軟土地區(qū)地下通道上跨運營地鐵區(qū)間的保護(hù)措施研究

王維朋

（上海市政工程設(shè)計研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市200092）

軟土地區(qū)地下通道上跨運營地鐵區(qū)間的保護(hù)措施研究

王維朋

（上海市政工程設(shè)計研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市200092）

近年來，地鐵相關(guān)部門對于地鐵保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)的工程建設(shè)影響的控制要求日益嚴(yán)格。軟土地區(qū)城市地下通道上跨運營地鐵區(qū)間隧道保護(hù)措施復(fù)雜。從控制地下通道施工卸載的角度出發(fā)，對上海虹橋迎賓一路地下通道斜交上跨地鐵10號線區(qū)間的保護(hù)措施進(jìn)行研究分析，為類似上跨地鐵區(qū)間的地下工程設(shè)計、施工提供有益參考。

軟土地區(qū)；地鐵區(qū)間；地下通道；上跨；卸荷；抗拔樁；保護(hù)措施

0 引言

隨著城市基礎(chǔ)設(shè)施大規(guī)模建設(shè)，市政交通地下通道上跨運營地鐵區(qū)間的情況經(jīng)常出現(xiàn)。上海軟土地區(qū)地質(zhì)條件差，地下通道上跨地鐵區(qū)間工程難度較大。近年來，上海已有不少地下通道上跨地鐵區(qū)間的案例，如東方路下立交上跨地鐵2號線區(qū)間[1]、楊高路下立交上跨地鐵2號線盾構(gòu)區(qū)間[2]、大統(tǒng)路地下通道上跨地鐵1號線區(qū)間[3]等。地下通道與地鐵區(qū)間隧道凈距均較小（不大于7 m），基本上采用對坑底以下土體加固配合抗拔樁等措施，施工中充分利用時空效應(yīng)來控制運營隧道的變形和位移。以往對于地下通道與地鐵隧道凈距較大(10 m以上)的情況，基坑施工中多不對地鐵隧道采取比較嚴(yán)格的附加保護(hù)措施。但是，近年來地鐵管理部門關(guān)于地鐵保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)的工程建設(shè)對地鐵隧道影響的控制要求日益嚴(yán)格，逐漸形成嚴(yán)格限制影響范圍內(nèi)加、卸載的地鐵保護(hù)原則，要求地鐵保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)任何工程活動均應(yīng)采取措施嚴(yán)格控制加、卸載量。本文從控制地下通道施工卸載的角度出發(fā)，研究迎賓一路隧道斜交上跨地鐵10號線區(qū)間的保護(hù)措施，為類似上跨地鐵隧道的地下工程設(shè)計、施工提供參考。

1 工程概況

該工程位于上海虹橋商務(wù)東片區(qū)，地下通道位于友樂路與迎賓一路交叉口處，與地鐵10號線1號航站樓站—上海動物園站區(qū)間隧道約55°斜交（見圖1）。地下通道上跨地鐵10號線隧道，地下通道基坑寬度10 m，基坑深度在4～6.5 m，地鐵隧道埋深約17 m，地下通道基坑底距離地鐵區(qū)間隧道頂部最小凈距約11.5 m（見圖2）。依據(jù)相關(guān)要求，地下通道施工期間需要采取相關(guān)措施，不能影響地鐵10號線正常運營。

圖1 地下通道平面布置

圖2 地下通道縱斷面布置

2 工程及水文地質(zhì)條件

場地內(nèi)主要土層為：①1填土、②1黏土、③淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、③t粘質(zhì)粉土夾粉質(zhì)黏土、④淤泥質(zhì)黏土，⑤1-1淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、⑤1-2粉質(zhì)黏土、⑤2-1粘質(zhì)粉土夾粉質(zhì)黏土、⑤2-2粉砂、⑤2-3粉質(zhì)黏土與砂質(zhì)粉土互層、⑤2-4砂質(zhì)粉土與粉質(zhì)黏土互層、⑦2粉砂等土層。地下水埋深一般為地表下0.5～1.0 m。地層分布及物理力學(xué)參數(shù)見表1。

表1 土層物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)表

該工程擬建地下通道與地鐵隧道斜交，地層條件較差，地下通道底板以下為深厚淤泥質(zhì)土層③、④層土，地鐵隧道位于⑤1-2、⑤2-1層土，地層物理力學(xué)性能較差。

3 地鐵隧道保護(hù)要求

根據(jù)《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范》（CJJ T202—2013）的安全控制相關(guān)要求，在已建隧道兩側(cè)及上部加、卸載等工程施工活動，應(yīng)滿足如下隧道保護(hù)的控制指標(biāo)：（1）任意點的附加位移和沉降小于等于2 c m；（2）施工引起的隧道的附加曲率半徑大于15 000 m，相對彎曲小于1/2 500等。

