【技术博览】地铁1号线从基坑下方穿过，前海交易广场是如何在“夹缝中成长”的？

2021-09-10 22:27 来源：前海控股

人工智能朗读：

随着城市用地日趋紧张，如何充分利用土地资源，在安全的前提下，提高既有地下结构上方的土地利用率，是一个值得研究的课题。

然而，在既有运营中的地铁线路隧道结构上方施工难度高、风险大、不可预见因素多，其难度犹如在“钢丝上跳舞”。

前海交易广场项目基坑位于地铁1号线鲤鱼门站～前海湾站区间上方，为保证施工过程中地铁隧道结构及运营安全，项目采用多项施工工艺，解决了各种施工难点，一起来了解一下吧！

前海交易广场项目示意图

地铁1号线从基坑下方穿过

施工过程重点关注三大风险

项目概况

前海交易广场项目基坑及地下室结构工程位于前海自贸区桂湾片区，占地面积约7.9万㎡，东侧为梦海大道，南侧与在建华润前海项目隔桂湾四路，西侧为在建共同沟、地铁5号线南延线桂湾站，北侧与在建腾讯前海项目隔桂湾三路。

地铁1号线鲤鱼门站～前海湾站区间从基坑下方穿过，本项目地铁保护区占地面积约13364m，呈南北走向，长约368m，宽约30m。

地铁保护区平面示意图

项目难点

深基坑施工如何保证在建地铁、运营地铁的变形受控、结构安全是本工程管理重、难点，施工过程中地铁结构主要面临的风险有：

临近地铁隧道区间周边施工，大型施工设备在区间隧道结构上方走行、作业对地铁区间隧道结构的加载导致结构破坏；

临近地铁区间隧道结构桩基施工过程中，由于塌孔、振动、挤压土体、地下水位变化等对地铁结构的影响；

地铁上方覆土开挖导致的地铁盾构区间上浮、变形。

控制地铁两侧约束

防止地铁隧道结构变形的关键因素

由于地铁隧道结构，尤其是盾构隧道，在施工完成后基本处于静力平衡状态，在此基础上对隧道上方覆土进行开挖，盾构管片周围施工桩基，将改变隧道结构的受力状态，导致隧道结构产生变形，从而引发隧道结构、运营安全等一系列问题。

根据深圳地铁相关要求，结合前期地铁隧道管片试验结果显示，控制地铁两侧约束是控制地铁隧道结构变形的关键因素。

应对措施

为有效控制桩基施工时对地铁周围土体的扰动——

本项目地铁保护区桩基施工时采用全回转钻机配合旋挖钻机进行施工。

为有效控制在地铁上方进行土方开挖时地铁产生上浮——

采用竖井法分仓跳槽法+型钢桁架喷射混凝土内支撑的施工方法进行开挖。

实际效果

通过采用全回转钻机配合旋挖钻机施工，成孔前将护筒钻进至基岩，成桩全过程在护筒内进行，避免了桩基施工期间塌孔导致的隧道两侧约束减弱，同时减小了成孔过程中对地铁两侧土体的扰动，降低了施工过程机械振动与加压对隧道结构的影响，最大程度的降低桩基施工对盾构隧道的影响。

地铁两侧围护桩共523条，桩长约20m，施工围护桩时机械站位时停在盾构外侧；工程桩77条，桩长约20m，施工盾构中间工程桩施工时机械设备停在两盾构之间，机械设备行走路线铺设20cm厚混凝土预制板，分散压力，避免对盾构造成影响。

地铁隧道与基坑剖面示意图

全回转钻机+旋挖钻机施工

全回转设备是能够驱动钢套管进行360°回转，并将钢套管压入和拔除的施工机械。该设备在作业时产生下压力和扭矩，驱动钢套管转动，利用管口的高强刀头对土体、岩层及钢筋混凝土等障碍物进行切削，利用套管的护壁作用，然后用采用旋挖钻机钻孔成孔。

全回转钻机配合成孔示意图

采用全回转钻机取土时因套管插入整个孔内，噪声低，振动小，可避免塌孔而产生的对地铁结构的影响；同时易于控制桩断面尺寸与形状，充盈系数小，节约混凝土。可在各种复杂地质中施工。由于钢套管护壁的作用，可避免普通钻孔灌注桩可能发生的缩颈、断桩及混凝土离析等质量问题，成孔和成桩质量高。

