南京軟土地區近距離樁基施工擾動下鄰近既有地鐵盾構隧道保護研究

張斌，蔡乾廣，賀磊

(1.南京地鐵運營有限責任公司，江蘇 南京 210012； 2.南京市測繪勘察研究院股份有限公司，江蘇 南京 210005)

1 前 言

隨著城市軌道運營線網不斷擴大，地鐵沿線各類工程建設也日漸增多。各類地鐵沿線項目開發極易引發地鐵結構變形，變形超過一定限值指標，將嚴重威脅地鐵隧道安全運營。其中近距離插樁施工極易打穿隧道，導致結構變形超標，隧道結構產生嚴重病害，比如2021年1月22日南寧地鐵現場勘察施工，直徑為 9 cm的鉆頭擊穿了隧道，侵入隧道 98 cm，與當時正常運營的列車發生擦碰[1]。南京河西地區地質條件復雜，地質單元差異性大，沿線方向穿越了流塑～軟塑狀地層，同時該片區巖土體地下水含量豐富，經浸泡后土體呈流塑～軟塑狀，如此條件下，既有線鄰近側插樁施工更易引發結構安全問題[2]。本文以南京河西地區軟土夾砂地區的某橋梁工程為例，研究該類施工對隧道的影響及保護標準，為后續類似工程對地鐵保護積累經驗。

2 工程概況

該橋梁集中跨越地鐵2號線、地鐵10號線和2號聯絡線以及規劃地鐵8號線。其中HL主線橋4#墩距離2號線隧道結構外邊線最近，約為 5.3 m，橋梁樁基與地鐵隧道平面位置關系如圖1所示，橋梁樁基與地鐵隧道剖面關系如圖2所示。項目施工前，該施工影響段盾構隧道在沉降、隧道收斂、結構表觀病害等綜合指標均已表現不良。在沉降方面，項目影響段已經形成了沉降槽，且沉降槽底位于HL段，最大沉降量已過百毫米；在隧道收斂方面，項目影響段已經于2015年～2016年實施了39環鋼環加固；在結構表觀病害方面，上、下行線隧道環病害較多，病害主要表現為管片裂縫與破損、環縱縫滲漏。

圖1 橋梁樁基與地鐵隧道平面關系圖

圖2 橋梁樁基與地鐵隧道剖面關系圖

該段既有地鐵區間隧道為錯縫拼接的圓形盾構隧道，外徑 6.2 m，內徑 5.5 m，隧道埋深約 9 m；隧道洞身位于②-1層粉質黏土、②-2層粉質黏土、③-1層淤泥質粉質黏土、③-1A層粉土、粉砂、③-2層淤泥質粉質黏土夾粉土、粉砂。

3 地鐵運營單位對涉地鐵施工管理措施

3.1 涉地鐵施工前保障措施

(1)既有結構狀態調查：三維激光掃描又稱實景復制技術，在項目施工前利用該技術獲取隧道既有病害狀態，通過調查既有狀況，明確保護對象的監測范圍、內容、允許變形范圍和變形控制標準。

(2)安全風險前評估：通過建模分析，提前風險評估各階段工序，提出應對措施，以減少隧道變形。

(3)介入設計、施工方案審查：本項目跨地鐵橋梁樁基施工時應選擇合理的施工機械、工藝及參數，并有相應的保護措施，減小施工對地鐵區間結構的影響，地鐵運營單位應及時介入設計、施工方案評審，主張權益，強化地鐵保護措施。

(4)提前簽訂施工應急搶險協議：鑒于調查的項目段地鐵隧道既有結構變形及形變不良，項目施工擾動影響，為了確保地鐵結構安全以及項目施工過程不間斷，應由項目建設單位提前委托地鐵結構搶險經驗豐富的單位，跨越地鐵隧道施工前，提前制定應急加固方案，并與應急搶修單位簽訂框架協議，以備應急情況下地鐵結構的搶險加固。

(5)提前隧道預加固：考慮該區段既有狀態不好，提前微擾動預加固，增加施工變形冗余度，同時在預加固結束后，項目建設單位會同施工單位及時接管地鐵結構狀態。

(6)隧道內監測：該類施工明顯針對地鐵風險較大的工程，應明確隧道內監測采用自動化監測方式，以實時獲取隧道結構變形情況，動態調整外部工程工藝及參數。

(7)施工準許條件：地鐵運營單位與建設單位明確施工前既有結構病害狀態確認交接；在施工前務必確認隧道內自動化監測上線，且運轉無誤；確認施工參數合理；建設單位施工前應編制應急預案，與地鐵運營單位議定應急治理的工作原則、流程與標準，落實應急隊伍和搶險物資，報備地鐵運營管理單位。

