浅埋暗挖地铁通道密贴下穿办公楼保护及分析

管诚

（北京市市政工程设计研究总院有限公司 100082）

引言

随着我国城市地铁的发展，其修建规模越来越大，周边环境及各种制约因素也越来越多，为了适应外部环境，不可避免存在下穿各类建（构）筑物、管线、桥梁、隧道等情况，且穿越风险及难度越来越大［1-3］。传统穿越通道一般距离穿越物2m以上，保证该层土体的自稳性［4］。其中，本文涉及的下穿类型较为特殊，新建结构与既有结构之间为零距离，与其他暗挖下穿类型采取的风险控制措施及对周边环境产生的影响有所不同。本文将详细介绍工程实例及施工方案，供类似工程借鉴。

1 工程概况

北京地铁16号线西苑站位于海淀区一亩园交通枢纽内，在万泉河高架桥西南侧且与万泉河高架桥平行，为4号线与16号线换乘站。该站为地下三层岛式车站，采用明挖法施工，车站总长210m，标准段宽23.3m，高21.6m，车站顶板覆土厚度约3.6m。车站共设置3个出入口、3个疏散口、1组换乘通道、2个换乘厅、2组风亭。其中换乘通道为两个净宽6m的暗挖通道密贴下穿一亩园交通枢纽办公楼后接入明挖换乘厅，之后合成一个净宽12m的暗挖通道与4号线车站相接。由于该换乘通道需暗挖下穿交通枢纽办公楼，环境风险较大，根据《城市轨道交通地下工程建设风险管理规范》，本下穿工程定为一级环境风险工程。车站总平面示意见图1。

2 地铁通道与办公楼位置关系

一亩园交通枢纽位于北京市海淀区圆明园西路与颐和园路交汇处，用地内有万泉河高架路斜向穿过。一亩园交通枢纽办公楼位于该交通枢纽站场南侧，建于2008年，为钢筋混凝土框架结构。办公楼为地上两层，地下一层。地下室基础采用梁式筏板基础，底板厚度0.5m，基底埋深约为5.4m。

换乘通道采用矿山法施工，为平顶直墙结构，以两条净宽6m、净高3.7m的通道分别下穿该楼地下室，与结构基底之间零距离，两条通道之间净距8.9m，下穿部分长约30m，通道施工可能引起楼房基础发生沉降，对结构安全极为不利。换乘通道下穿办公楼基础平面、剖面见图2～图4。

图1 车站总平面示意Fig.1 Layout of subway station

图2 换乘通道下穿办公楼平面示意Fig.2 Plan of transfer channel tunneling of under-passing the office building

图3 换乘通道下穿办公楼剖面示意Fig.3 Profile of transfer channel tunneling job of under-passing the office building

图4 换乘通道下穿办公楼横断面示意Fig.4 Cross section of transfer channel tunneling job of under-passing the office building

3 工程地质及水文地质条件

换乘通道所处地层主要为②5卵石层、③1粉质粘土层、⑥2粉土，结构以下土层有⑥粉质粘土层。拱顶位于②5卵石层，最大粒径100mm，一般粒径20mm～40mm，粒径大于20mm颗粒含量约为总质量的50%～55%，亚圆形，母岩成分主要为石英砂岩、灰岩、安山岩、白云岩，中细砂充填。详细地层参数见表1。

表1 岩土勘察设计参数Tab.1 Parameters of the geotechnical investigation and design

现况水位为上层滞水，含水层主要为②5卵石层，稳定水位深度为7m～8.3m。主要接受大气降水、管沟渗漏补给，以蒸发为主要排泄方式。

4 密贴下穿特点分析

暗挖密贴下穿工程不同于以往的普通暗挖下穿建（构）筑物，有其自身的特殊性，现分析如下：

（1）普通暗挖下穿一般在暗挖结构与下穿结构之间还有一段距离，对下穿结构产生的影响是由于暗挖过程中产生的地层沉降进而带动建（构）筑物产生绝对沉降或差异沉降；暗挖密贴下穿是在暗挖结构与下穿结构之间零距离，对既有结构的影响是由于开挖引起对局部地基产生的破坏，这种破坏会直接且迅速地反映到既有结构的差异沉降上；

（2）为了减少开挖对既有结构地基产生的影响，暗挖结构拱顶尽量密贴既有结构底板，使其替代原有结构地基的作用，故暗挖结构需做成平顶直墙形式，增大与既有结构之间的接触面积，同条件下也增加了通道断面使用面积；

（3）由于本工程为两条通道同时下穿既有结构，在开挖工序上还需考虑错开施工，减小开挖过程中产生相互叠加的影响；

（4）施工过程中对注浆压力的控制也是本工程的难点，因为是密贴，注浆压力过大会导致结构底板的抬升，同样会对下穿的建（构）筑物产生差异沉降甚至基础的破坏；

（5）由于在暗挖结构与下穿结构之间零距离，暗挖结构顶部即为既有结构垫层，这就需要在施工之前密切筹划，精细化施工，避免破坏既有结构垫层甚至防水层。

5 拟采取的保护措施

根据以上分析及以往工程经验，拟采取的保护措施如下［5］：

（1）对既有结构进行评估，全面掌握既有结构基础型式及使用现状，初步判断下穿该建（构）筑物的可行性及影响；优化暗挖结构断面，使其从既有结构基础中间穿过，避免扰动基础下方土体；

