明挖基坑上跨既有運營地鐵隧道施工關(guān)鍵技術(shù)與實踐

魏新立

（中鐵十四局集團大盾構(gòu)工程有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引言

明挖基坑作為隧道主要的施工工藝，不可避免會遇到上穿既有隧道的施工環(huán)境，既有隧道上部荷載的變化和施工過程中的振動及壓力將對其造成不利影響，有可能導(dǎo)致既有隧道發(fā)生上浮、橫移及變形。本文基于工程實例，分析明挖基坑上穿既有地鐵隧道施工過程中，采取有效措施控制地鐵隧道的位移和變形。

1 工程概況

1.1 工程與地鐵保護對象相對關(guān)系

該項目為艮山東路過江隧道，主線工程全長4616m。其中，隧道段4462.26m，路基段153.74m，設(shè)風(fēng)塔2 座，管理中心1 座。艮山東路過江隧道工程上跨杭州地鐵1 號線云水站—下沙江濱站區(qū)間，交叉段與地鐵隧道接近呈90o正交，主線隧道交叉段基坑開挖深度9.6～9.8m，坑底距離地鐵隧道最小凈距約5.2m。

1.2 水文與地質(zhì)情況

根據(jù)鉆探揭露及經(jīng)原位測試和室內(nèi)試驗結(jié)果，依據(jù)工程特性及成因條件，將場區(qū)地基劃分為13 個工程地質(zhì)層、34 個工程地質(zhì)亞層及5 個工程地質(zhì)夾層，如圖1 所示。

圖1 地質(zhì)結(jié)構(gòu)分析

1.3 施工中的重、難點

地鐵隧道變形控制是該工程重、難點，對隧道的變形控制要解決以下幾個問題：

第一，隧道上方土體卸荷比不可過大；第二，增強隧道上部及兩個土體的強度；第三，控制施工過程中對隧道的壓力和振動；第四，防止隧道在施工及運行過程中發(fā)生上浮。

2 專項方案

為控制隧道變形采用了以下四種措施結(jié)合進行：第一，上方基坑土體進行MJS 加固處理，增強隧道上方土體的強度和穩(wěn)定性；第二，隧道兩側(cè)及隧道中間設(shè)置MJS 加固和圍護樁形成門式框架結(jié)構(gòu)抑制隧道變形；第三，增加了抗拔樁防止隧道因荷載變化而上浮；第四，基坑采用分坑分塊開挖，減小大面積開挖對地鐵隧道的影響。施工過程中嚴格控制MJS 旋噴樁、鉆孔樁、土方開挖等高程、深度和垂直度等；此外，自動化監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)置尤為重要，是防止發(fā)生事故的重要的手段。施工順序為：對地鐵隧道上方、兩側(cè)、中間土體進行MJS 加固—分坑圍護樁和抗拔樁—分坑分層開挖—混凝土支撐、鋼支撐—主體結(jié)構(gòu)施工—回填[1]。

2.1 MJS 土體加固

MJS 工法在傳統(tǒng)高壓噴射注漿工藝的基礎(chǔ)上，采用了獨特的多孔管和前端造成裝置，實現(xiàn)了孔內(nèi)強制排漿和地內(nèi)壓力監(jiān)測，并通過調(diào)整強制排漿量來控制地內(nèi)壓力，使深處排泥和地內(nèi)壓力得到合理控制，由于地內(nèi)壓力的穩(wěn)定減小了施工中出現(xiàn)的各種變形，減小對周邊管線及建構(gòu)筑物的影響。施工過程中嚴格控制加固深度，避免注漿壓力影響既有地鐵隧道。

基坑工程采用灌注樁圍護加MJS（2400@1800，樁長13.3～27m）做止水帷幕，既有地鐵上方基坑采用MJS 滿堂加固（2400@1800，樁長3.5～4.22m），兩側(cè)采用MJS 門式加固（2400@1800，樁長17.29～17.69m和1400@1000，樁長17.52m）。為避免MJS 的注漿壓力對隧道產(chǎn)生影響，將隧道兩側(cè)門式加固的頂部及底部3.2m 設(shè)計為全圓樁型，剩余部分設(shè)計為半圓樁型，背向隧道成樁。先進行MJS 土體加固，再施工灌注樁，如圖2 所示。

