至破坏，如产生裂缝、错位、沉陷、倾斜和坍塌等，因此在管廊施工期间应考虑周边环境的安全和稳定。分别对管廊基坑、地铁结构自动化和地铁通道等3个区域进行监测。

管廊基坑监测内容主要包括以下几方面。（1）基坑自身支护结构：桩顶水平位移、桩顶垂直位移、钢支撑轴力。（2）基坑周边环境：既有管廊沉降。（3）地铁结构自动化监测：车站沉降、车站水平、车站应力。（4）地铁通道监测：人防门差异沉降、扶梯差异沉降、通道沉降、通道水平位移、轨道变形。

6 结语

在地铁附近进行管廊深基坑的施工，对地铁保护要求较高，尤其是与管廊下部既有管廊顺接，需要、破除支护端头桩则难度更大，从以下几个方面进行控制则可保证安全顺利施工。

（1）基坑开挖要求。施工过程中每开挖一步及时进行支护，松散砂层的开挖要控制在1 m，基坑开挖过程中，应遵循“纵向分段、竖向分层、先支后挖、及时支护”的原则。管廊基坑开挖至坑底应迅速封闭底板，减少坑底暴露时间。

（2）施工过程中，严格控制基坑围护结构与既有地铁结构上方的施工荷载不超过20 kPa。

（3）施工过程中，应对受影响的福泽站及通道进行不同程度的实时监测，监测内容包括结构裂缝、结构变形等；结构监测应贯穿基坑工程作业的全过程，直至外部作业完成且监测数据趋于稳定后方可结束。

（4）腰梁施工前，凿除既有围护桩时，应严格控制凿除范围，按照设计步序进行施工，并尽快绑扎钢筋、浇筑混凝土，使腰梁与车站围护桩连接成整体，防止围护桩下沉。

（5）连接段的管廊结构设计时应考虑上部破除桩的荷载作用，每步施工步续管廊主体结构及时浇筑，待管廊主体结构达到设计强度后方可进行破桩。

（6）施工中必须严格按照设计要求进行监测工作，保证结构安全，如有异常应及时分析原因，并通知设计、地铁运营管理等部门。