清涼門隧道上跨既有地鐵2號線深基坑施工技術

雷 輝

（中鐵四局集團有限公司，江蘇 南京 210000）

1 工程概況

城西干道清涼門隧道在漢中門段（里程K2+999~K3+043）上跨南京市地鐵二號線盾構區間隧道。地鐵二號線該區域為單洞單線盾構隧道的區間，埋深為14.5m，現已開通運營。沿線建構筑物密集，地下管線眾多。交通繁忙，車流量較大。

上跨地鐵段隧道基坑最大開挖深度9.4m，平均挖深9.1m，開挖基坑底部距離地鐵頂部最小垂直距離5.1m，隧道與地鐵二號線斜交75°。

基坑開挖區域自上而下土層為：

①-1雜填土：由粉質粘土混碎磚，厚度2.5-3.4m；

①-2素填土：粉質粘土局部夾植物根系，埋深2.5-3.4m；

②-1粉質粘土：含少量腐植物，局部夾薄層粉土，埋深5.4-7.3m；

②－2粉質黏土：軟流塑、部分為淤泥質粉質黏土，韌性、干硬度中等，埋深7.5-9.5m。

③-1粉質黏土：灰黃色-棕紅色，可塑，局部硬塑，含鐵錳結核，干強度中等，層頂埋深約12.7m，層厚約4m；

④-2殘積土：棕紅色，由泥巖、泥質粉砂巖經劇烈風化而成，以硬塑狀態為主，土質不均，浸水極易軟化。層頂埋深約20.8m，層厚約0.9m。

⑤－1強風化泥巖、泥質粉砂巖、棕紅色、風化強烈、局部夾少量中風化巖塊，屬極軟巖，遇水極易軟化，層厚約2.5m；

⑤－2a中風化泥巖、泥質粉砂巖、棕紅色、泥質膠結，泥質及粉粒狀結構層狀構造，巖質軟硬相間，有裂隙發育，屬極軟巖，層厚約20m。

圖1 基坑圍護及加固平面圖

施工區域西側約60m為秦淮河，常年水位標高約6.5m（吳淞高程）。對工程和施工有影響的地下水主要為淺層潛水、弱承壓水、基巖風化裂隙水。淺層潛水主要賦存于人工填土及新近沉積的②層土中，人工填土厚度3-4m，水量豐富，透水不均，總體上屬于弱透水層~透水地層。潛水穩定水位埋深在地面以下5m左右。

2 工程難點

2.1 隧道保護要求高

南京地鐵2#線隧道采用裝配式結構，在保護區內工程施工必將對其產生影響，輕則引起管片接縫張開、環縫或通縫漏水；重則引起管片開裂、鋼筋銹蝕縮短隧道使用壽命。為確保保護區內工程施工對隧道不產生損壞，特制定以下標準：

（1）地鐵結構設施絕對沉降量及水平位移量≤20mm；

（2）隧道變形曲線的曲率半徑R15000m；

（3）相對彎曲不大于1/2500；

（4）收斂變形小于20mm。

2.2 基坑開挖引起隧道隆起量大

基底與隧道頂凈距僅5.1m，為接近工程實際，采用有限元法對基坑卸載過程進行模擬，根據地層損失原理對實際荷載和相應系數進行修正。計算結果表明，僅開挖期間隧道頂部最大附加變形量為12.52mm，加之前期施工隧道隆起量，隧道結構設施必將受到影響，甚至影響地鐵安全運營。

2.3 施工區域地質條件差

對應地鐵隧道結構施工區域狀況不良，歷史上曾發生過一定程度的沉降和變形，目前累計沉降量較大。

3 設計措施

3.1 圍護結構

上跨地鐵二號線區段的隧道基坑四周采用φ1000@800的咬合樁圍護，形成封閉基坑。東西兩側為φ1000@2000的雙排樁圍護結構外側8m范圍兩地鐵盾構隧道之間以及地鐵盾構隧道兩側分別設三排φ1000@800的咬合樁與基坑圍護樁相連，其與圍護樁通過冠梁連接形成整體，成“丁”狀，以增強基坑圍護結構穩定性。

