地鐵盾構近距離下穿城市快速路地基加固關鍵技術

張朝彪 劉軍華

上海市機械施工集團有限公司 上海 200000

1、工程概況

1.1 快速路結構概況

前湖大道快速路工程新建豐和南橋梁分為東西兩幅單箱四孔鋼筋砼箱涵橋，橋跨布置為凈12.3m+16.2～16.59m+16.2～16.59m+12.3m，單幅寬為22.75m。中間有QN(S)U45節段U型槽寬度為14.5米,因在現狀河道內，設計結構采用U型槽形式。垂直方向有南昌市軌道交通2號線直接下穿前湖快速路工程箱涵橋和U型槽結構底板，結構底板厚度為1.2米，采用鋼筋混凝土結構，0.15米素混凝土墊層，U型槽地基承載力要求120KPa。軌道交通2號線穿越區域要求地基無側限達到0.8Mpa。

1.2 地質、水文情況

根據地質勘察報告鉆孔編號Z255-1和Z255-2，本區域地質依次為（1）人工填土，雜色，雜填，以碎石、砂土、磚塊等組成，土石等級為Ⅰ，松土，承載力容許值200kpa。（2）黏土，可塑，黃褐色，干強度高，切面光滑，無搖振反應，土石等級為Ⅱ，普通土，承載力容許值130kpa。（3）粉質黏土，黃褐色，軟塑，干強度及韌性中等，土石等級為Ⅰ，松土。（4）細砂，黃褐色，松散，很濕，局部見團狀黏土，承載力容許值150kpa。（5）中砂，灰黃色，稍密，很濕，主要礦物質成分以石英長石為主，承載力容許值200kpa。（6）粗砂，灰黃色，中密，很濕，偶見貝殼與云母碎屑，主要礦物成分以適應長石為主，含有5%直徑4.5-5cm的礫石，土石等級為Ⅱ，普通土，承載力容許值300kpa。（7）強風化粉砂巖，紅色-紫紅色，厚層狀結構，結構大部分破壞，風化裂隙很發育，巖芯呈碎塊狀及短柱狀，土石等級為Ⅳ，軟石。

不良地質埋深一般在Q4黏性土底部或砂層頂部，一般埋深在5-6m以下，U型槽開挖時會引起局部塌方。要特別注意人工填土和軟弱土。人工填土厚度從0.5～9.9m，結構松散填料不均，大多數以黏性土為主，混有砂礫石等，暗埋箱涵及U型槽開挖時需要注意填土坍塌及測向滲水。軟弱土零星分布于黏性土層中及粉砂層，一般埋深在5-6m以下，暗埋箱涵及U型槽處開挖深度范圍內，地層主要以（0）層人工填土和黏土及粉質黏土、粉細砂、中粗砂組成。再下主要為強風化泥質粉砂巖和中風化泥質粉砂巖。

地下水主要為孔隙水，水力特性以承壓水為主，水位變幅2-3m/年。受大氣降水補給，地下水的變化受大氣降雨影響顯著，水流向贛江低地排泄及人工開采排泄。地下水以系桿拱橋為界限，小里程至系桿拱橋地下砂層較薄且不連續，地下水量預計較小，系桿拱橋至大里程方向，地下砂層厚且連續，地下水發育，含水層透水性強，水量豐富，單井涌水量3000t/d。

1.3 近接位置關系

即將建設的地鐵2號線為分離式隧道，與前湖快速路垂直相交，隧道掘進尺寸為6.34米；隧道間凈距為6米，下穿前湖快速路工程，U型槽分南北2條。隧道穿越中砂、粗砂層，處于底板下3至4米，最近為3.442米。見圖1 U型槽與隧道關系及旋噴樁布置斷面圖。

圖1 U型槽與隧道關系及旋噴樁布置斷面圖

2、城市快速路地基加固關鍵技術

在綜合各方面安全、技術、經濟比較后，確定前湖快速路工程在地鐵2號線隧道掘進前先期施工；前湖大道快速路工程該節點基坑采用分級放坡，噴射混凝土支護形式，確保無支護樁穿越設計隧道內。快速路主體結構為鋼筋混凝土結構，主要施工流程為土方開挖→邊坡支護→基坑降水→基坑開挖→穿越區域加固→加固檢測→快速路結構施工→輔道道路施工→地鐵盾構掘進。

2.1 加固總體方案

閉合框架箱型結構基礎落在粉砂或細砂層，考慮地跌2號線后期施工需要，對本箱涵橋基礎底土層進行預先加固處理，以滿足后期地鐵施工和運營主體結構本身安全需要。根據現場實際情況和加固試驗效果：

（1）在地鐵隧道范圍內，包含中間U型槽，采用Φ800mm@600mm的高壓旋噴樁滿堂加固；高壓旋噴樁共有5789根，其中地基加固為5058根，止水封端為731根（封堵墻同樣采用Φ800mm@600mm的高壓旋噴樁），樁頂標高為15.5m，樁底為1.74m。

