軟土地層盾構(gòu)近距離穿越施工中的大型地下空間工程實踐

石 雷 何 山

(寧波市軌道交通集團有限公司,315101,寧波∥第一作者，高級工程師)

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軟土地層盾構(gòu)近距離穿越施工中的大型地下空間工程實踐

石 雷 何 山

(寧波市軌道交通集團有限公司,315101,寧波∥第一作者，高級工程師)

根據(jù)軟土地層盾構(gòu)近距離穿越大型地下空間結(jié)構(gòu)(鐵路寧波站南廣場及配套工程)的工程實例,介紹了為保護交叉施工的地下空間結(jié)構(gòu)而采取的必要安全措施,并通過施工全過程的信息化監(jiān)控量測結(jié)果來驗證其可行性,為地下空間的立體開發(fā)設(shè)計和施工提供了實踐案例。

軟土地層; 盾構(gòu)施工; 近距離穿越; 信息化施工

Author′s address Ningbo Rail Transit Group Co.,Ltd.,315101,Ningbo,China

1 工程概況

1.1工程位置

寧波市鐵路寧波站南廣場及配套工程,位于西至蒼松路、東至三支街、南至甬水橋路、北至寧波站所圍合的區(qū)域。建筑面積約36 000 m2,開挖深度約4.50 m,為地下一層結(jié)構(gòu)。其中，南廣場地下空間屬于鐵路站房的配套社會車、出租車車場部分。與之相鄰的永達路下立交隧道下穿南廣場地下空間,為廣場東西向過境車輛的快速通道,全長748.09 m,寬22.5～23.3 m,開挖深度0～15.57 m。南廣場地下空間東區(qū)部分為地下兩層,其余部分為地下一層。具體平面布置如圖1所示。

圖1中，南北走向的雙線線路為寧波地鐵2號線環(huán)城西路站至鐵路寧波站站區(qū)間盾構(gòu)隧道。該隧道從南廣場地下空間和永達路下立交隧道下方穿越。盾構(gòu)頂部距南廣場地下空間結(jié)構(gòu)底板9.6 m,距永達路下立交隧道底板3.7 m,其空間位置關(guān)系如圖2所示。

圖1 寧波市鐵路寧波站南廣場及配套工程平面位置示意圖

圖2 寧波地鐵2號線下穿永達路下立交隧道剖面位置關(guān)系圖

1.2 水文地質(zhì)

本工程項目位于寧波斷陷向斜盆地中部,地形平坦開闊,地貌類型單一,屬第四系沖積平原、屬于典型的軟土地區(qū)?；娱_挖影響范圍內(nèi)廣泛分布著具有壓縮性高、強度低、靈敏度高、流變觸變性大、透水性低的厚層狀淤泥質(zhì)黏土層,中間有粉性土層或粉砂層,屬于軟弱圍巖地區(qū)。各地層的巖性、沉積年代、成因、狀態(tài)及物理力學(xué)性質(zhì)存在差異。自上至下的地層具體情況見表1。

地表水主要有護城河和祖關(guān)河。兩河道是場地內(nèi)地表雨水向外排泄的重要通道,且與場地淺部的潛水有著較密切的水力聯(lián)系。潛水主要存在于淺部黏性土、粉性土中,地下水位隨降雨、潮汛影響略有變化。潛水位埋深一般為0.9～1.2 m,標(biāo)高為2.10 m左右。微承壓水主要在③1層粉質(zhì)黏土層,對基坑開挖存在一定的不利影響。承壓水賦存于⑧1層粉砂層中,其含水層頂埋深一般為48.0～55.0 m左右,含水層厚10.0～18.0 m,承壓水位埋深4.5～5.5 m。

1.3 工程特點

此工程如先完成盾構(gòu)區(qū)間再開挖南廣場地下空間結(jié)構(gòu)，則易引起盾構(gòu)區(qū)間上浮破壞；但若等全部地下空間施工完成再穿越盾構(gòu)，則會大大延后寧波地鐵2號線的通車時間。所以，要首先盡快完成南廣場Ⅲ-1區(qū)的底板結(jié)構(gòu),再立即施作寧波地鐵2號線盾構(gòu)穿越地下空間結(jié)構(gòu)。此施工階段臨近春節(jié),勞力短缺,使工期十分緊張。

表1 工程地質(zhì)情況表

工程的基坑開挖及盾構(gòu)穿越均在軟土中進行。周邊管線眾多,包括給水管、燃氣管、電力管線、電信管線等。該工程東鄰某小區(qū)高層建筑,且距圍護結(jié)構(gòu)僅15 m,故對基坑周邊地表沉降、側(cè)向位移、揚塵控制、噪聲控制等的要求極高。此外，本工程周邊施工項目較多,南鄰甬水橋路施工工程,北靠鐵路站房工地,西邊是蒼松路下穿隧道工地。項目地處市中心,其場地有限,與周邊單位的場地協(xié)調(diào)及銜接較多,其材料進場、渣土外運等運輸工作對整體進度影響很大。