3.2 地基加固

φ850的三軸攪拌樁滿堂加固，樁底標高為-9.5m，深入地鐵底板標高以下至少0.7m，地鐵保護限界之內的圍護樁樁底距離隧道頂1.0m。地基加固的目的是防止基坑開挖期間盾構隧道上浮。

3.3 支撐體系

基坑深度范圍內設三層支撐，其中第一層支撐為鋼筋砼支撐，共設4道支撐梁及6道輔助的琵琶撐。第二、三層均為Φ609mmδ16mm鋼管樁支撐。第二道支撐施加191.22kN，第三道支撐施加23.36kN。

3.4 主體結構

圖3 基坑縱向開挖順序圖

上跨地鐵二號線段隧道主體分為三節施工，長度分別為15m、14m、15m。節與節之間做施工縫處理。

4 施工流程

兩側地基加固、圍護樁施工（地基加固完成后進行雨污水管施工）→中間部分封堵頭、地基加固、抗拔樁施工→冠梁、第一層砼支撐施工→第一、二層土方開挖、鋼支撐安裝→第三層中間10m區域土方開挖→中間10m區域墊層、底板施工→分兩次開挖第三層兩側剩余的土方→兩側墊層、底板施工→拆第三層鋼支撐→邊墻施工→將第二道鋼支撐換撐至側墻位置→頂板施工→頂板防水層→拆第二道鋼支撐、鑿除第一道砼支撐→土方回填。

5 主要施工技術

5.1 地基加固

地基加固采用三軸攪拌樁。因地鐵保護限界內地基加固樁底距離地鐵頂部最小距離僅1m，為確保施工精度，減小對地鐵的干擾，采用在三軸攪拌樁鉆桿上設橫向限位桿的方式確保精度，施工順序為：

第一步：虎踞路車輛從中間通行，施工兩側的三軸攪拌樁。首先施工地鐵保護限界外的攪拌樁，然后再施工地鐵保護限界以內的攪拌樁。樁基垂直于隧道布置，北半幅的樁基從南向北推進，南半幅的樁基從北向南推進。

第二步：虎踞路車輛從兩側通行，施工中間剩余的三軸攪拌樁，施工順序同第一步。

圖4 基坑開挖及底板施工順序圖

5.2 圍護結構

三軸攪拌樁施工完成后方可進行咬合樁的施工。地鐵保護限界之外的圍護樁φ1000@800的鉆孔咬合樁采用120°全套筒鉆機施工。地鐵保護限界內的圍護樁樁底距離地鐵頂部僅1.5m，采用旋挖鉆施工，以減少對地鐵的影響。為防止旋挖鉆施工出現塌孔現象，待三軸攪拌樁樁體強度達到70%以上再采用旋挖鉆進行咬合樁施工，如圖1、圖2所示。

5.3 支撐結構

基坑深度范圍內設三層支撐，其中第一層支撐為鋼筋砼支撐，共設4道支撐梁及6道輔助的琵琶撐。采用18mm的竹膠板做模型，對拉拉桿加固，鋼筋砼支撐達到設計強度的100%后方可進行基坑土方的開挖。第二、三層均為Φ609mmδ16mm鋼管樁支撐。第二道支撐施加191.22kN，第三道支撐施加23.36kN。

5.4 基坑降水

為減少對地鐵的擾動，本區域基坑降水不采用井點降水方式，基坑開挖的同時采取挖集水坑明排的方式來解決地表水和地下水問題。

5.5 配重設置

主體土方開挖過程中，由于覆土被卸載，可能導致地鐵在地下水浮力作用下產生上浮或位移，在開挖階段通道內配重、底板施工完成后將配重卸載，開挖及配重（主體結構施工及卸載）同步進行。配重根據與卸載土相同重量的原則，采用2m的預制混凝土塊加載實施。

