超深盾构井施工中对特殊建筑的保护

□文/张铁成 刘 泉 陈 瑜

工程概况

天津地铁3号线工程和平路站坐落于和平区劝业场中心商业区，小里程盾构井长27.9 m，宽26.7 m，基坑深23 m，天津市标志性建筑之一渤海大楼距离小里程盾构接收井基坑仅7.6 m。

渤海大楼由法商永和营造公司设计，建于1936年，位于和平路与丹东路交口，占地0.06 hm2，建筑面积4 088 m2。该楼为8层（局部10层）框架结构，总高度47.47 m，基础为筏板基础，基础埋深约2.0 m，内墙为空心砖墙，外墙为砖墙。2005年8月天津市政府把渤海大楼列为0110025号特殊保护建筑物。

地质概况

工程地层主要为第四系全新人工填土层，第Ⅰ陆相层、第Ⅰ海相层、第Ⅱ陆相层、第Ⅲ陆相层、第Ⅱ海相层、第Ⅳ陆相层。开挖范围内以粉质粘土、粉砂为主。渤海大楼基础坐落于①2素填土层中，素填土以粘性土为主。

场地内表层地下水类型为第四系孔隙潜水。附存于第Ⅱ陆相层及以下粉砂和粉土中的地下水，为微承压水。

潜水附存于人工填土层①层、第Ⅰ陆相层③层及第Ⅰ海相层④层中。微承压水以第Ⅱ陆相层⑤1粉质粘土、⑥1粉质粘土为隔水顶板。⑥2粉土、⑥4粉砂、⑦2粉土、⑦4粉砂、⑦9细砂、⑨2粉土、⑨4粉砂、⑨9粉砂、⑩2粉土、⑩4粉砂为主要含水地层，含水层厚度较大，分布相对稳定。勘测期间微承压水稳定水位埋深约为3.41 m（高程约为-0.83 m）。

基坑开挖

设计方案

基坑采用盖挖逆作法施工，小里程盾构井采用明挖法施工，原设计方案明挖与盖挖基坑连在一起，同时施工。考虑到渤海大楼的安全，在盾构井明挖段与车站盖挖段之间增加一道隔离墙（地连墙），使小里程盾构井单独封闭、明挖顺作法施工。根据施工组织，先开挖盾构井然后开挖其他盖挖部分。

盾构井采用角撑和对撑相结合的支撑体系，竖直方向共设置5层支撑，盾构井前端全部为角撑，每层共10根支撑；后端为角撑配合支撑，每层角撑共8根，直撑1根，在每层的角部设置钢筋混凝土角撑，第5层因开挖深度变化将角撑改为对撑，第5层支撑共3根。因支撑长度较大，为保证支撑受力合理，每层支撑中间增加联系梁，联系梁基础采用钻孔灌注桩插格构柱。地连墙厚度1 m，标准幅宽5 m，深度40.05 m。地连墙接头形式采用工字钢接头。为保证墙底承载力和止水效果，浇注时每幅预埋2根φ48mm墙趾注浆管，施工完成后进行墙趾注浆。

施工控制

（1）基坑开挖时两倍基坑深度范围内地面荷载不得＞20 kPa，以防地面荷载对基坑侧压过大引起基坑围护结构变形及基底隆起。

（2）开挖前准备注浆泵及相关的设备，开挖中如发现围护结构渗水，立即组织人员进行注浆并设专门技术人员现场值班。注浆液采用水泥和外加剂，具体配合比根据施工情况确定。

（3）基坑开挖时挖掘机不得碰撞钢支撑支护结构，基坑周边土方由人工配合挖掘机开挖施工。

（4）在基坑土方开挖过程中，严格执行开槽支撑，先撑后挖，分层开挖，严禁超挖的原则；充分考虑基坑开挖的时空效应，必要时可考虑采用抽槽开挖方法，即先挖除支撑位置土方，再开挖其他土体。

对渤海大楼保护措施

盾构井基坑开挖后，土体平衡发生很大变化，引起渤海大楼的沉降，由此引起房屋裂缝、倾斜。基坑开挖引起的地基变化为非弹性变形无法恢复，所以要在开挖前先对地基进行加固处理，减少地基的变形量。

