濕陷性黃土地區運營地鐵盾構隧道加固技術

王 梅

(西安市政道橋建設有限公司，陜西 西安 710077)

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·橋梁·隧道·

濕陷性黃土地區運營地鐵盾構隧道加固技術

王 梅

(西安市政道橋建設有限公司，陜西 西安 710077)

結合南門立交工程的實際情況，介紹了該工程地鐵加固中降水井井位定位與降水技術控制措施，并從鉆孔灌注樁施工、土方開挖、土體注漿加固等方面，闡述了土地隧道的加固技術，確保了地鐵盾構隧道的安全性。

地鐵，隧道，鉆孔灌注樁，加固技術

0 引言

近幾年來，有關在運營地鐵隧道附近進行深基坑施工，對其影響的理論研究較多，但由于受各地城市軌道交通條例中安全控制范圍的限制，一般明挖基坑工程均避免在地鐵隧道體附近施工，且須保留地鐵隧道抗浮最小覆土厚度，以保證地鐵運營安全。目前僅在我國少數幾個大型城市中有個別基坑工程近距離上跨運營中的地鐵隧道，其安全距離一般控制在0.5d(d為盾構結構的直徑)，即2 m～3 m以外，多使用水泥攪拌地基加固或支撐樁等施工工藝，且跨越長度不超過20 m。

西安作為西北濕陷性黃土地區具有代表性地層的城市，本工程的建設使得西北地區首次有新建地下構筑物近距離上跨正在運營中的地鐵盾構區間，并對地鐵盾構結構進行加固，保證其安全運營。

1 工程簡介

南門和環城南路綜合交通治理——南門立交工程，是西安市利用世界銀行貸款實施的“城市綜合交通改善工程”項目之一。其市政下穿隧道部分，設置為雙向六車道，機動車、非機動車均可通過隧道直接穿過南門廣場。

該隧道凈長度為236 m，寬度36.4 m，施工采用明槽開挖的方式。隧道中部上跨2010年運營的地鐵二號線永寧門—鐘樓盾構區間。

南門下穿隧道共13個鋼筋混凝土現澆板塊，即H1～H13，每板塊長18 m～24 m，其中，H6，H8板塊分別位于運營地鐵隧道盾構區間左右線正上方，隧道基坑寬36.4 m，深約9.2 m，由于結構和功能要求，致使隧道現澆混凝土結構底面與盾構管片頂部最小距離僅為1.97 m，該距離是全國目前同類工程中距離地鐵最近的。其距離遠遠超出了《西安市軌道交通管理條例》第二十六條(一)條規定的地下車站與區間隧道結構外邊線外側10 m內為重點保護區的距離。

該工程地下水穩定水位深度為6.10 m～11.50 m，相應高程為395.22 m～404.21 m，屬潛水類型，地下水位年變幅在2.0 m左右。

為確保地鐵盾構區間隧道上部土體卸荷后結構的穩定，在南門下穿隧道施工中主要采取了在施工范圍內降水、樁板聯合加固、基坑土方分塊分層開挖等加固施工技術，并對該技術進行了研究。

2 地鐵加固技術

2.1 鉆孔灌注樁、降水井井位定位技術控制

為確保地鐵隧道結構安全，防止灌注樁及降水井施工時打穿或碰觸盾構隧道襯砌結構而造成運營事故，施工前聯絡地鐵公司，索取本工程施工段地鐵線路竣工資料、坐標導線點、水準點，將地鐵坐標點、水準點與市政下穿隧道坐標點、水準點進行復核，同時用復核好的坐標點、水準點依據地鐵竣工圖復測現狀地鐵地面建筑物坐標、高程。經本工程建設、監理單位以及地鐵公司技術處各方確認后方可進行測放鉆孔灌注樁、降水井點位。

鉆孔灌注樁、降水井定位時，采用GPS衛星定位測量系統布設現場導線點，應用高精度全站儀測放施工點位，并在灌注樁、降水井成孔時嚴格復核樁位及傾斜偏差，符合質量要求方可進行鋼筋籠吊裝和混凝土澆筑。

2.2 降水技術控制

施工場地地下水穩定水位深度為6.10 m～11.50 m，相應高程為395.22 m～404.21 m，處于地鐵盾構隧道頂1 m位置。下穿隧道大斷面深基坑開挖到基底時，距地鐵隧道頂僅余1.97 m覆土，不滿足最小覆土要求。根據有關規范和條例，地鐵隧道頂覆土要求不小于5 m。當覆土不大于5 m時，隧道結構的受力平衡被破壞，地下水的浮力和卸荷造成的應力釋放會引起地鐵隧道上隆。為防止隧道結構上浮，在基坑土方開挖前，需進行施工降水作業，同時遵循以下要求：

1)降水時嚴格控制水位深度。水位控制過低時，盾構管片基底失水后沉降會引起管片下沉。水位控制過高時，浮力會引起管片上浮。經計算，地下水位控制在盾構結構底時，隧道因降水產生的變形量最小。因此，須將現狀地下水降至地鐵區間隧道底，水位降幅約為6 m～7 m。

2)合理布置降水井的位置、控制降水速度。委托有資質的單位進行降水設計，將降水可能對地鐵盾構隧道產生的影響進行分析和計算。因地鐵永寧門車站及周邊高樓的深基坑施工時該區域已多次進行了降水，土層在失水后的沉降已達到穩定。參照以往降水經驗，降水幅度每天不超過0.6 m。

降水井點在地鐵沿線兩側按20 m間距呈梅花形布置，井深從地表起算為38 m，無砂混凝土井管內徑400 mm，外徑500 mm。成井采用大鍋錐鉆進，成孔直徑600 mm，下管前洗井清渣，清渣后下入濾水井管。井管與井壁之間用3 mm～5 mm天然礫石填充。

