一种基坑施工方法
【专利摘要】本发明公开了一种基坑施工方法，属于土木建筑工程施工【技术领域】。该基坑施工方法，包括：一、基坑围护：在待施工的基坑的四周建立基坑围护结构；二、根据三维模拟分析，结合基坑的土体在卸载施工工况下，既有下卧隧道及竖井变形情况，将基坑纵向划分为三个卸载及堆载的施工区域，得出三个施工区域堆载材料用量的理论值，并在既有下卧隧道及竖井上布置监测装置，三个施工区域对应三个施工阶段；三、依次完成三个阶段的堆载及基坑土体卸载施工同时对基坑建立内部支撑，其中区域三横向划分为若干段，依次进行区域三的土体卸载和对应段的基坑底板浇筑，然后进行基坑底板闭合以完成基坑的施工。本发明的基坑施工方法，缩短了基坑施工的工程工期及成本。
【专利说明】一种基坑施工方法【技术领域】
[0001]本发明涉及土木建筑工程【技术领域】，具体涉及一种基坑施工方法。
【背景技术】
[0002]伴随城市的开发与建设，城市地下空间已经集中了纵横交错的地铁隧道和地下通道，随着时间推移，这些地铁隧道和地下通道经历了不同程度的变形，有的已经十分脆弱。而随着城市地下空间的进一步开发，新建地下工程往往建造在这些对变形十分敏感的地下工程附近，有的甚至是骑跨在这些既有地下工程之上，有的还要对既有地下工程进行改造，使新、旧地下工程形成一体。由于既有下卧隧道和竖井对变形十分敏感，针对复杂环境下的基坑施工，需要确保既有下卧隧道的安全。
[0003]通常在新建地下工程时，为了保护既有下卧隧道的安全，其基坑施工时往往采用大面积土体加固及结构加固等技术，先做好基坑施工围护结构以及对既有下卧隧道和竖井进行保护，然后再进行基坑土体卸载施工直至完成基坑底板的制作。采用这种先保护基坑和既有下卧隧道以及竖井的安全，后进行基坑土体卸载施工的施工方法，工程工期时间长，
费用高。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种基坑施工方法，以解决现有的基坑施工先保护基坑和既有下卧隧道以及竖井的安全，后进行基坑土体卸载施工的施工方法，工程工期时间长，费用高的问题。为解决上述技术问题，本发明提供的基坑施工方法，能够节约工程工期和成本，而且能够实现对基坑坑底近距离的既有下卧隧道以及竖井因缺少一端约束及受力不均而产生的差异变形控制；实现了基坑坑底近距离既有下卧隧道以及竖井因施工卸载及水浮力、基坑回弹隆起等综合因素作用下上浮变形的控制；实现了对基坑坑底近距离既有下卧隧道以及竖井等地下敏感工程的保护。
[0005]为了实现上述目的，本发明的技术方案是:
[0006]一种基坑施工方法，用于在既有下卧隧道及竖井上方进行基坑施工，包括如下步骤:
[0007]步骤一、基坑围护:在待施工的所述基坑的四周建立基坑围护结构；
[0008]步骤二、建立三维模型进行风险分析，结合所述基坑的土体在卸载施工工况下，既有下卧隧道及竖井变形情况，依据基坑围护结构和基坑支撑体系，将所述基坑纵向划分为三个卸载及堆载的施工区域，为区域一、区域二和区域三，计算得出三个施工区域堆载材料用量的理论值，并在所述既有下卧隧道及竖井上布置监测装置，遵循“先堆载再土体卸载”的原则，按所述三个施工区域对应三个施工阶段依次进行施工；
[0009]步骤三、第一阶段施工:在所述既有下卧隧道中进行堆载，同时对所述基坑的区域一的土体进行卸载，并对所述区域一建立内部第一支撑，使所述区域一的堆载与卸载的重量达到平衡；[0010]步骤四、第二阶段施工:在所述既有下卧隧道及竖井中继续进行堆载，同时对所述基坑的区域二的土体进行卸载，并对所述区域二建立内部第二支撑，并拆除位于区域二中的竖井结构，使所述区域二的堆载与卸载的重量达到平衡；
