半逆作法條件下地鐵基坑變形控制和環(huán)境效應(yīng)探究

1、半逆作法條件下地鐵基坑變形控制和環(huán)境效應(yīng)探究摘要地鐵因其高效、快捷、污染小、低耗能等 特點(diǎn)已成為了當(dāng)前緩解城市交通壓力，提高人們生活品質(zhì)的 有效的途徑之一。然而隨著我國(guó)地鐵基坑開挖深度的逐漸增 加，以及基坑變形控制要求的日趨嚴(yán)格，傳統(tǒng)的順作法施工 技術(shù)也無法滿足當(dāng)前滋工中的需要，在使用上也出現(xiàn)了越來 越多的局限性。而半逆作法因其節(jié)省工時(shí)、受力良好、對(duì)周 邊建筑影響較小等特點(diǎn)，在地鐵基坑工程中得到了越來越廣 泛的應(yīng)用。文章結(jié)合杭州某地鐵基坑工程實(shí)例，從半逆作法 在國(guó)內(nèi)外研究和實(shí)際應(yīng)用情況出發(fā)，并著重就其對(duì)地鐵基坑 工程的變形控制及環(huán)境效應(yīng)的影響進(jìn)行了分析與探討。關(guān)鍵詞半逆作法；地鐵基坑；變形控制

2、；環(huán)境效應(yīng) 中圖分類號(hào):u231文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a文章編號(hào):1671-7597 (2013) 22-0094-03地鐵工程由于其特殊性，其基坑規(guī)模和普通民建基坑相 比較小，形狀也多為狹長(zhǎng)狀，在基坑開挖較淺、地質(zhì)較穩(wěn)定 的工程中可采取明挖順作法施工。然而對(duì)于基坑地質(zhì)條件 差、變形控制要求嚴(yán)格的工程中，必須考慮改變施工方法和 施工工藝。由于半逆作法結(jié)合了逆作法和順作法的優(yōu)點(diǎn)，不 僅能大幅度減少施工工期和施工中的加固土方量，而且基坑 的變形更容易控制，對(duì)周邊環(huán)境的保護(hù)也較好，因此在本文 的地鐵基坑工程實(shí)例中，選用了半逆作法。在表1中，即為 順作法與半逆作法施工方案的對(duì)比。1半逆作法在國(guó)內(nèi)外的研究隨著我國(guó)

3、地鐵工程建設(shè)項(xiàng)目的日益增多，車站基坑的挖 深程度和要求也日益加深，并普遍超過20m,地鐵基坑工程 的施工風(fēng)險(xiǎn)也隨之增加。目前，地鐵深基坑工程的支護(hù)方法 較多，但每一種支護(hù)方法都有著一定的局限性與適宜條件， 因此應(yīng)選擇科學(xué)、合理、有效的支護(hù)方案與支護(hù)形式，確保 地鐵基坑工程的安全。半逆作法作為近年來發(fā)展迅速，并在 地鐵基坑施工中得到廣泛應(yīng)用的一種基坑支護(hù)技術(shù)，由于其 能夠最大限度的利用地下空間，受力良好、節(jié)省工時(shí)、對(duì)周 邊建筑影響較小等特點(diǎn)，因此在國(guó)內(nèi)外地鐵基坑施工中得到 了廣泛應(yīng)用，并取得了良好的效果。1.1半逆作法對(duì)周圍土體變形影響的研究近年來，國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者對(duì)順作法施工和逆作法施工條 件下

4、，周圍土體的變形控制情況進(jìn)行了詳細(xì)的探討和研究。 peck (1969)依據(jù)美國(guó)芝加哥、挪威等地的實(shí)際地表觀測(cè)資 料，在順作法施工技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了基于地表沉降和沉 降范圍的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系趨于圖，并給出了具體的估算方法；侯學(xué) 淵教授于1989年結(jié)合實(shí)際工程觀測(cè)資料，將有限元與無限 元耦合計(jì)算方法代入了工程計(jì)算當(dāng)中，從而使逆作法條件下的墻體變形被具體劃分為了三角形和拋物線形這兩種模式， 且提出了地表沉降的經(jīng)驗(yàn)公式。hsieh于1998年根據(jù)九個(gè)不同支護(hù)形式的工程進(jìn)行具體 分析，得出在逆作法和順作法施工條件下，土體的變形規(guī)律 趨于一致的觀點(diǎn)。以粘土層的地表沉降作為范例，若假設(shè)最 終開挖形成的墻體變形增