2.3 地鐵隧道加固技術

本工程地鐵隧道加固主要包括鉆孔灌注樁施工、土方開挖、冠梁及蓋板施工以及土體注漿加固等施工技術。

1)鉆孔灌注樁施工。市政下穿隧道結構主體H6，H8板塊分別位于地鐵左右線區間隧道盾構結構的上方。在地鐵盾構隧道左右線兩側各2 m位置，縱向36.4 m寬度范圍內設置有116根φ800@1 500 mm的鉆孔灌注樁。鉆孔灌注樁孔深22.5 m，有效樁長13.3 m，空樁9.2 m～9.6 m。

地鐵加固樁距離地鐵管片凈間距2 m，樁頂距離地面9.2 m～9.6 m，以上均為空樁，因上層多為雜填土，施工中極易造成塌孔，危及地鐵安全。鉆孔灌注樁施工時對鉆機鉆進速度、泥漿配合比、下鋼筋籠、灌注混凝土的時間都進行了嚴格的要求，且形成交底，交到每一個作業人手中。

同時，對以往的施工工藝進行了梳理和優化，加強了鉆孔過程中質量的控制、鋼筋籠質量的控制，要求了商混進場時間，減少了因鋼筋籠質量問題和商混等待造成的塌孔等方面的安全隱患，使工作效率得到了提高，鉆孔灌注樁的施工質量得到了保證，也確保了地鐵盾構區間的安全。

2)土方開挖。根據地鐵盾構隧道在上部基坑作用下的變形機理，隧道豎向的變形為主，采用對稱開挖，水平方向與軸向變形較小。

基坑的開挖有可能造成盾構隧道的上浮，并引起隧道的襯砌管片處出現開裂、滲漏，進而引起地鐵軌道變形，造成地鐵重大運營事故和人員傷亡。在此種情況下，對基坑土方的開挖提出了更高的要求，即“分層、分部、對稱、平衡、限時”的5個要點，并遵循“豎向分層、縱向分段”的施工原則，保證安全施工。

南門下穿隧道共分為13個板塊，其中H6和H8板塊位于地鐵上下行區間隧道盾構結構的上方。

a.常規段土方開挖。H1～H5，H9～H13板塊按照常規的基坑土方開挖方式施工。邊坡支護采用掛鋼筋網片噴射混凝土，鋼筋網片為φ6.5@150 mm×150 mm，噴射混凝土采用150 mm厚C25早強噴射混凝土。

此時觀測地下水位，待地下水位降至盾構隧道底時，人工跳槽分塊開挖剩余5 m土方。人工開挖時，地鐵隧道頂土方卸荷較慢，造成地鐵隧道的變形也較慢，根據監測數據可以有效的控制風險。但在人工開挖同時，盡最大可能縮短工期和單塊土體的開挖時間也十分重要，密切注意各施工工藝之間的銜接，一旦開挖土體，地鐵隧道隨之產生持續變形。

開挖前，將開挖區域分割成序號為“1,2,3”的30個槽段，每槽段長3 m，寬10 m，排序為1,2,3,2,1,2,3,2,……先開挖編號為1的槽段基坑，挖至基底后，立即破除槽段內鉆孔灌注樁樁頭，施工800 mm×400 mm鋼筋混凝土冠梁及400 mm厚鋼筋混凝土的蓋板，封閉形成樁板聯合體系。

蓋板鋼筋按照規范要求預留，便于下個槽段施工時進行連接。在每塊蓋板中間隔1.5 m留置φ42 mm長度1.5 m的注漿管，共計14根，待冠梁及蓋板混凝土強度達到95%后，進行小壓力注漿。

以此類推，順序完成編號為2，3的槽段基坑施工。

人工挖土及蓋板施工期間采用24 h不間斷施工，提前加工鋼筋、準備破樁設備及人力，土方挖至基底時立即鑿除樁頭，待鉆孔灌注樁小應變檢測完成后立即綁扎鋼筋，澆筑冠梁及蓋板混凝土。確保盾構區間頂卸荷時間最短，并減少基坑外露時間。

3)土體注漿加固。待冠梁及蓋板混凝土強度達到95%后，在蓋板底與盾構頂之間進行注漿以改良土壤性能，提高土壤密實度及抗裂性。

3 結語

本次加固施工的順利完成，實現了在濕陷性黃土地區大跨度市政下穿現澆隧道結構深基坑施工時近距離上跨地鐵盾構隧道而不中斷運營的目的。在制定降水、加固等施工方案的過程中，經多方討論、嚴密計算，并組織專家進行論證，施工中嚴格執行了既定方案，保證了地鐵盾構隧道的安全。

[1] JGJ 120—2012，建筑基坑支護技術規程[S].

[2] JGJ 167—2009，濕陷性黃土地區建筑基坑工程安全技術規程[S].

[3] GB 50299—1999，地下鐵道工程施工及驗收規范[S].

Reinforcement technology of in-service subway shield tunnel in collapsible loose region

Wang Mei

(Xi’anMunicipalHighwayBridgeConstructionCo.,Ltd,Xi’an710077,China)

Combining with actual Nanmen overpass engineering conditions, the paper introduces dewatering well orientating and dewatering technology control measures in the subway reinforcement, and describes land tunnel reinforcement technologies from aspects of bored pile construction, earthwork excavation and soil grouting reinforcement, with a view to guarantee the subway shield tunnel safe.

subway, tunnel, bored pile, reinforcement technology

1009-6825(2016)26-0158-02

2016-07-08

王 梅(1972- )，女，高級工程師

U455.43

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