軟土地區隧道正上方加卸載對隧道變形的影響分析

趙敬妍

摘 ? 要：本文通過對地鐵上方加卸載實測數據分析，探討了土方加卸載對隧道變形的影響，得出隧道正上方加卸載對隧道的垂直位移有著直接的影響。隧道正上方土方卸載是整治隧道差異沉降的有效措施，EPS塊料鋪設不會使隧道沉降，EPS換填土方后進行道路施工對減輕上方荷載對隧道垂直位移影響有顯著作用。泡沫輕質土換填對下方隧道變形改善效果不如EPS換填。案例對于外部擾動對盾構隧道影響及整治研究具有重要的工程實踐價值。

關鍵詞：軟土隧道 ?上方加載 ?EPS ?泡沫輕質土 ?沉降變形

中圖分類號：U451 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）02（c）-0043-03

隨著地鐵線路的不斷延伸，軌道交通安全保護區隧道正上方近年來有不少加載的工程項目，其中有幾項對地鐵結構產生一定影響。本文通過對上海軌道交通隧道上方卸載實測數據分析，研究了堆土卸載對隧道變形的影響。

1 ?情況簡介與采取的即時措施

2013年3月，上海軌道交通某區間隧道發生三個明顯加速發展的沉降漏斗，且該區段隧道內滲漏水嚴重，道床與管片脫開，累計沉降量已較大，沉降速度未見收斂。

三個沉降漏斗分別對應橋接坡及交叉路口。經查看該線路設計圖紙，該區段雙圓隧道上方地面原始設計標高普遍為3.8～4.2m，實測三個沉降槽對應部位地面標高5.1～6.92m。

經安保區巡查員發現，該隧道上方正在進行道路施工。2012年6月，發現違規跡象后，監護部門當月發送兩次告知書，要求建設單位停止施工并辦理相關監護手續，但建設單位未停工及申報。該道路于2012年底竣工通車運營，總寬度50m。

發現該區段安全隱患后，監護部門立即采取以下措施：

（1）將相關情況上報至維保中心及申通集團。

（2）隧道內采取注漿堵漏等措施。

（3）加強隧道結構變形監測，確保不發生突變。

（4）與項目建設單位溝通協商卸載相關事宜。

2 ?原因分析

經相關資料、實地踏勘及數據分析，引起沉降的主要原因是道路加載，道路設計單位并未考慮引橋填土對隧道的影響問題，橋頭填土產生的附加應力，引起了隧道底標高以下（絕對標高-15m以下）的軟土沉降，從而使隧道區間發生了超標不均勻沉降。

3 ?工程整治措施及要求

對橋頭道路接坡縱向從橋頭至目前路面標高約5.2m的位置，長度為100m，橫向自道路中心線兩側寬度20m的范圍內進行對稱均勻卸載，卸載深度至絕對標高3.0m。采用EPS及相應的路面結構置換橋臺后的填土。

交叉路口路面平均標高5.2m，其中最高為6.05m，原現狀地面標高4.0m，卸載至2.5m，采用現澆泡沫輕質土換填厚度2m，現澆泡沫土容重0.7t/m3，其上復原路面結構。

土方開挖須嚴格執行“分層分段，留土護壁，限時開挖”的原則，在開挖過程中每一級放坡不陡于1：2，總坡度不超過1：3。

EPS塊材填筑技術要求如下。

（1）EPS塊體鋪設在施工基面上，施工基面橫向挖成2.0%橫坡路拱層，縱向按路面縱坡要求放樣，超挖地面頂面為20cm中粗砂墊層，用于找平和排水。砂墊層采用中粗砂，含泥量不大于3%，要求厚度均勻，表面平整，頂面平整度誤差為±10mm。

（2）EPS塊體選用300cm×124cm×63cm尺寸，容重為35kg/m3。EPS材料必須滿足設計要求的抗壓強度，當試件壓縮變形為5%時，單個試件抗壓強度不低于120kPa，EPS塊體需要切割時，應采用電熱絲進行切割。EPS材料還應具有燃燒時的自滅性。

（3）EPS鋪設采用錯縫方式，錯縫要求一般≥50cm，特殊部位≥30cm（如邊緣部位），塊體間的縫隙和平整度應分別控制在20mm和10mm以內。塊體之間產生縫隙和高差時，以及塊體與結構物之間有間隙時，均采用水泥砂漿調平、填隙。塊體間采用雙面或單面爪型金屬聯絡件固定。

（4）EPS塊體長邊（3.0m）的用3個爪，中邊（1.24m）用2個爪件，短邊（0.63m）用1個爪件連接。在施工基面和斜面部位“I”型金屬銷釘固定于地基。

（5）EPS塊體層頂部設置一層厚度為18cm的現澆鋼筋混凝土板。鋼筋混凝土板采用C30混凝土，鋼筋為Φ8mm網格為15cm×15cm鋼筋網（雙層配筋），上下層鋼筋網間距9cm。

