软土地段邻近营业线大面积深基坑施工关键技术
时间：2023-02-08 14:15:08 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
张本章 中国铁路上海局集团有限公司上海上铁建筑工程（集团）有限公司
1.1 工程概况
张泾河南延伸整治工程为上海市重大工程，新建河道全长2.15 km，河口宽度50 m，主要承担防洪排涝任务。下穿铁路段作为整个张泾河南延伸整治工程的“咽喉”，建设标准高、工期要求紧、施工任务重、修建难度大、单位造价高。张泾河南延伸河道在金山铁路支线金山卫站至金山卫西站间穿越，铁路下河道由四孔净宽11 m、净高6.6 m 的分离式箱涵组成，箱涵长10 m，两端分别连接6 m长U型槽一段。四孔箱涵采用在金山铁路南侧开挖顶进工作坑，在基坑内先预制再顶进就位的方法施工。
1.2 基坑概况
本工程顶进工作坑东西向长54 m、南北向由于受河道与铁路斜交影响宽度从38 m～42 m 不等。平均开挖深度8.6 m，最深处达9.6 m。根据设计方案基坑东西两侧采用双排φ 1.5 m钻孔灌注桩加高压旋喷桩止水帷幕，北侧（铁路侧）为单排φ1.5 m 钻孔灌注桩加搅拌桩止水帷幕，南侧为单排φ1.8 m钻孔灌注桩加高压旋喷桩止水帷幕。基坑顶部设1.0 m×0.8 m 钢筋混凝土支撑，顶支撑以下4 m 设20 道630 钢管支撑及14道角撑（见图1）。
图1 内支撑平面布置图
1.3 工程难点
（1）周边环境复杂
本工程基坑北侧8 m处为正常运营的金山铁路，东侧6 m为养路工区围墙，西侧15 m为石化治安派出所一幢的三层办公楼，南侧35 m 处为沪杭公路。基坑周边环境十分复杂，特别是金山铁路和石化派出所办公楼均为重要敏感建筑，对基坑周边变形和沉降的要求十分苛刻。这对基坑的支护和开挖施工提出了更高的要求。
（2）支撑密集施工难度大
由于基坑内外部环境十分复杂，加上基坑面积达2 000 m2、开挖深度超8 m，设计方案采用30根钢格构柱支撑两道纵横向水平支撑和五排剪刀撑进行加固，基坑挖土的作业空间十分有限，在挖土作业过程中要严格防止机械碰撞格构柱和支撑，基坑开挖的功效低、施工难度和安全风险极高。
（3）所在区域地质条件差
本工程基坑位于杭州湾北侧、长江三角洲下游上海湖沼平原Ⅰ2区，基坑及基地范围内广泛分布有大量淤泥质黏土，地基承载力不足60 kPa，属于特别软弱地基，场地地势总体相对低洼，地表水难以及时排除。地下水位丰富、平均埋深仅0.5 m。基坑止水及开挖稳定控制难度非常大。
2.1 围护结构
基坑围护结构主要包括钻孔围护桩和止水帷幕两部分。综合考虑基坑的周边环境及地质水文条件，采用先施工止水帷幕，待止水帷幕形成一定强度后再施工钻孔灌注桩的方案，以充分保证止水帷幕的有效性。钻孔桩施工时在桩长的基坑深度范围内埋设钢护筒，采用旋挖钻孔、泥浆护壁、水下混凝土灌注的施工工艺。高压旋喷桩、水泥搅拌桩施工要做到全要素全过程严格控制。对施工作业人员进行教育培训和安全技术交底，对施工机械进行查验、确保状态良好，采用优质的海螺牌普通硅酸盐水泥，在使用前进行复测、确认合格。混凝土灌注桩施工技术有两个关键：一是合理钻孔，钻孔前需要根据图纸对桩位进行精准定位，并合理安排孔洞间距，相邻钻孔位置严格按照大于2 倍桩径来控制（淤泥质土层，严防塌孔、串孔），确保桩位完全正确之后，才能正式开钻；
二是施工人员的专业素质。混凝土灌注桩的施工需要非常专业的技能操作才能实现整体施工的安全性和稳定性。尤其是在清孔、钢筋笼吊放、焊接、水下混凝土灌注等关键工序特别需要施工作业人员的专业素养和责任心，孔深、孔径要符合设计要求严格按照三检制进行复核，钢筋笼焊接要到位，水下混凝土灌注保证导管埋深在2 m～8 m 内。只有这样才能保证基坑支护结构的稳固性和整体有效性，保证基坑安全稳定、保证基坑周边各类复杂的建筑物、构筑物安全稳定。