（2）暗挖通道采用“CRD”法施工，超前采用门式深孔注浆提前实现对楼房基础下地基及开挖范围内土体的加固；

（3）严格施工步骤，控制开挖步距0.5m，及早封闭初支；由于两条换乘通道距离较近，需前后错开10m以上再施工另一条换乘通道。考虑到施工及测量误差，初支与既有结构底板垫层间预留出约100mm的间隙，施工开挖至下穿段时初支顶部喷混需填满既有结构底板垫层底与初支之间的间隙，保证垫层与初支密贴，不得破坏既有结构防水及垫层；

（4）严格打设锁脚锚杆并注浆，控制下半断面开挖时上半部分的初支沉降；

（5）及时进行初支及二衬背后回填注浆；

（6）加强监测频率并及时反馈监测结果，一旦发现楼房的下沉速率及沉降值加快，需立即通报，以便采取相应的处理措施；

（7）由于该楼房办公人员较多，在进行精细施工、严密监测的基础上，需制定较为完善的应急预案以备万全；此外，还需积极协调，在有条件的情况下尽量清空人员。

横断面施工步序见图5，初衬开挖纵剖面施工顺序见图6。

6 既有结构评估及变形、受力预测

根据评估报告，该办公楼基底土层为卵石-圆砾层，下穿通道所在土层为②5卵石、③1粉质粘土、⑥2粉土层，土体粘聚性较差，在不支护的情况下较易坍塌，建议在施工前对开挖区域一定范围内进行土体加固，加强自稳性。该办公楼沉降控制值为10mm，相邻中柱差异沉降控制值为5mm。底板厚500mm，底板基础梁尺寸600mm×1400mm，支座处配筋1628，跨中配筋728，开挖通道引起的结构内力调整应控制在原结构设计范围内。

为了更好地把握楼房在施工过程中的受力及变形情况，本文利用MIDAS-GTS软件建立三维模型对本工程进行了计算分析。土层厚度及力学参数按表1采用，各构件采用等效模拟。计算中每个暗挖通道按“CRD”法分四步开挖，两条通道前后错开10m［6］。

计算结果如图7～图9所示，办公楼基础底板最大沉降4.44mm，小于评估报告中沉降及差异沉降控制值；基础底板最大反力为177.94kN，基础梁最大弯矩为1032.09kN·m，最小弯矩为-790.59kN·m，经核算，原设计底板厚度、基础梁尺寸及配筋均满足受力要求。

7 施工控制关键技术

1.施工指导方针

严格按照“强注浆、短开挖、紧密贴、强支护、快封闭、勤量测”十八字方针进行精细化施工。

图5 横断面施工步序Fig.5 Cross section construction step

图6 初衬开挖纵剖面施工顺序示意Fig.6 The lining excavation profile construction sequence

图7 办公楼基础底板竖向位移Fig.7 Vertical displacement of office building foundation

图8 办公楼基础底板反力Fig.8 Weighted of office building foundation

2.注浆加固

超前深孔注浆加固基础底部，在通道范围形成门式拱架，深孔注浆每次注浆长度12m，纵向叠加3m。由于注浆范围也是密贴结构基础底部，在钻孔前应做好精确测量，尽量采用水平或小角度钻孔，避免注浆钻孔破坏基础垫层及防水层。

图9 办公楼基础梁弯矩Fig.9 Bending moment of office building beam

3.初期支护

4.变形监测

换乘通道于2015年8月开始施工，2015年12月、2016年2月分别暗挖下穿完成两条通道初支结构。2016年5月完成全部二衬结构。根据图10基础沉降曲线可见，办公楼基础最大沉降为-3.55mm，未超过评估报告提供的沉降控制值，楼房处于安全状态。

图10 办公楼基础沉降曲线Fig.10 Foundation subsidence curve

8 结论与建议

本文以实际工程为依托，对暗挖密贴下穿工程的特点进行分析，提出针对性的施工步序及保护措施，并通过三维计算分析及施工监测数据，验证该步序及措施的可行性。并对类似工程提出如下建议：

1.提前对既有结构进行评估，了解其基础型式及使用现状；由于本工程下穿建（构）筑物为梁式筏板基础，整体受力性较好，如其他工程遇到独立基础、条基等需区别对待，进一步判断下穿该类建筑物的可行性；

2.当多于一条通道同时密贴下穿建（构）筑物时，尽量错跨布置，避免扰动柱下基础，减小地基承载力的损失，同时避免因距离太近而引起的叠加效应。