全回转钻机钢套管形式

先采用回转钻机钻入钢护筒，再利用旋挖钻钻进取土，直至套管下到桩端持力层为止，挖掘完毕后立即进行挖掘深度的测定，并确认桩端持力层，然后清除虚土，成孔后将钢筋笼放入，接着将灌注导管竖立在钻孔中心，最后灌注混凝土而成桩。

全套管施工流程

平场地→铺设工作平台→安装钻机→压套管→旋挖钻钻进成孔→安放钢筋笼→放导管→浇注混凝土→拉拔套管→检查成桩质量

全回转钻机打入护筒（左）、旋挖钻机施工（右）

竖井法分仓跳槽法施工

通过将既有运营地铁上方的整体基坑开挖分割为多个单独的竖井单元，采用分仓跳挖的方式逐次将地铁上方土体开挖，并及时施工抗浮压板与预先施工的抗拔桩形成门式抗浮体系，降低卸土对地铁的影响，控制既有地铁变形。

分仓平面示意图

单个竖井的尺寸为：长29.1m，宽5m，深度6m，竖井按设计开挖纵向间距5m，横向分为2仓开挖，竖井开挖时跳槽施工，开挖至基底后将抗浮压板与围护桩（抗拔桩）可靠连接，形成抗浮体系。各仓竖井均完成后底部连通工程桩相连形成整体抗浮压板。

竖井法分仓跳槽法施工

竖井开挖时应分层开挖每循环进尺0.5m边开挖边支护。竖井顶部设置锁口圈梁，支护采用工字钢桁架加钢筋网喷射混凝土。随土方开挖双面喷射混凝土，并设置钢筋网片，竖井内按设计设置型钢内支撑。

竖井开挖工艺流程

锁口圈梁施工→循环进尺开挖→挂网喷砼→设置工字钢→挂网喷砼→施工垫层及抗浮板并预留接茬钢筋

锁口圈梁施工

锁口梁土方开挖（左）、锁口梁钢筋绑扎（右）

内支撑架体搭设（左）、锁口梁模板安装（右）

锁口圈梁混凝土浇筑（左）、锁口梁临边防护（右）

竖井土方开挖

竖井土方机械开挖

竖井井底人工配合开挖

型钢支撑安装

型钢桁架平面布置示意图

型钢内支撑安装

型钢内支撑细部节点安装

喷射混凝土

抗隆起板施工

抗隆起板绑扎钢筋（左）、抗隆起板浇筑混凝土（右）

所有监测数据均在控制值内

为保证施工过程中地铁结构与运营的安全，必须对地下运营线进行全程监测监控。根据监测数据，了解地铁安全状态，判断设计是否合理，施工方法和工艺是否可行，地下运营线监测采用自动化监测，每断面设置5～7个监测点，通过采集监测数据分析线路结构变形情况。

监测的范围有：基坑的变形、结构内力等，地铁规定保护区之内的地铁1号线的变形。

地铁隧道内管片监测

支撑轴力监测（左）、地下水位监测（右）

检测结果

通过优化地铁上方土方开挖及桩基方案，变传统的整体大开挖工法为竖井法跳仓施工工法、变传统的泥浆护壁法施工桩基为全回转钻机配合旋挖钻机施工工艺，有效的控制了地铁正上方深基坑开挖过程中下卧运营地铁区间隧道的结构变形与轨面标高，确保了既有运营地铁线路的结构安全与运营安全。传统大开挖条件下地铁隧道变形值均超过10mm控制值，采用全回转钻机配合旋挖钻机施工及竖井法跳仓开挖工艺，能够将地铁隧道各项最大变形值控制在6mm左右，避免了由于监测超标引起的停工和不良社会影响，取得了较好的社会效益。

通过采用竖井分仓跳槽法开挖及全回转钻机配合旋挖钻机桩基施工工艺，保障了基坑开挖过程中下卧运营地铁线路的安全，开挖过程中所有地铁监测变形数据均在控制值内，得到了包括地铁集团在内的各方高度评价，为后续类似项目也打下了良好的技术基础。