（2）在地鐵隧道范圍外箱涵橋以內外加1米，考慮到影響減弱及壓密注漿成本較低，采用壓密注漿工藝施工；在加固范圍內有1500個注漿孔，孔頂標高為15.5m，孔底標高為1.74m，入強風化0.6m。

（3）為確保壓密注漿的效果，在其外圍區域采用Φ800mm@600mm進行封閉。

2.2 施工參數

（1）高壓旋噴樁，在地鐵隧道范圍內，包含中間U型槽，采用Φ800mm@600mm的高壓旋噴樁滿堂加固。采用三重管法連續不間斷作業，根據最終的施工總結，具體參數如下：水灰比=1：1，水泥種類：P.O.42.5，水泥摻量：25%，每延米水泥用量271kg（含溢漿量損失），高壓泵：20MPa，空壓機：0.7MPa，泥漿泵：3～5MPa，噴嘴個數：2個，噴嘴直徑2－3mm，流量：應大于80－120L/min，下鉆速度：宜為1m/min，提升速度：宜為15－20cm/min；地基加固所用高壓旋噴達5058根，邊緣止水731根。

（2）在地鐵隧道范圍外箱涵橋以內外加1米，采用壓密注漿工藝施工，根據相關資料進行推算注漿半徑為0.35m，在現場壓密注漿作業開始前進行試驗驗證，按試驗結果選定施工參數后進行規模壓密注漿工藝施工。具體參數如下：漿液配比：水：灰：水玻璃=1.0：2.0：0.05；注漿率（20%～25%）；水泥為PO42.5；下沉速度：＜1m/Min；提升速度：＜15cm/Min；每立方米土體水泥用量：418kg；注漿壓力：0.3-0.8Mpa；注漿深度：按入強風化0.6m控制；注漿間距：梅花形1～1.5m布孔位，總注漿孔3213個。

2.3 施工注意事項

①施工前，應重點做好技術策劃，尋求與地鐵2號線各參建單位共同制定該節點的總體實施思路，確定目標最終參數，由重點辦召集協調，形成相關會議記錄。

②根據地鐵2號線設計圖紙，結合本工程的圖紙進行位置關系分析，確定地鐵穿越區域和快速路結構區域，加強測量精度的控制，確定并標識出高壓旋噴樁加固區域，壓密注漿區域，做好相應的測量成果交底。

③施工期間，安排專人對關鍵參數進行監控和測量，總體上根據理論和實際水泥用量進行比較和分析，過程中對各個技術參數（水灰比、壓力、速度，順序等）進行測量和儀表識讀，做好記錄，確保后期土體的加固效果，杜絕減料現象的發生。

④高壓噴射注漿因故停噴后重新恢復施工前，應將噴頭下放0.5米，采取重疊搭接噴射處理后，方可繼續向上提升及噴射注漿，并應記錄中斷深度和時間。停機超過3h時，應對泵體輸漿管路進行清洗后方可繼續施工。壓密注漿原則是先進行上部封漿，即在地面以下1m范圍內低壓注漿，形成頂部封閉漿液；再進行深度注漿，每0.5米注漿一次；注漿壓力提高0.3-0.8Mpa；壓漿順序按梅花1.5m間距實施，施工時順序按隔一孔間跳打施工原則；自下而上分層注漿；

⑤重視施工期間地下既有管線的保護，考慮到現狀前湖地面輔道大量的強電，最高達110KV，弱電，自來水，燃氣等管線，開工前務必對既有管線進行詳細的圖紙查閱和現場開挖探查，確定其類別，走向，位置關系，使用功能等，特別是涉及到加固（壓密注漿）區域及高壓旋噴樁距管線較近，為了保證在施工期間不影響現有管線的正常使用，需要施工過程中增設相關管線的保護措施，制定詳細的管線保護方案。

⑥基坑開挖后，根據要求進行地基承載力實驗和樁基取芯實驗，確保加固效果滿足0.8Mpa要求。施工期間和后期的試驗建議邀請地鐵各參建方來現場察看，防止后期一些不必要的麻煩，也有利于2個工程之間密切溝通和協調。

3、加固效果

基坑開挖后，根據地基承載力、取芯試驗結果，外觀上加固土體均勻，未出斷樁現象，加固無側限抗壓達到了要求的0.8MPa。通過對各個參數的精確控制，解決了砂層中注漿達到均勻性的技術難題，提高了加固區域的整體地基穩定性。

4、結論和建議

面對地鐵盾構穿越快速路箱涵橋和U型槽垂直距離小，安全風險高的難題，通過前期的技術策劃，巧妙地選擇先施工快速路再施工地鐵，規避地鐵先施工，快速路后施工所產生保護地鐵的巨額費用及很高的施工安全風險，通過選擇合理的技術方案，采用高壓旋噴樁和壓密注漿相結合的施工方法，達到了在細砂、中砂、粗砂等復雜地層中加固效果大于等于0.8MPa要求，有效解決了地鐵盾構穿越南昌市前湖快速路工程復雜地層掘進安全問題和后期運營結構安全問題。對今后類似的工程情況，具有較高的參考價值，也積累了寶貴的經驗，目前前湖快速路和地鐵2號線施工期間和運營情況均良好。