5.6 基坑開挖

根據“時空效應”理論和地下工程施工及驗收規范的要求，嚴格遵守“開槽支撐、先撐后挖、分層開挖、嚴禁超挖”的施工原則。清涼門隧道和地鐵二號線交叉段的基坑尺寸為：長×寬×深＝43m×28m×9.1m，四周全是圍護樁，根據設計文件制定施工參數如下：

開挖分層的層數：每層開挖深度2m~4m，開挖層數3層，每段最后人工配合機械清底20cm；每層分4~5個區段，每個區段寬度8-10m，開挖完一個區段及時安裝鋼支撐。

圖5 底板施工及反壓預制混凝土塊布置圖

圖6 基坑豎向變形曲線圖

圖7 基坑測斜深度位移變化曲線圖

每層分部開挖的數量：V＝300~600m3；

分部開挖的時間限制：Tc＝12~14h；

分部開挖后完成支撐的時間限制：Ts＝1~2h；

鋼支撐預加軸力：N＝設計計算軸力的70%；

每部開挖的長度B和高度H：B＝8~10m（兩根鋼支撐），H＝鋼支撐層距3m。

每部開挖卸載后無支撐暴露時間：Tr＝14~ 16h；

選用2臺長臂挖掘機、2臺普通挖機、2臺小挖掘機進行開挖，日完成挖土方約400 m3。在圍護樁兩側設隔離圍擋，作為機械運行、停放和車輛行駛通道的場地，土方利用自卸汽車運出，棄于指定地點。

每段縱向開挖分層長度最大10m、最小為8m，深度以每道鋼支撐的高度為一層，鋼支撐的安裝和預應力的施加控制在16小時以內，分段土方開挖到設計標高后快速澆筑底板砼墊層及底板砼，確保基坑安全。

基坑底以上3m范圍內土方開挖及底板施工：為減小地鐵上浮力，第三層土方分三次開挖，第一次開挖中間10m區域的土方，開挖完畢及時進行該區域的底板施工，開挖的同時在兩側進行堆載；第二、三次分別開挖兩側剩余的土方，開挖完畢及時進行該區域的底板施工，開挖的同時在中間進行堆載。如圖3、圖4所示。

5.7 底板混凝土澆筑

為節約單幅底板施工時間，鋼筋接頭采用機械連接，采用斜面分層下料，分層澆筑，踏步式向后推進，每層厚度控制在50cm左右，每臺泵車配備4~6臺插入式振動棒，要求不出現夾心層。在單幅底板混凝土初凝前，隧道上方的混凝土表面鋪設九夾板，用預先準備的預制混凝土塊進行回壓，防止基底回彈帶動隧道隆起。從土體開挖至混凝土底板澆筑完畢，時間要求控制在7h內。如圖5所示。

5.8 信息化施工

隧道內采用人工及自動監測相結合方式進行信息化施工，確保數據及時準確，能起指導施工的作用。

6 施工中各階段隧道變形情況分析

地鐵隧道上方進行土體加固過程中，隧道產生下沉趨勢，最大沉降量約-3.4mm；第一層土開挖結束時，隧道隆起增量為1.6mm，第二層土開挖結束時，隧道隆起增量為2.86mm。整個挖土期間，隧道隆起量最大值為4.8mm。底板澆筑完畢后，結構回筑至頂板的20d施工中，隧道呈現隆起趨勢，隆起量為1.36mm。基坑從圍護施工開始至底板混凝土澆筑完畢后20d，地鐵隧道收斂變形、曲率半徑及相對彎曲等各項指標均滿足地鐵安全運營的保護要求。工程實施過程中，對該區間隧道結構進行普查，未發現結構裂縫及滲漏水等異常現象。如圖6、圖7所示。

結語

在施工過程中，部分監測數據達到報警值，應及時調整施工方案，通過合理安排施工進度，尤其在開挖過程中通過控制挖土時間、做好開挖和配重的控制、預先放置模板、預制鋼筋籠、每小塊底板鋼筋采用機械連接、澆筑早強、微膨脹混凝土，并在16h內完成預制混凝土塊回壓，最終有效控制了運營中地鐵隧道結構變形，取得了一些可供參考的設計與施工經驗。

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