（6）鋼筋混凝土板達到一定強度后才能施工路面結構基層。

（7）EPS塊材鋪設時，可由左側向右側鋪設，上層與下層錯開半塊塊材寬度，最后一塊為非整尺寸，非整尺寸塊材寬度不得小于25cm。

（8）排水措施：EPS是憎水性材料，相關實驗表明，EPS材料的吸水率僅為2%，基本為不吸水材料。因而，采用土工布外包，并采用20cm的中粗砂外包防滲土工布，基坑放坡坡腳處的位置采用UPVC管將中粗砂墊層內的水排入雨水窨井。

4 ?施工過程描述

4.1 橋頭支護施工

橋兩側接坡采用淺側放坡開挖、深側利用橋臺作為擋土結構;基坑東、西側根據基坑深度分別采用放坡開挖、放坡開挖+400×160熱軋U型鋼板樁（樁長6m）、放坡開挖+500×225熱軋U型鋼板樁（樁長9m）的側向支護形式。鋼板樁插入比為基坑深度：板入土深度≥1：1.2。

4.2 橋頭開挖卸載施工

由于道路機動車道范圍外側第三根車道下有雨水管道，管道中心線距道路側石線2.0m位置，且管道底標高在1.9～3.7m（絕對標高）。考慮到施工對管道的影響，因而，按20m寬度垂直支護開挖，上部采用倒梯形，減載體積增大，減載效果應好于垂直開挖21m的范圍。

4.3 橋頭減載回填施工

橋接坡填土位置采用EPS置換至標高3.0m。

4.4 路口支護施工

采用東側淺側放坡開挖、深側利用橋臺作為擋土結構;基坑南北側根據基坑深度采用500×225熱軋U型鋼板樁（樁長9m）的側向支護形式，鋼板樁插入比為基坑深度：板入土深入≥1：1.2。

4.5 路口開挖卸載施工

路口路面平均標高5.2m，標高為6.05m，原現狀地面標高4.0m，卸載至2.5m。為控制路口下隧道變形，采取將路口填土區域分階段進行挖土卸載的措施。每個階段再分為兩個基坑按先北后南的順序進行先后施工，兩個基坑相互獨立。

4.6 路口換填施工

采用現澆泡沫輕質土換填厚度2m，現澆泡沫土容重0.7t/m3。

5 ?工況與隧道變形分析

5.1 施工工況

4月1日開工，橋兩側卸土于4月15日完成，共卸載約10000m3。交叉口東北側卸土4月16日完成，共卸載約2000m3;交叉口西北側卸土4月14日已完成，共卸載1200m3。路口北側兩塊恢復通車后，進行南側兩塊卸載施工。交叉口東南側卸土4月23日完成，共卸載約3000m3;交叉口西南側卸土4月23日已完成，共卸載2000m3。

5.2 隧道監測數據

由圖2可以看出，橋兩側卸載施工前，對應區段隧道最大沉降達-81.27mm。卸土施工期間，對應區段隧道沉降數據上抬11.71mm，上抬速率2.34mm/d，說明隧道正上方土方卸載是整治隧道差異沉降的有效措施。EPS鋪設施工期間，對應區段隧道沉降數據上抬3.69mm，上抬速率0.31mm/d，說明EPS塊料鋪設不會使隧道沉降，EPS換填土方進行道路施工對減輕上方荷載對隧道垂直位移影響有顯著作用。

由圖3可以看出，路口施工前，對應區段隧道最大沉降達-87.85mm。卸土施工期間，對應區段隧道沉降數據上抬3.19mm，上抬速率0.35mm/d，由于該處土方卸載量較小，隧道上抬量也較小。泡沫輕質土澆筑施工期間，對應區段隧道沉降數據先上抬6.23mm，后下沉4.13mm，說明泡沫輕質土對隧道沉降有一定影響，泡沫輕質土填土方進行道路施工對減輕上方荷載對隧道垂直位移影響作用較小。

6 ?結語

通過對工程施工及隧道數據變化情況分析，我們可以給出以下結論：

（1）隧道正上方加卸載對隧道的垂直位移有著直接的影響，隧道正上方土方卸載是整治隧道差異沉降的有效措施。

（2）EPS塊料鋪設不會使隧道沉降，EPS換填土方進行道路施工對減輕上方荷載對隧道垂直位移影響有顯著作用。

（3）泡沫輕質土對隧道沉降有一定影響，泡沫輕質土填土方進行道路施工對減輕上方荷載對隧道垂直位移影響作用較小，其效果不如EPS換填。

（4）建議加強對地鐵上方加卸施工的監督和審查。

參考文獻

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