既有地下空間暗挖加層關鍵技術在軌道交通中的應用

武天宇，嚴若明

（中鐵第六勘察設計院集團有限公司，天津 300308）

1 引言

地下結構加層問題作為地下空間規劃的主要內容，已成為當前軌道交通工程進一步發展的重要課題。根據國外研究情況來看，因為地質條件、施工工藝等因素的限制，有關地下結構加層施工都需要占用路面，重新開挖進行施工。基于此，為了解決傳統地下結構加層時占用地面空間的問題，研究如何在現有基礎上探究一種新型的地下空間加層技術至關重要。本文主要探討了軌道交通工程中既有地下空間暗挖加層關鍵技術。

2 既有地下空間暗挖加層技術的相關概述

既有地下空間暗挖加層施工直接在地下土體內部開挖，不涉及地面開挖工作。本項目所在區域水文地質條件影響較大，并且存在工作環境不佳、施工面較窄[1]，但該工程同樣具有不影響周邊市民活動、交通工程以及城市運行的特點，目前在軌道交通工程中應用較多。有關施工單位需要注意的是，在應用該技術前需要對項目地下施工區域的周圍介質進行監測，結合工程實況合理引進施工手段，也可以在傳統施工技術的基礎上進行創新，促使地下空間暗挖加層工作順利開展。

3 工程項目

某軌道交通工程為換乘樞紐，位于該城市重要的商業中心，對于城市發展具有十分重要的現實意義。為滿足軌道交通工程的發展，現需在地下1層（商場）、地下2層（地鐵設備用房）的基礎上向下加層，形成新的地下3層，包含換乘大廳、南區地下空間層。結合項目需求，向下加層深度為6.8 m，新結構底板埋深為12.5 m。該軌道交通地下結構圖如圖1所示。

圖1 軌道交通地下結構圖

4 工程地質

該軌道交通項目所在區域為典型的軟土地基，土層從上到下分別為雜填土、粉質黏土、淤泥質黏土、砂質粉土、粉砂。地基土物理力學指標見表1。

表1 軌道交通工程地基土物理力學指標

5 既有地下空間暗挖加層關鍵技術

5.1 共板共墻共柱理論

通常情況下，開展地下空間暗挖加層施工需要解決既有結構的托換、改造以及周邊環境保護、協調問題。想要充分利用既有結構資源，需要在施工規劃階段合理應用共板共墻共柱理論，充分應用既有結構頂板與結構立柱、結構外墻等，與暗挖施工蓋板、托換加層臨時支柱與新設支護共用[2]。

5.2 低凈空下的支護樁技術

在本工程案例中，由于支護結構長度不能滿足加層開挖工作的實際需求，為了不占用地表面積，新增支護結構需要在既有地下空間內進行施工，由于既有空間層高的限制，施工單位要保障施工效率，需要選擇合適的支護樁技術。根據以往的支護施工情況，常見的鉆孔樁支護、SMW工法等都無法滿足施工需求。基于此，施工單位結合項目施工實況，通過插入H型鋼旋噴加固的復合支護工藝進行處理，這一工法即IBG工法。施工單位首先需要分節壓入H型鋼，隨后在各型鋼間設置噴漿孔，開展旋噴加固工作，形成擋土止水的支護體。這一工法的有效應用能夠有效解決因漿液凝固導致無法插入型鋼的問題，此外，該支護樁技術還具有平整度良好、垂直度優良、水泥土均勻性良好的特點[3]。

需要注意的是，應用該支護樁技術時，需要充分考慮旋噴樁直徑，明確噴射過程中型鋼遮擋帶來的影響。IBG工法中的支護樁的剛度EI可以通過式（1）計算：

式中，E為支護樁的彈性模量，MPa；I為支護樁的慣性矩，m；Es為支護樁型鋼彈性模量，MPa；Is為支護樁型鋼，m；α為水泥土剛度，通常取0.2。

5.3 既有結構托換技術

在既有結構底部暗挖加層施工過程中，施工單位需要重視施工過程中的卸載、加載過程對既有結構以及周邊環境帶來的影響。在托換加層過程中，施工人員要始終保障既有結構頂板體系不變，條件允許的情況下可以采用碳纖維進行加固，結合既有結構配筋以及頂板剛度對相關樁基沉降控制要求進行明確。在本工程項目中，樁基沉降單柱不得大于10 mm。