2 盾構(gòu)穿越施工安全保障措施

為確保盾構(gòu)穿越南廣場地下空間及下立交隧道期間不影響工程質(zhì)量及進度,將盾構(gòu)穿越區(qū)域約100 m長范圍分成Ⅲ-1a區(qū)和Ⅲ-1b區(qū)兩個獨立施工區(qū)域。先施工底板及部分中板,待盾構(gòu)施工完后,再進行立柱及頂板施工。施工時要做好盾構(gòu)穿越過程中結(jié)構(gòu)變形的監(jiān)控量測工作。區(qū)域劃分如圖3所示。

Ⅲ-1a區(qū)基坑開挖深度為4.65 m,結(jié)構(gòu)底板底與盾構(gòu)頂部距離為9.6 m。Ⅲ-1b區(qū)基坑開挖深度為10.4 m,結(jié)構(gòu)底板底與盾構(gòu)頂部距離僅為 3.7 m。盾構(gòu)穿越時應(yīng)采取相應(yīng)的施工安全保障措施。

(1) 先行施工穿越影響區(qū)的圍護結(jié)構(gòu)。根據(jù)施工區(qū)域劃分(見圖3),先進行盾構(gòu)影響區(qū)域的Ⅲ-1a區(qū)和Ⅲ-1b區(qū)的圍護樁基、止水和坑內(nèi)加固施工。優(yōu)化后的施工工藝流程為:場地平整→圍護樁、重力壩、工程樁→坑內(nèi)加固→降水施工→冠梁施工→土方開挖→墊層防水施工→底板、下翻梁施工(預(yù)埋泄壓孔)→砂包堆載→盾構(gòu)穿越→砂包卸載→柱、頂板結(jié)構(gòu)施工→外包防水、保護層施工。

(2)盾構(gòu)穿越區(qū)坑底加固。由于Ⅲ-1b區(qū)結(jié)構(gòu)底板底距盾構(gòu)僅有3.7 m,故為保證基坑穩(wěn)定和已完成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,在影響段以下用三軸攪拌樁坑內(nèi)加固。三軸攪拌樁樁徑為850 mm,樁心距為600 mm,搭接250 mm,加固深度為墊層底下13 m，如圖2所示。

(3) 盾構(gòu)穿越區(qū)域采用SMW(勁性水泥土墻)工法。Ⅲ-1a區(qū)和Ⅲ-1b區(qū)底板有高差,故相接普通區(qū)域采用鉆孔灌注樁加三軸攪拌樁止水,盾構(gòu)穿越區(qū)域采用SMW工法樁施工,角落采用高壓旋噴樁止水(如圖4所示)。

(4)盡量防止坑底土擾動。Ⅲ-1a區(qū)基坑開挖根據(jù)施工圖設(shè)計的膨脹加強帶位置分塊施工;基坑開挖采用分層放坡開挖的型式,每層開挖深度控制在2～3 m,土方縱向放坡坡度為1∶3,Ⅲ-1b區(qū)基坑根據(jù)施工圖設(shè)計的變形縫、施工縫及后膨脹加強帶位置分段施工?；悠矫骈_挖順序為從Ⅲ-1b區(qū)中心往兩側(cè)開挖；Ⅲ-1b區(qū)施工結(jié)束后根據(jù)現(xiàn)場施工條件繼續(xù)往兩側(cè)開挖。開挖、支撐施工遵循“分層、分塊、留土護壁,對稱、限時開挖支撐”的總原則,利用時空效應(yīng)原理,減少基坑無支撐的暴露時間,嚴(yán)格控制基坑變形。機械挖土?xí)r,坑底保留一定厚度土層用人工挖除整平,防止坑底土擾動,確保盾構(gòu)在原狀土層穿越。

(5)為提高底板整體剛度增加多道下翻梁。Ⅲ-1a區(qū)結(jié)構(gòu)底板先于盾構(gòu)穿越前完成。為加強盾構(gòu)穿越期間已完成結(jié)構(gòu)的剛度和整體穩(wěn)定性,在Ⅲ-1a區(qū)盾構(gòu)隧道影響段設(shè)有下翻梁(見圖5)。下翻梁寬1.6 m，其梁底比底板底低1.2 m,故基坑開挖時需掏槽開挖。同時,隧道影響段樁基及承臺相應(yīng)調(diào)整,以不侵入盾構(gòu)影響范圍為原則沿影響線布置。