[0011]步骤五、第三阶段施工:根据三维模拟分析，结合所述区域三的土体在卸载施工工况下对既有下卧隧道及竖井变形影响的大小，将所述区域三横向划分为若干段依次进行区域三的土体卸载和对应段的基坑底板浇筑，并在浇筑完成的所述基坑底板的第一段上方进行堆载，并在所述堆载上方对所述区域三建立内部第三支撑，然后依次完成区域三其他段的土体卸载施工以及完成对应段的基坑底板浇筑，同时拆除位于区域三中的竖井结构，然后进行基坑底板闭合施工以完成所述基坑的施工。
[0012]优选地，所述步骤一中结合既有下卧隧道及竖井距离基坑比较近的特点，基坑围护结构采用Π型地墙与重力式挡墙相结合的围护方法，并采用土体加固施工与抗拔桩施工相结合的套叠加固方法，施工围护结构还包括在竖井周边的所述抗拔桩上布设钢立柱桩，使所述钢立柱桩与竖井对称连接。
[0013]优选地，根据三维模拟分析，结合所述区域三的土体在卸载施工工况下对既有下卧隧道及竖井变形影响的大小，将所述区域三横向依次划分为六段进行五次土体卸载和对应段的基坑底板浇筑:首先进行区域三第一段的土体卸载施工；其次完成基坑底板第一段的浇筑；再次在所述基坑底板第一段上进行堆载施工；然后在所述堆载上方对所述区域三建立内部第三支撑；然后依次完成区域三第二段至第六段的土体卸载施工以及完成对应段的基坑底板浇筑，同时拆除位于区域三中的竖井结构，然后进行基坑底板闭合施工以完成所述基坑的施工。
[0014]优选地，所述区域二的堆载施工中所述下卧隧道收缩缝两侧采用对称堆载。
[0015]优选地，所述堆载材料是水、黄砂和钢锭。
[0016]本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果:
[0017]1、本发明的基坑施工方法，采用分步动态堆载与分步分区土体卸载综合控制方法，根据三维模拟分析，结合所述基坑的土体在卸载施工工况下，既有下卧隧道及竖井变形情况，将所述基坑纵向划分为三个堆载及卸载的施工区域，为区域一、区域二和区域三，计算得出三个施工区域堆载材料用量的理论值，并在所述既有下卧隧道及竖井上布置监测装置，所述三个施工区域对应三个施工阶段，直至进行基坑底板闭合施工完成所述基坑。具体地，根据隧道的长度分段堆载，隧道端部竖井处堆载量较大，远离隧道端部方向堆载量逐渐减少，然后根据实时动态监测数据分析，动态调整堆载与土体卸载平衡。这种方法能够及时有效控制既有下卧隧道以及竖井上浮变形，确保基坑施工同既有下卧隧道以及竖井保护同步进行，从而提高了施工效率，缩短了基坑施工的工程工期及成本。
[0018]2、本发明的基坑施工方法的基坑围护体系，采用Π型地墙与重力式挡墙相结合的围护方法，并采用土体加固施工与抗拔桩施工相结合的套叠加固方法，还包括在竖井周边的所述抗拔桩上布设钢立柱桩，使所述钢立柱桩与竖井进行对称连接，确保了既有下卧隧道以及竖井等周边环境的安全，而且缩短了工程工期。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是基坑的示意图；[0020]图2是本发明一实施例的基坑不意图；
[0021]图3是本发明一实施例的基坑示意图；
[0022]图4是本发明一实施例的基坑示意图。
【具体实施方式】
[0023]以下结合附图和具体实施例对本发明提出的基坑施工技术作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
[0024]如图1所示为基坑的位置示意图。既有下卧隧道2以及竖井3位于基坑下方。
[0025]下面结合图2、图3和图4，详细说明本发明基坑的施工方法。一种基坑施工方法，包括如下步骤:
[0026]步骤一、基坑围护:在待施工的所述基坑A的四周建立基坑围护结构I。
[0027]具体来说，考虑到基坑既有下卧隧道与基坑底板距离比较近，为了确保基坑整体及周边环境的安全，基坑围护结构I采用“骑跨式”围护结构，采用Π型地墙与重力式挡墙相结合的围护方法，以解决此区域围护结构刚度不足和产生滑移等问题。