從上海幾十年來的地鐵運營監(jiān)護(hù)經(jīng)驗及相關(guān)研究資料發(fā)現(xiàn)，地鐵隧道周邊地層受工程活動擾動后，由于地層的蠕變性，地鐵隧道變形、位移收斂緩慢。為此，近年逐漸形成控制地鐵周邊加、卸載的保護(hù)概念，嚴(yán)格控制地鐵隧道周邊工程活動對隧道周邊土體加、卸載，避免隧道長期變形、位移值超出地鐵隧道保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。

4 基坑工程設(shè)計方案

4.1 總體方案分析

該工程地下通道上跨地鐵區(qū)間隧道，基坑深度最大約6.5 m，坑邊3 m外有通信、污水等管線，管線底埋深最小約1.5 m。綜合基坑穩(wěn)定性、變形及技術(shù)措施的經(jīng)濟性，基坑圍護(hù)體系擬采用Φ650@450SM W工法樁，內(nèi)支撐可采用Φ609鋼管撐或鋼筋混凝土支撐。

根據(jù)地鐵保護(hù)相關(guān)要求，需對地鐵采取變形控制措施。經(jīng)研究，擬采用抗拔樁+壓頂板的措施。抗拔樁設(shè)置在隧道邊線外側(cè)及上下行隧道之間，共三排；坑內(nèi)及坑底土體采用水泥土攪拌樁加固。方案設(shè)計應(yīng)采取措施保證基坑及地下通道施工不影響地鐵運營。

4.2 基坑支護(hù)方案設(shè)計

基坑圍護(hù)設(shè)計從工程實施角度出發(fā)，設(shè)計上結(jié)合現(xiàn)場施工條件，保證基坑分塊、對稱、快速施工，充分利用時空效應(yīng)，以有效利用抗拔樁對地層變形釋放的約束，達(dá)到利用抗拔樁補償?shù)叵峦ǖ朗┕ば遁d的目的（見圖3、圖4）。以下詳細(xì)介紹基坑支護(hù)設(shè)計方案及相應(yīng)措施。

圖3 基坑圍護(hù)平面圖

圖4 基坑圍護(hù)縱斷面圖

（1）基坑分塊施工

為滿足地鐵10號線的安全運營，地鐵運營期間不能施工，每天施工時間只有5 h。為此，根據(jù)該工程基坑的實際條件，上跨地鐵區(qū)段基坑施工共分6個區(qū)塊，分步、對稱、快速施工?；臃謮K如圖5和圖6所示，基坑分塊施工工序如圖7所示。

圖5 基坑分塊及支撐平面布置

圖6 基坑分塊橫斷面圖

圖7 基坑開挖施工流程

每個區(qū)塊施工在一個地鐵停運期間施工完成，主要工序有：土方開挖，破抗拔樁樁頭，壓板預(yù)制鋼筋籠吊放，本區(qū)塊壓板鋼筋籠與周邊區(qū)塊混凝土壓板的鋼筋連接，澆筑混凝土并養(yǎng)護(hù)。壓板混凝土經(jīng)過24 h養(yǎng)護(hù)，及時壓載30 k N混凝土塊。

按上述順序施工直至完成地下通道上穿地鐵隧道區(qū)域的基坑開挖及壓板施工。最后一塊壓板施工完成并達(dá)到80%設(shè)計強度后，撤除壓重，在已施工完成的混凝土壓板上快速施工地下通道結(jié)構(gòu)。

施工應(yīng)保證工序之間的連續(xù)性，不得間隔過長時間。期間加強施工監(jiān)測，尤其是地鐵隧道的變形及位移監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果采取必要的應(yīng)急措施。

（2）抗拔樁設(shè)置

通過數(shù)值分析擬定采用600 mm直徑鉆孔灌注樁，有效樁長40 m，基坑范圍內(nèi)沿隧道每側(cè)布置6根。樁徑小有利于避免灌注樁成孔過程中塌孔，保證隧道安全，可以保證每根灌注樁能夠在地鐵一個夜間開天窗時間內(nèi)施工完成。

（3）抗拔樁壓頂板

地下通道底板下設(shè)抗拔樁壓頂板，抗拔樁與壓頂板可靠錨固，壓頂板與地下通道結(jié)構(gòu)脫開，減小地下通道的施工難度。為保證抗拔樁能夠盡快發(fā)揮對坑底土體的約束作用和整體的施工速度，壓板混凝土采用早強混凝土。