若既有結構頂部載荷不大，或為單建式地下結構，施工單位可以選擇被動托換技術，對既有支柱進行處理，每根既有支柱應用2～3根托換樁，并在周邊設置鋼筋混凝土承臺。在托換既有支柱時可以采用靜壓鋼管樁，分節施工完成托換工作。在此過程中可以應用對稱跳樁施工工藝，以減少樁體對周邊環境帶來的影響。此外，還需嚴格把控靜壓鋼管樁的送樁壓力，確保壓力低于鋼管樁樁身承載力的0.9倍。此外，鋼管樁承載力的特征值還需要考慮土塞效應，鋼管樁承載力估算公式為：

式中，Q為鋼管樁承載力，kPa；u為鋼管樁周長，m；qsik為單樁第i層土的極限側阻力標準值，N；qpk為單樁極限端阻力標準值，N；li為第i層土厚度，m；Ap為鋼管樁端面積，m2。

既有結構托換技術應用施工主要程序為：施工區域清理，地下結構局部處理→制作圍護→托換樁施工→在既有結構底部開洞→對土地逐片旋噴加固→向下放坡開挖制作底板→制作拋撐以及側墻→原位恢復柱網與樓板，完成加層工作[4]。

5.4 軟土條件下加層基坑的微擾動開挖加固技術

根據該軌道交通工程項目所處區域地質情況來看，軟土地基處理是既有結構地下空間暗挖加層需要重視的問題之一。若下挖區域與建筑物或運營線路距離過近，基坑中則需要存在大方量地基，以此保障基坑施工安全。此外，加固設備也要滿足凈空施工，對周邊環境不能造成影響。根據以往軟土條件下地下結構加層施工情況來看，若采用傳統旋噴施工技術將會對周邊環境帶來較大影響，基于此，要采用微擾動開挖與加固技術，該工法對設備機架高度要求不高，僅為3.85 m。結合項目第3層結構需求與實際土方開挖工程來看，采用盆式開外或分塊施工的手段能夠在很大程度上控制施工周邊既有結構的變形現象，

6 應用效果

本工程項目位于軌道交通工程換乘樞紐，既有地下結構分2層，一層為地鐵商場，一層為其他線路換乘大廳。由于施工現場周邊環境較為復雜，涉及城市商業中心等多個建筑，因此，施工單位需結合項目實況合理規劃地下空間結構加層施工。根據地下空間暗挖加層關鍵技術的實際應用情況來看，在施工期間，該項目所在區域的所有軌道線路正常運行，并且路面沉降情況屬于正常范圍，項目既有地下1層與2層結構均未受到影響，無論社會效益還是經濟效益都取得了預期效果。

7 注意事項

7.1 安全問題

由于地下空間暗挖加層技術在應用過程中會對地表造成一定影響，導致地表出現沉降現象，進而埋下安全隱患。基于此，施工單位需要在施工過程中做好以下4點：（1）始終遵守我國有關部門出臺的法律法規，以“預防為主”為施工原則，在施工活動中要嚴格遵守安全生產、文明施工的規定，為施工人員營造安全的施工環境。（2）需要結合項目實況構建完善的安全生產責任制度，促使安全管理工作有據可依[5]。（3）一旦發生安全事故，有關人員一定要嚴肅徹查，以儆效尤的同時，將施工活動中的安全隱患扼殺在源頭。（4）加強安全教育與培訓工作，無論是對施工人員還是工程監理人員都需要定期開展監理工作，通過以往施工安全事故案例明白安全施工的重要性，提高工作警惕性，培養安全施工意識，使其能夠規范自身施工行為，保障工程項目施工活動開展。

7.2 環境問題

由于地下空間暗挖加層技術在軌道交通工程中應用時會對周邊環境造成影響，施工單位針對這一現象要樹立綠色施工意識。首先，在施工活動中盡量采用新施工技術，比如，應用IBG工法代替傳統鉆孔樁技術，以減少對周邊環境的損害。使用新型材料代替舊材料，降低施工活動對環境的污染。其次，雖然該項目為地下空間施工，但是為了減少地表沉降，為施工人員營造良好的施工環境，需要對噪聲污染進行控制，盡量避免采用噪聲大的設備施工，在夜間禁止噪聲大的設備運行。最后，合理布置地下空間施工現場，有關施工材料、設備等都需要嚴格按照項目平面規劃要求擺放，確保施工現場整潔有序。

8 結語

綜上所述，要將既有地下空間暗挖加層關鍵技術有效應用于軌道交通工程中，施工單位需要結合項目需求提前做好規劃工作，科學引進并運用共板共墻共柱理論、重視低凈空下支護樁技術、既有結構托換技術的應用條件，嚴格把控各施工環節，對安全問題、環境問題引起重視并采取科學合理的對策進行防治，確保地下空間結構加層施工活動能夠順利開展，為軌道交通工程后期運行奠定基礎。