[0028]通过三维模型模拟计算分析，与基坑底板距离比较近的既有下卧隧道及竖井上浮变形较大。为了控制既有下卧隧道及竖井的上浮变形，采用工程抗拔桩与土体加固相结合的方法，对既有下卧隧道及竖井进行“紧箍”保护，以约束因土方卸载、水浮力及基坑回弹隆起等综合因素作用下基坑坑底既有下卧隧道及竖井的上浮变形趋势。具体地，先加固土体施工再抗拔桩施工，采用“做一隔二”方式，以隧道为主体划分为外圈、中部、内圈施工区域，采用分块、对称原则由外向内进行施工，有效减少集中施工对其既有下卧隧道2、竖井3及周边环境安全的影响。
[0029]通过三维模型模拟计算分析，既有下卧隧道及竖井变形趋势为:由缺少一端约束的竖井沿隧道自坑内向外呈曲线递减变化，竖井上浮变形最大，分析得出基坑范围内30m区域竖井、隧道差异变形约为12_。虽然隧道本身的结构安全性可得到保证，但考虑竖井与隧道、隧道与隧道连接的钢构件已经老化，其对变形极为敏感，微小的差异变形可能会引起渗水。为此，利用竖井周边工程抗拔桩布设钢立柱桩，使其与竖井对称连接，类似于锚杆牵拉杆件，达到牵制、约束竖井上浮变形的目的。
[0030]步骤二、根据三维模拟分析，结合所述基坑的土体在卸载施工工况下，既有下卧隧道2及竖井3变形情况，将所述基坑纵向划分为三个堆载及卸载的施工区域，为区域一、区域二和区域三，计算得出三个施工区域堆载材料用量的理论值，并在所述既有下卧隧道及竖井上布置监测装置，遵循“先堆载再土体卸载”的原则，按所述三个施工区域对应三个施工阶段依次进行施工。
[0031]具体来说，通过建立三维模型进行风险分析，针对基坑土体卸载过程中，既有下卧隧道及竖井的不均匀曲线上浮变形情况，在完成基坑围护结构I后，进行分阶段分区域动态堆载方法，隧道2端部的竖井3处堆载量较大，远离隧道2端部方向堆载量逐渐减少，从而确保既有下卧隧道及竖井的上浮变形均匀可控。堆载施工时，利用既有下卧隧道2及竖井3上布置的监测装置进行实时动态监测，根据前一施工阶段的监测情况，动态调整后一施工阶段的堆载材料用量以及堆载位置。考虑现场实际施工便利性和安全性，合理选择堆载材料，所选堆载材料是水、黄砂和钢锭。以下对基坑的三个施工区域对应的三个施工阶段进行详细说明。
[0032]继续参考图2，步骤三、根据“先堆载再土体卸载”的原则，依次进行基坑的三个施工区域对应的三个施工阶段的施工。第一阶段施工:在所述既有下卧隧道2中进行第一次堆载5施工，同时对所述基坑A的区域一的土体进行第一次卸载，并对所述区域一建立内部第一支撑6，使所述区域一的堆载与卸载的重量达到平衡，至此完成基坑区域一对应的第一阶段施工。
[0033]第一阶段施工完成后，根据动态监测数据分析，既有下卧隧道2及竖井3变形较小，竖井3上浮最大位移为1.2mm,隧道2下沉最大位移为3.2mm,隧道沿远离基坑A方向成下沉趋势，此时，基坑A范围内的隧道2长度约为30m。为了控制隧道的变形,考虑调整第二阶段堆载5施工的位置，选择在基坑A范围内的隧道2上方及竖井3内进行堆载；同时调整第二阶段堆载施工材料用量，分两次完成第二阶段的堆载施工。
[0034]继续参考图3，步骤四:第二阶段施工:根据上述调整后的堆载材料和堆载位置，在所述既有下卧隧道2上方及竖井3内进行第二次堆载5施工，同时对所述基坑A的区域二的土体进行第二次卸载，并对所述区域二建立内部第二支撑7，同时拆除位于区域二中的竖井结构，使所述区域二的堆载与卸载的重量达到平衡。
[0035]具体地，区域二对应的第二阶段堆载施工时，先完成堆载施工材料原设计值一半的堆载，再根据监测数据变化进行动态调整，进行第二阶段中堆载施工材料原设计值剩余部分的堆载。在本实施例中，当堆载施工材料用量为原来设计值的一半时，根据监测数据分析，既有下卧隧道2及竖井3变形较小。特别地，竖井3上浮最大位移仅为6.8_，基坑A内隧道2变形较为规律，曲线变化率约为万分之三，但竖井3与隧道管片接口部位4及隧道收缩缝两侧差异沉降较大，最大变形约2.3mm。此时，根据三维模拟分析，结合堆载理论设计值和监测数据分析，首先在隧道2收缩缝两侧进行对称堆载，然后动态调整堆载施工，进行第二阶段中堆载施工材料原设计值剩余部分的堆载，至此完成基坑区域二对应的第二阶段施工。