2.2 支撑结构
本工程基坑共设两道内支撑结构。第一道支撑为钢筋混凝土结构支撑，在围护结构施工完成后施作。第一道支撑达到设计强度后进行基坑土方开挖，开挖至低于第二道支撑1.0 m 时安装双拼工字钢围檩及第二道钢管支撑。继续开挖土方至基坑设计标高，浇筑50 cm 厚钢筋混凝土滑床板封底。滑床板混凝土达到设计强度后拆除第二道钢管支撑开始箱涵预制施工。本工程设计箱涵顶标高高于地面且需要在保留基坑第一道钢筋混凝土支撑的工况下预制箱涵。为保证基坑内箱涵预制有足够的空间，本工程采用将基坑四周本来2 m 高的圈梁加高至4.6 m，然后在加高梁和已设置的30根格构柱上施工第一道钢筋混凝土支撑的方案。考虑到基坑支撑受力主要是南北向，钢筋混凝土支撑施工时自西向东分成①②③三个部分进行施工，所有施工缝避开南北向支撑，以确保铁路路基安全稳定（如图2）。
图2 铁路路基情况
待钢筋混凝土支撑强度达到设计值后进行基坑第一层土方开挖。开挖至0.5 m 高（低于第二道钢管支撑1 m）后在基坑围护钻孔灌注桩上设置牛腿和双拼H40 工字钢围檩、在五排格构柱上分别设置两道H40型钢横梁，安装16道角撑和20 道南北向的630 钢管对撑。支撑由长度3 m、5 m 两种类型的钢管用法兰拼装而成。单根支撑安装完成后临时用伸缩头将两侧围檩顶紧。全部钢管角撑、对撑安装完成后统一施加预应力。每道角撑施加轴力按照220 kN 控制、对撑240 kN。
2.3 土方开挖施工技术
顶进工作坑按照“分层开挖，先撑后挖”及“大基坑，小开挖”的原则。挖土过程中严禁挖机碰撞支撑、圈梁及格构柱。在第二层土方开挖过程中挖机及卡车在越过支撑时必须用土上下垫实并铺设钢板，保证支撑不受弯。每层土方开挖前要保证将地下水降到本层开挖面以下0.5 m～1.0 m。根据基坑尺寸和形状以及现场的实际情况，基坑开挖依次从北至南，分四层逐步开挖：
第一层：第一次挖土至冠梁、支撑梁底垫层处并找平；
（已经施工完成）
第二层：待钢筋混凝土支撑达到设计强度C30后，从后靠北侧修筑两条便道（便道与支撑顶保持60 cm 安全距离并铺设钢板）至基坑北部，分别由两台130 型挖机配合两台200 型挖机，从北向南挖土，土从便道装车向后靠背方向外运，第二层土方开挖至能安装第二道钢管支撑处（标高0.5 m)，开挖深度4.7 m；
第二层土方开挖详见图3。
图3 顶进工作坑第二层土方开挖示意图
第三层：先利用第二道支撑东西两侧的间隙挖土，然后由4 台130 型挖机分别从第二道支撑底部向东西两侧翻土，两台200 型挖机在基坑底部钢管支撑东西侧间隙处配合，两台360型挖机在基坑顶部东西两侧将坑内土方垂直运输至坑顶并装车，第三层土方开挖至-3.2 m，开挖深度3.7 m。开挖过程中严禁挖机碰撞支撑、格构柱，同时做好对降水井的保护。第三层土方开挖详见附图4。
图4 顶进工作坑第三层土方开挖示意图
第四层：人工找平开挖至-3.4 m,由挖机配合开挖至基坑设计标高。
在基坑开挖过程中安排工程技术人员密切关注基坑顶部位移、铁路等周边敏感建筑物位移、全部支撑轴力、地下水位等参数的变化情况，均未发现任何异常。
张泾河项目深基坑工程通过认真分析工程难点，准确把握和应用一系列关键施工技术，截止箱涵预制顶进完成、河道铺砌完成，坑顶位移、地表沉降等各项监测指标均在设计允许范围内，未产生任何报警，基坑及周边环境整体安全稳定，取得了预期效果。但不同的工程其地质条件及周边环境都存在着很大的差异，施工技术也会有很大不同。随着人们对美好生活需求的不断提高，施工过程中遇到各项问题也更加突出。工程技术人员要针对这些问题，结合具体设计方案和基本力学理论制定科学可行的解决对策，使深基坑施工技术得到更高层次的发展，最大程度避免深基坑施工出现安全质量问题，使工程经济效益及社会效益得到更大提升。
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