圖2 MJS 土體加固范圍

2.2 增加抗拔樁數(shù)量

明挖隧道與既有地鐵隧道交叉段抗拔樁驗算結(jié)果如表1 所示。

表1 抗拔樁驗算

根據(jù)計算，此段需要設(shè)置抗拔樁，在該段設(shè)置28根Φ1200、長度20m 的抗拔樁。

2.3 分坑分塊開挖

基坑采用分坑分塊開挖，降低卸荷比，減小大面積開挖對地鐵隧道的影響，圍護結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁和MJS 滿堂加固結(jié)合的形式。主線隧道上方基坑圍護采用MJS＋800mm 鉆孔灌注樁的圍護型式，如此形成門式框架結(jié)構(gòu)抑制隧道位移和變形，分塊方式見圖3，開挖順序為A1—A2—A3—A4—B。交叉段坑內(nèi)設(shè)置疏干降水，坑外設(shè)置應(yīng)急降水井[2]。

圖3 分塊分坑平面布置圖

2.4 隧道內(nèi)自動化監(jiān)測

結(jié)合實際工程質(zhì)量檢測標準以及相關(guān)需求，該工程中的隧道自動化監(jiān)測內(nèi)容為：水平位移、豎向位移、收斂變形、裂縫寬度、道床與軌道變位。當采用自動化監(jiān)測時，另外，頻率不低于1 次/4 天，其余情況則不低于1 次/1 天。隧道50m 保護區(qū)范圍內(nèi)進行基坑施工前開始地鐵保護監(jiān)測，待隧道完成后，仍需以不低于1 次/2 天的頻率保持監(jiān)測，持續(xù)時間不小于30 天，監(jiān)測時間應(yīng)根據(jù)隧道變形穩(wěn)定情況酌情延長。監(jiān)測單位監(jiān)測數(shù)據(jù)時應(yīng)與外部作業(yè)時序一致，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)能真實反映外部施工作業(yè)的影響規(guī)律，可根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，實時調(diào)整設(shè)計方案及施工措施。相關(guān)單位應(yīng)收集地鐵結(jié)構(gòu)變形等相關(guān)資料，分析監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化規(guī)律，共享相關(guān)工程的監(jiān)測數(shù)據(jù)信息，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)第一時間內(nèi)到達相關(guān)單位。

3 過程控制及結(jié)論

在施工過程中，應(yīng)按照方案的要求嚴格控制MJS的標高、垂直度和注漿壓力等，控制鉆孔灌注樁的標高和垂直度等。

3.1 MJS 質(zhì)量控制

MJS 工法樁，樁徑?2400，擬采用P.O42.5 級普通硅酸鹽水泥，水泥摻量不低于40%，水灰比1∶0，施工參數(shù)見表2。

表2 MJS 施工技術(shù)參數(shù)

表2續(xù)表

試樁施工過程中，按照表3 進行質(zhì)量檢查和控制工作。

表3 質(zhì)量檢查表

引孔垂直度是控制旋噴樁偏差的關(guān)鍵，引孔必須滿足1/200 要求，在引孔過程中需確保鉆機水平狀態(tài)及鉆桿垂直，引孔采用導(dǎo)向鉆頭，鉆孔定位后采用全站儀進行垂直度復(fù)核，確保滿足要求。

下桿之前對鉆頭的地內(nèi)壓力傳感器進行測試、校核。施工過程中利用信息化設(shè)備全程對地內(nèi)壓力進行監(jiān)測，可以有效保證8h 內(nèi)地內(nèi)壓力數(shù)據(jù)情況可回溯。成孔機械在成孔作業(yè)過程中，實際成孔深度每根鉆桿都進行測量復(fù)核，避免對地鐵管片產(chǎn)生不良影響。

3.2 施工過程位移監(jiān)測

根據(jù)國家行業(yè)標準《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護技術(shù)規(guī)范》（CJJ/T202—2013）中城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全控制指標值的控制要求，見表4。

表4 城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全控制指標值

施工過程中上行線水平位移和豎直位移的監(jiān)測點數(shù)據(jù)匯總?cè)鐖D4 所示。

圖4 上行線水平位移和豎直位移監(jiān)測點分布曲線圖(FC1-1 為上行線水平位移，F(xiàn)C1-2 為豎直位移)

3.3 結(jié)論

從圖中可以得出，施工過程中，既有地鐵隧道位移在相關(guān)規(guī)范要求之內(nèi)，施工滿足要求，此專項方案切實可行有效。

4 結(jié)語

近些年，隨著城市發(fā)展的不斷推進，地下空間利用率也在逐步提升，大量的軌道交通成為了利用地下空間的主要工程。針對當前的明挖基坑上跨既有運營地鐵隧道施工項目來講，必須要結(jié)合具體的施工現(xiàn)場情況分析多種影響因素，打造全過程控制體系，落實好自動化監(jiān)測。本文中MJS 施工工法在基坑維護結(jié)構(gòu)施工中具有較強的應(yīng)用效率，能夠有效減少對周邊環(huán)境的影響，提升基坑穩(wěn)定性，從而為工程提供良好的安全保障。