[0036]第二阶段施工完成后，继续参考图4，步骤五、第三阶段施工:根据三维模拟分析，结合所述区域三的土体在卸载施工工况下对既有下卧隧道及竖井变形影响的大小，将所述区域三横向划分为若干段依次进行区域三的土体卸载和对应段的基坑底板10浇筑，并在浇筑完成的所述基坑底板的第一段11上方进行堆载，并在所述堆载9上方对所述区域三建立内部第三支撑8，然后依次完成区域三其他段的土体卸载施工以及完成对应段的基坑底板浇筑，同时拆除位于区域三中的竖井结构，然后进行基坑底板10闭合施工以完成所述基坑的施工。
[0037]具体地，考虑到区域三土体卸载以及对应段基坑底板制作施工周期较长，对既有下卧隧道及竖井变形影响较大，为此进一步完善区域三土体卸载以及对应段基坑底板施工以简化施工流程和周期，快速形成基坑底板。具体来说，区域三土体卸载施工采用横向分段进行，综合考虑堆载施工的安全性以及实际堆载所占空间的大小，将第三阶段堆载施工位置调整到基坑底板10上。
[0038]具体来说，根据三维模拟分析，结合所述区域三的土体在卸载施工工况下对既有下卧隧道2及竖井3变形影响的大小，将所述区域三横向划分为若干段依次进行区域三的土体卸载和对应段的基坑底板浇筑。优选地，首先通过模拟分析结合实际施工状况确定所述区域三的土体在卸载施工工况下对既有下卧隧道2及竖井3变形影响最小的第一段。施工时，首先进行区域三第一段的土体卸载施工，然后完成对应段的基坑底板第一段11浇筑。接着，根据所述的第三阶段堆载材料用量及第三阶段堆载施工位置，在基坑底板第一段11上方进行第三阶段堆载9施工，并在所述堆载9上方对所述区域三建立内部第三支撑8。然后依次完成区域三其他段的土体卸载施工以及完成对应段的基坑底板浇筑，同时拆除位于区域三中的竖井结构，然后进行基坑底板10闭合施工以完成所述基坑的施工，最后竖井2与基坑上方新建建筑物连通。
[0039]更优选的，根据三维模拟分析，结合所述区域三的土体在卸载施工工况下对既有下卧隧道2及竖井3变形影响的大小，将所述区域三横向依次划分为六段进行五次土体卸载和对应段的基坑底板浇筑:通过模拟分析结合实际施工状况确定所述区域三的土体在卸载施工工况下对既有下卧隧道2及竖井3变形影响最小的为第一段，根据影响的逐渐增大，依次为第二段、第三段、第四段、第五段以及第六段，其中区域三的第六段土体在卸载施工工况下对既有下卧隧道2及竖井3变形影响最大。施工时，首先进行区域三第一段的土体卸载施工；其次完成基坑底板第一段11的浇筑；再次在所述基坑底板第一段11上进行堆载9施工；然后在所述堆载9上方对所述区域三建立内部第三支撑8 ;然后依次完成区域三第二段至第六段的土体卸载施工以及完成对应段的基坑底板浇筑，同时拆除位于区域三中的竖井结构，然后进行基坑底板10闭合施工以完成所述基坑的施工，最后竖井2与基坑上方新建建筑物连通。特别地，经过模拟分析结合实际施工状况发现，区域三第四段14和区域三第五段15对既有下卧隧道2及竖井3变形影响相近，因此区域三的这两段同时进行施工。特别地，根据监测数据动态调整堆载材料用量以及堆载施工位置，若是基坑施工环境整体平衡，采取在基坑底板第一段11上一次性完成第三阶段堆载施工。反之，则根据实际施工情况，依次在基坑底板的其他段进行堆载，直至完成整个区域三的堆载施工。