设置隔离桩

基坑开挖前在渤海大楼和基坑之间设置隔离桩，隔离桩采用2排三重管高压旋喷桩，旋喷桩底部位于基坑底部以下12 m，桩顶到地面。隔离桩有2方面的作用：一是减少坑外土体的变形；二是防止地连墙接缝漏水。见图1。

图1 隔离桩布置示意

超前预注浆加固地基

基坑开挖前注浆加固地基，保护渤海大楼基础然后再开挖基坑。超前预注浆分阶段进行，边注浆边开挖基坑，始终保持加固深度在基坑开挖底面以下≮5 m。总体加固深度为基坑开挖面以下5 m，加固体顶部位于地面下1 m。

注浆分5步进行。第1步钻孔深度7 m，从底部开始向上分层注浆，当注浆压或注浆量达到要求后向上提升注浆管，提升高度为0.3～0.5 m，按照此步距注浆直至地面下1 m。所有的注浆孔注浆完成后向下开挖基坑到第1层支撑位置，架设第1层支撑；第2步在原来的注浆孔位置向下继续钻孔，钻孔深度比第1步孔深6 m，总深度为13 m；第3步在第2步的基础上向下钻孔深度5 m，总深度18 m；按照以上步骤先分层注浆后开挖至第5步注浆钻孔总深度27 m，第5步注浆完成后开挖第5层土方，架设第5道支撑，然后向下开挖第6层土方直至开挖到基底。

超前预注浆孔共两排，第一排注浆孔距离渤海大楼侧墙1 m，两排注浆孔梅花型布置，排距1.2 m，同一排内注浆孔间距1.2 m。先注靠近大楼一侧的注浆孔，间隔两孔注浆，内侧孔注完后注外侧孔。见图2。

图2 注浆孔布置

浆液采用水泥、水玻璃双液浆，配合比为1∶1（体积比），水玻璃浓度为 35 Be′，水泥浆配合比为 1∶1（质量比），注浆速度为 10～20 L/min，凝结时间 60～120 s，注浆压力2～3 MPa，扩散半径1 m。注浆量根据围护墙的估算位移量及各层土的空隙率来确定。

跟踪注浆加固地基

基坑开挖后，经过注浆的土体可能还要产生一定的变形量。预注浆改良了地基土体性状，减小因基坑开挖引起的变形量，基坑开挖过程中产生的变形需要采取跟踪注浆的方法来弥补。根据监测结果反复的注浆，控制渤海大楼的沉降。

跟踪注浆孔的位置和预注浆孔重合，预注浆完成后，将注浆管继续向上提升继续注浆，注浆管提升步距为0.3～0.5m，注浆压力2～3MPa，浆液为水泥水玻璃双液浆，凝结时间 60～120s。

基坑降水

尽量减少降压井抽水时间，根据水位监测和坑底隆起监测情况确定是否启动降压井。

开挖过程中注意观察围护结构渗水情况，发现围护结构渗漏水应停止开挖，及时堵漏。

应急预案

（1）基坑降水期间预备发电机并接好双回路电源，以保证在停电期间连续降水。现场准备多台抽水泵，以备抽水设备故障时及时更换。

（2）基坑较深，基坑的围护结构至关重要，如出现局部渗漏应及时处理。

（3）严格控制基坑外地表沉降，及时对渤海大楼跟踪注浆，减少沉降造成的破坏。

（4）在场地内备土量不少于1 000 m3，遇到特殊情况及时回填基坑。

（5）现场准备充足的应急物资和应急设备。

监测结果及分析

基坑开挖准备工作完成后，渤海大楼最大沉降量为18.31mm，各测点沉降较均匀。基坑开挖至结构封顶阶段渤海大楼沉降最大约6mm。地连墙施工阶段由于设备成槽时对土体扰动大，在砂层成槽困难，成槽时间长等原因导致地连墙施工对周边环境影响大。由于开挖前采取了保护措施，因而对渤海大楼沉降影响降到了最小化。