3.2 涉地鐵施工中過程保障措施

(1)安全監控：施工中隧道內自動監測與隧道巡檢應同步進行，隨時預警；隧道外應做好外部施工現場巡查與管控。

(2)應急搶險：確保地鐵應急搶險隊伍隨時待命，以應對突發狀況，如隧道內涌水涌砂等破壞性結構病害。

3.3 涉地鐵施工結束工作

竣工后地鐵結構安全評估：項目結題后，全面評估隧道各項指標，評估隧道運營結構安全，根據評估結果對超治理標準的盾構環開展治理。

4 隧道邊線放樣

隧道近距離插樁極易擊穿隧道，所以放樣出隧道邊線非常重要。市場上很多監測單位僅依據地鐵竣工圖紙坐標開展現場放樣，而地鐵竣工圖紙可能與現場實際存在偏差，甚至有的區段偏差超過 20 m以上。本項目擬建樁基距離隧道邊線最近距離為 5.3 m，為避免造成安全事故，應制定嚴密的放樣流程，具體步驟如下：在待測區間測設首級控制網，首級控制網包括GNSS平面控制網；在首級控制點的基礎上，進行地面和隧道的聯系測量；測設隧道地下導線；根據地下導線點，測量隧道邊線，并將隧道實測邊線與隧道竣工邊線進行對比；在地面進行隧道邊線放樣，測量流程如圖3所示[3，4]。

圖3 隧道邊線地面放樣測量流程圖

5 地鐵保護監測

5.1 監測儀器及方法

根據本工程特點，結合工程實踐經驗，在施工過程中，采用人工與自動化監測相結合的手段。人工監測主要測項目包括道床垂直位移、隧道拱頂沉降、隧道直徑收斂、軌道幾何形位、裂縫及滲漏，外部施工工況巡查?？紤]到地鐵鄰近側近距離樁基施工，對隧道結構可能造成很大的擾動，為確保隧道結構安全，同時對隧道結構采用測量機器人自動化實時監測，一定程度彌補地鐵運營期無法開展人工監測的不足[5，6]。

5.2 監測內容、頻率及控制指標

本工程地鐵監測內容、監測頻率、監測點布設及控制指標如表1所示。

工程監測項目表 表1

6 隧道監測主要成果及分析

6.1 隧道結構變形數據

選取距離既有隧道僅5.5 m的4#墩4-1#～4-8#內插樁、距離內插樁最近的隧道上行線為研究對象，樁基成孔順序采用跳樁方式，其中4-2#內插樁施工期間隧道結構階段變形量最大，具體位置如圖1所示。4#內插樁鋼護筒下壓過程的監測數據如表2所示，監測布點詳見圖及現場工藝照片如圖4、圖5所示，4-2#樁基施工歷時曲線如圖6所示。

4#墩(內插4-1#～4-8#樁)工況及對應監測數據 表2

圖4 內插樁基部位監測布點圖

圖5 鋼護桶工藝現場照

圖6 4-2#樁基施工期間隧道變形曲線圖

6.2 隧道結構變形原因分析

4-2#樁基施工過程隧道變形原因可以從表2及圖6中分析出：①4-2#樁在第3、4節焊接時停機2小時，鋼護桶停止下壓時間較長，導致鋼護桶周邊土地固結，后開機，當重新啟動旋挖鉆時需要加大扭矩才能繼續下壓，從而帶動周邊土體與隧道下沉；②4#墩所處地質條件非常差，且4#墩正投影段上行線地鐵結構初始狀態不良(該區域共計24環，其中鋼環加固13環)，而4-2#樁對應段恰好處于鋼化加固的薄弱區域，而前面已施工樁處于鋼環加固密集區域，鋼環對地鐵結構沉降有一定約束作用；③同時軟土地區沉降存在滯后效應，一旦發生隧道沉降，即會持續下沉，所以在3、4節焊接時隧道已產生沉降，應結合監測數據調整鋼護筒施工參數，如全套管回旋鉆機回轉扭矩、回轉速度、套管壓力等，圖6正顯示第四節套管下壓未合理調整施工參數造成了隧道繼續持續下沉[7]。

7 優化工藝成效

總結4-2#樁施工對隧道結構變形的影響，優化施工參數，在后續4-6#、4-4#、4-1#、4-3#樁基施工過程中采取了措施，根據表2可發現4-2#后續施工隧道結構穩定，具體總結如表3所示：

工藝參數總結 表3

8 結論及建議

(1)軟土含砂地層中的盾構隧道周邊施工近距離樁基施工時，應明確隧道保護標準化流程，正如本文敘述的，總結出有效的管理措施手段，才能更好地保護地鐵隧道。

(2)實踐證明隧道鄰近側樁基施工時，為避免隧道擊穿，隧道邊線放樣流程務必科學、嚴謹、合理。

(3)軟土地區隧道易受近距離樁基施工擾動，必須采用科學合理的人工與自動化相結合的安全監測手段，實時提供數據，有效指導外部施工，動態調整施工參數，類似工程應總結各類施工參數。

(4)采用鋼護筒施工工藝，應避免套管焊接時間過長，減少因鉆機抱死重啟帶來的隧道沉降。