[0040]综上所述，在本发明所提供的基坑施工方法中，采用分阶段分区动态堆载与分阶段分区土体卸载综合控制方法，根据三维模拟分析，结合所述基坑的土体在卸载施工工况下，既有下卧隧道及竖井变形情况，将所述基坑纵向划分为三个堆载及卸载的施工区域，计算得出三个施工区域堆载材料用量的理论值，并在所述既有下卧隧道及竖井上布置监测装置，遵循“先堆载再土体卸载”的原则，按所述三个施工区域对应三个施工阶段依次进行施工，直至进行基坑底板闭合施工完成所述基坑。具体地，隧道端部竖井处堆载量较大，远离隧道端部方向堆载量逐渐减少，然后根据实时动态监测数据分析，动态调整堆载与土体卸载平衡。这种方法能够及时有效控制既有下卧隧道以及竖井上浮变形，确保基坑施工同既有下卧隧道以及竖井保护同步进行，从而提高了施工效率，缩短了基坑施工的工程工期及成本。而且，基坑施工完成后，既有下卧隧道及竖井最大上浮变形16.3mm，基坑范围内最小变形9.5mm,既有下卧隧道及竖井差异变形仅为6.Smm0本发明的基坑施工方法解决了既有下卧隧道及竖井因基坑施工导致的上浮变形和差异上浮变形问题，确保了既有下卧隧道和竖井的安全。
[0041]上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
【权利要求】
1.一种基坑施工方法，用于在既有下卧隧道及竖井上方进行基坑施工，其特征在于，包括如下步骤:步骤一、基坑围护:在待施工的所述基坑的四周建立基坑围护结构；步骤二、建立三维模型进行风险分析，结合所述基坑的土体在卸载施工工况下，既有下卧隧道及竖井变形情况，依据基坑围护结构和基坑支撑体系，将所述基坑纵向划分为三个卸载及堆载的施工区域，为区域一、区域二和区域三，计算得出三个施工区域堆载材料用量的理论值，并在所述既有下卧隧道及竖井上布置监测装置，遵循“先堆载再土体卸载”的原则，按所述三个施工区域对应三个施工阶段依次进行施工；步骤三、第一阶段施工:在所述既有下卧隧道中进行堆载，同时对所述基坑的区域一的土体进行卸载，并对所述区域一建立内部第一支撑，使所述区域一的堆载与卸载的重量达到平衡；步骤四、第二阶段施工:在所述既有下卧隧道及竖井中继续进行堆载，同时对所述基坑的区域二的土体进行卸载，并对所述区域二建立内部第二支撑，并拆除位于区域二中的竖井结构，使所述区域二的堆载与卸载的重量达到平衡；步骤五、第三阶段施工:根据三维模拟分析，结合所述区域三的土体在卸载施工工况下对既有下卧隧道及竖井变形影响的大小，将所述区域三横向划分为若干段依次进行区域三的土体卸载和对应段的基坑底板浇筑，并在浇筑完成的所述基坑底板的第一段上方进行堆载，并在所述堆载上方对所述区域三建立内部第三支撑，然后依次完成区域三其他段的土体卸载施工以及完成对应段的基坑底板浇筑，同时拆除位于区域三中的竖井结构，然后进行基坑底板闭合施工以完成所述基坑的施工。
2.如权利要求1所述的基坑施工方法，其特征在于，所述步骤一中结合既有下卧隧道及竖井距离基坑比较近的特点，基坑围护结构采用Π型地墙与重力式挡墙相结合的围护方法，并采用土体加固施工与抗拔桩施工相结合的套叠加固方法，施工围护结构还包括在竖井周边的所述抗拔桩上布设钢立柱桩，使所述钢立柱桩与竖井对称连接。
3.如权利要求1所述的基坑施工方法，其特征在于，根据三维模拟分析，结合所述区域三的土体在卸载施工工况下对既有下卧隧道及竖井变形影响的大小，将所述区域三横向依次划分为六段进行五次土体卸载和对应段的基坑底板浇筑:首先进行区域三第一段的土体卸载施工；其次完成基坑底板第一段的浇筑；再次在所述基坑底板第一段上进行堆载施工；然后在所述堆载上方对所述区域三建立内部第三支撑；然后依次完成区域三第二段至第六段的土体卸载施工以及完成对应段的基坑底板浇筑，同时拆除位于区域三中的竖井结构，然后进行基坑底板闭合施工以完成所述基坑的施工。
4.如权利要求1所述的基坑施工方法，其特征在于，所述区域二的堆载施工中所述下卧隧道收缩缝两侧采用对称堆载。
5.如权利要求1所述的基坑施工方法，其特征在于，所述堆载材料是水、黄砂和钢锭。
【文档编号】E02D17/02GK103590405SQ201310513128
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年10月25日 优先权日:2013年10月25日
【发明者】王亮, 冯洁文, 郑凯华, 周晓莉, 张铭, 曹文根, 李松 申请人:上海建工四建集团有限公司