5、量區(qū)為as,而無支撐開挖形成的墻 體變形增量區(qū)為ac。當(dāng)as>l. 6ac時(shí)，則最終地表沉降形狀 為下凹形；當(dāng)as綜合而言，為有效避免和減少圍護(hù)樁、基樁在施工中所造成的不良環(huán)境影響，應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況 選擇合理的施工工藝與樁型，并通過科學(xué)、精心的施工管理 來盡量降低不良的環(huán)境影響。3. 1. 3 土方開挖因素土方開挖也是影響地鐵基坑工程周土體變形的一個(gè)重要因素。然而在基坑施工規(guī)程中，對(duì)土方開挖對(duì)環(huán)境效應(yīng) 的影響仍難以作出定量分析，目前主要是進(jìn)行定性分析，并 通過在開挖施工中分層、分塊和分部的開挖，以盡量降低基 坑暴露的時(shí)間。同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)在土方開挖過程中，基坑 沉降、位移等方面的實(shí)時(shí)觀

6、測(cè)，以盡量降低因土方開挖對(duì)環(huán) 境效應(yīng)的不良影響。3. 1. 4止水帷幕滲漏水因素在地鐵深基坑工程中，除滲透性較小的地基以外，都需要設(shè)置閉合的止水帷幕作為擋土作用和止水作用。然而因抽 水引起土砂損失而造成的土層沉降，其中土砂損失的一個(gè)重 要原因就是因止水帷幕出現(xiàn)滲漏水。例如，止水帷幕本身存 在缺陷、場(chǎng)地水文地質(zhì)條件不佳、基坑開挖深度過大、擋土 結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較大位移等等，都容易導(dǎo)致止水帷幕出現(xiàn)滲漏水問 題。3.2工程實(shí)例分析3.2. 1有限元模型的建立結(jié)合杭州地鐵1號(hào)線西湖文化廣場(chǎng)站的實(shí)例，采用有限 元分析和計(jì)算了在全逆作法、半逆作法以及順作法這三種不 同施工工藝條件下，因基坑開挖對(duì)周圍環(huán)境因素的不同

7、影 響。3. 2.2有限元計(jì)算結(jié)果分析在下圖1、圖2中即是通過有限元模擬得出的軌道交通 上、下行隧道分別在基坑開挖過程中的水平位移曲線圖以及 豎向位移曲線圖。圖1基坑隧道開挖過程中的水平變形曲線圖圖2基坑隧道開挖過程中的豎向變形曲線圖從圖1中可以看出，在三種不同施工工藝條件下，順作 法施工過程中，隧道的最終位移量以及水平位移速率最大， 其次分別為半逆作法和全逆作法，但是兩者之間的差別較 小。從圖2中可以看出，雖然在三種不同施工工藝條件下均 出現(xiàn)了沉降和抬升情況，但是仍然以順作法的變形情況最嚴(yán) 重，其次分別為半逆作法和全逆作法，而且兩者之間的差別 較小?？傮w而言，全逆作法和半逆作法對(duì)基坑變形控制

8、的效 果均較好，且差別不大，而順作法對(duì)基坑變形控制的能力則 相對(duì)較差。4半逆作條件下立柱、地下墻分析4. 1半逆作條件下立柱分析4. 1. 1立柱的承載方式選擇在進(jìn)行半逆作法施工時(shí)，為便于節(jié)點(diǎn)處理和施工方便， 立柱多使用格構(gòu)式或鋼管式立柱。另外，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量做 到永久結(jié)構(gòu)柱與立柱的中心重合，以使得支撐立柱與永久結(jié) 構(gòu)柱之間的軸線是相一致的，但在施工過程中的軸線定位和 單樁承載力的要求較高。4. 1. 2立柱的施工方式選擇目前，國(guó)內(nèi)外在采用半逆作法施工工藝時(shí)，立柱的施工 方式多選用套管式灌注樁或鉆孔式灌注樁。其中，套管式灌 注樁是指利用錘擊打樁法或振動(dòng)沉樁法，將帶有鋼筋混凝土 的鋼套管沉入土層