圖3 盾構(gòu)穿越區(qū)域劃分圖

圖4 Ⅲ-1a區(qū)與Ⅲ-1b區(qū)結(jié)構(gòu)區(qū)相接段圍護平面示意圖

圖5 下翻梁布置圖

(6) 為控制穿越盾構(gòu)前倉土壓力應(yīng)預(yù)先設(shè)置泄壓孔。在Ⅲ-1a區(qū)與Ⅲ-1b區(qū)施工時,應(yīng)在盾構(gòu)正上方預(yù)留泄壓注漿孔,以避免盾構(gòu)施工對底板結(jié)構(gòu)的不利影響。泄壓注漿孔采用外徑為325 mm、壁厚 11 mm的無縫鋼管。沿盾構(gòu)穿越線均勻布置三排泄壓注漿孔,其豎向間距為 5 m,橫向間距為 1.5 m,且中間一排與盾構(gòu)中心線對齊。泄壓注漿孔先用木塞棉絮塞緊;當(dāng)盾構(gòu)推進至此時及時取出塞子；當(dāng)盾構(gòu)推過后，根據(jù)盾構(gòu)、底板變形沉降情況,在必要時進行注漿；待盾構(gòu)及地下空間結(jié)構(gòu)沉降穩(wěn)定后，用C35素混凝土填實，并采用10 mm厚鋼板焊牢封堵密實,以確保底板不滲漏。泄壓注漿孔細部構(gòu)造如圖6所示。

(7) 為確保穿越盾構(gòu)的頂部覆土壓力平衡，采取沙包堆載。盾構(gòu)穿越前需在影響段的底板上鋪設(shè)1.5 m厚砂包。砂包需待寧波地鐵2號線盾構(gòu)施工完畢后方可分級卸載。

圖6 泄壓孔細部構(gòu)造圖

3 信息化施工管理控制

3.1 監(jiān)測內(nèi)容

項目監(jiān)測主要內(nèi)容包括基坑周邊地表沉降剖面監(jiān)測,圍護結(jié)構(gòu)頂部變形監(jiān)測,圍護結(jié)構(gòu)側(cè)向位移監(jiān)測,支撐軸力監(jiān)測,坑底土體回彈監(jiān)測,坑內(nèi)外潛水、承壓水水位監(jiān)測,沉降周邊管線及建筑物變形監(jiān)測等。盾構(gòu)推進期間以底板沉降監(jiān)測內(nèi)容。以底板特征點SD2為例，其沉降監(jiān)測結(jié)果如圖7所示。

3.2 測點沉降檢測沉降

由圖7可見，盾構(gòu)推進前，底板觀測點沉降較小,最大土抬量為0.57 mm。盾構(gòu)推進時,測點呈上抬趨勢,最大上抬量為1.02 mm。盾構(gòu)推進后，測點呈下沉趨勢,最大下沉量為-1.01 mm;最終測點SD2的沉降量為-0.90 mm。

從整個掘進過程中測點的變化情況可以看出,盾構(gòu)推進期間對基坑底板的影響較小,數(shù)據(jù)均在可控范圍內(nèi)。

圖7 盾構(gòu)推進期間底板特征點SD2沉降監(jiān)測

4 結(jié)語

鐵路寧波站及南廣場地下空間、下穿城市快速通道、寧波地鐵2號線等綜合立體建設(shè)項目,通過科學(xué)的立體交叉施工組織可縮短建設(shè)時間和降低成本保障工程安全。依據(jù)嚴(yán)密的監(jiān)控量測信息化風(fēng)險管理,也是驗證設(shè)計、施工方案可行性的重要手段。本工程作為在沿海地區(qū)軟土區(qū)域內(nèi)的城市軌道交通盾構(gòu)近距離穿越施工中的大型地下空間的成功案例，也為其他城市立體綜合體項目建設(shè)提供了借鑒。

[1] 中國建筑科學(xué)研究院.建筑地基處理技術(shù)規(guī)范 :JGJ 79-1991 [M].北京:中國計劃出版社,1992.

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[3] 國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，建設(shè)部.地下鐵道工程施工及驗收規(guī)范：GB 50299—1999[S].北京：中國計劃出版社，1999.

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[6] 郭士朋,何山.隧道工程聯(lián)絡(luò)通道施工信息化管控[J].建筑安全，2014(11)：15.

Engineering Practice of Large Underground Space Crossed by Short Distance Soft Soil Shield

SHI Lei, HE Shan

Based on an example of soft soil shield crossing the large underground space (the South Ningbo Railway Station Square and auxiliary projects) within short distance, the necessary safety measures to protect the underground structure in crossing construction are introduced. Through information monitoring and control in the whole construction process, the adopted measures are verified, which provide practical examples for the vertical design and construction of underground space.

soft soil; metro shield; short distance crossing; information construction

U 455.43

10.16037/j.1007-869x.2016.06.022

2014-10-27)