9、中，然后邊拔管邊灌注混凝土而形成的樁 基礎(chǔ)，其特點(diǎn)是承載力較大、質(zhì)量可靠、施工速度快；而鉆 孔式灌注樁則是利用不同的鉆孔方法，在地基土層中形成一 定直徑的孔徑，當(dāng)滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以后，再將鋼筋籠或者鋼筋 骨架掉入井孔當(dāng)中，并灌注混凝土生成的樁基礎(chǔ)，其特點(diǎn)是 施工噪聲和震動(dòng)相對(duì)較小，能夠制造比預(yù)制樁直徑大很多的 樁。4.2半逆作條件下地下墻分析4. 2. 1半逆作條件下地下連續(xù)墻的側(cè)向土壓力計(jì)算當(dāng)前，國(guó)內(nèi)在地下連續(xù)墻側(cè)向土壓力的計(jì)算過程中，多 采用以極限理論為基礎(chǔ)的朗肯土壓力或庫(kù)侖圖壓力理論。然 而在工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，因基坑工程的空間性、地質(zhì)條件、摩 擦力因素等不同，導(dǎo)致兩者理論計(jì)算公式與實(shí)際情況有著

10、較 大的差異。為保證側(cè)向土壓力計(jì)算的科學(xué)、準(zhǔn)確，在實(shí)際應(yīng)用中還 應(yīng)綜合考慮到基坑工程地質(zhì)條件、摩擦力、空間性、土質(zhì)的 粘聚力、降水情況等多種因素進(jìn)行計(jì)算。4. 2.2半逆作條件下地下連續(xù)墻的防滲措施在采用半逆作法施工時(shí)，地下連續(xù)墻工程往往出現(xiàn)接頭 縫滲漏問題，這主要是由于施工定位精度不夠或者成槽過程 中新老混凝土接縫區(qū)沒有清理干凈而引起的。為有效解決地 下連續(xù)墻的滲漏問題，首先，應(yīng)加強(qiáng)連續(xù)墻結(jié)構(gòu)的防滲標(biāo)準(zhǔn), 要求墻身混凝土的抗?jié)B應(yīng)滿足地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(ggj08-11-1999)的規(guī)定要求，對(duì)于軟土地質(zhì)的抗?jié)B標(biāo)號(hào) 不宜低于s6；其次，則應(yīng)當(dāng)做好對(duì)地下連續(xù)墻接頭的優(yōu)化與 改進(jìn)工作，例如可將原有的

11、圓形接頭管接頭改用雙管接頭， 剛性隔板形接頭的鋼筋籠可采用鋼板代替等等；最后，要求 地下連續(xù)墻的墻面傾斜度或者平整度等均應(yīng)滿足相應(yīng)的設(shè) 計(jì)規(guī)范要求，通常而言，要求墻面的傾斜度應(yīng)控制在1/300 以內(nèi)。5總結(jié)通過工程實(shí)例分析可知，半逆作法可看作是結(jié)合了全逆 作法與順作法優(yōu)點(diǎn)的一種綜合施工工藝。從工程成本和工期 而言，半逆作法比全逆作法更節(jié)約成本和節(jié)省工期；而從變 形控制與環(huán)境效應(yīng)的角度而言，半逆作法具有不低于全逆作 法的變形控制能力，與順作法相比也有著較大的優(yōu)勢(shì)。隨著 我國(guó)大規(guī)模地鐵建設(shè)的逐步開展，且在周邊環(huán)境越來越復(fù) 雜，基坑變形控制和環(huán)境效應(yīng)的要求不斷提高的情況下，半 逆作法施工技術(shù)不僅經(jīng)濟(jì)適用、節(jié)約成本，而且有著較強(qiáng)的 變形控制能力，值得在地鐵基坑工程中大力推廣和應(yīng)用。參考文獻(xiàn)1施仲衡地下鐵道設(shè)計(jì)與施工m.陜西：陜西科學(xué)技 術(shù)出版社，2006.張慶賀地下工程m.上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2005.3汪中衛(wèi)，劉國(guó)彬，等復(fù)雜環(huán)境下地鐵深基坑變形行 為的實(shí)測(cè)研究j巖土工程學(xué)報(bào)，2006 (10).4吳健