（4）基坑土體加固

為保證穿越段基坑分區(qū)開挖，需對坑底以上土體進(jìn)行攪拌樁加固，保證分區(qū)開挖時周邊土體穩(wěn)定性?；蛹庸滩捎萌S攪拌樁加固，豎向加固范圍為地表以下1 m至坑底以下5 m。

在基坑分塊開挖過程中，周邊滿堂加固區(qū)未開挖部分能有效約束開挖區(qū)塊的底部土體的回彈隆起及變形釋放。結(jié)合壓頂板的及時澆筑和壓重措施，能夠很好地控制坑底土變形釋放。

加大坑底土體攪拌樁加固深度，減小坑底土因開挖卸載導(dǎo)致的土體回彈變形，在一定程度上可以減小隧道以上淺層土體回彈導(dǎo)致的抗拔樁軸力的增加，降低抗拔樁設(shè)置的樁徑和長度。

（5）圍護(hù)及支撐布置

因每個分塊的土方開挖及壓板施工要在地鐵夜間停運的5 h內(nèi)完成，時間緊張。壓頂板鋼筋籠采用預(yù)制吊裝的方案。為滿足鋼筋籠吊裝要求，該節(jié)點基坑圍護(hù)采用頂部一道鋼筋混凝土內(nèi)支撐，支撐間距增大到10 m。為保證坑外土體變形滿足周邊管線變形要求，采用650@450工法樁基坑圍護(hù)形式，型鋼跳一插二；增大冠梁水平面內(nèi)的界面剛度，冠梁尺寸采用800 mm(豎向)×1 400 mm（水平）。

5 數(shù)值分析及施工監(jiān)測

5.1 隧道隆起預(yù)測

該工程采用邁達(dá)斯G T S N X巖土工程分析軟件，對穿越地鐵隧道區(qū)域的基坑開挖過程進(jìn)行了模擬，對地下通道開挖造成的地鐵隧道變形進(jìn)行分析。主要分析結(jié)果如圖8～圖11。

5.2 結(jié)果分析

圖8 隧道水平位移（單位:mm）

圖9 隧道豎向位移（單位:mm）

圖10 抗拔樁軸力（單位:kN）

圖11 隧道隆起計算值

（1）坑底以下抗拔樁提供的軸向力普遍在1 000～ 1 200 k N，相當(dāng)于補償2.5 m卸土；地下通道結(jié)構(gòu)自重相當(dāng)于補償1～2 m卸土。最終地下通道施工完成后的相當(dāng)于地下通道范圍內(nèi)凈卸土1～2 m，卸載較小。

（2）基坑開挖卸載導(dǎo)致地鐵隧道豎向隆起，豎向隆起最大值發(fā)生在上部基坑下方，約6 mm；豎曲線變形附加變形曲率半徑34 790 m，豎向相對變形曲率1/5 798，滿足現(xiàn)有的地鐵保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。

（3）基坑影響范圍內(nèi)地鐵隧道水平變形形狀成“S”形，水平位移最大值發(fā)生在基坑邊以外一定范圍內(nèi)。主要是因為上部地下通道基坑與地鐵隧道斜交條件下，基坑開挖導(dǎo)致基坑范圍外地鐵隧道兩側(cè)水平土壓力不平衡，隧道被擠向側(cè)壓力較小側(cè)。

5.3 施工監(jiān)測成果

根據(jù)施工過程隧道監(jiān)測數(shù)據(jù)，地鐵隧道受影響范圍較大，豎向最大隆起量約3.5 mm（見圖12），隧道水平實測位移較小，小于1 mm。

圖12 隧道隆起實測值

6 結(jié)論及建議

（1）該工程采用抗拔樁結(jié)合壓頂板等措施，有效利用抗拔樁補償?shù)叵峦ǖ朗┕ば遁d，減小上方地下通道施工卸載對地鐵隧道的影響。

（2）上跨運營地鐵區(qū)間隧道的基坑，施工時間受地鐵正常運行限制，施工工藝復(fù)雜，設(shè)計中應(yīng)密切結(jié)合施工條件，從基坑圍護(hù)形式、內(nèi)支撐道數(shù)、間距等方面創(chuàng)造條件，保證快速化施工，以充分利用時空效應(yīng)。

（3）工程中應(yīng)結(jié)合基坑深度、坑底與地鐵隧道豎向凈距等情況（即卸荷比），具體分析確定采用抗拔樁補償土體卸載的范圍。

（4）地鐵隧道影響范圍內(nèi)基坑邊線與隧道應(yīng)盡量避免小角度穿越。如無法避免，應(yīng)充分評估地鐵隧道“S”形水平變形安全，根據(jù)實際變形情況采取加固隧道周圍被動區(qū)土體的措施，限制隧道水平變形量，以保證地鐵隧道結(jié)構(gòu)受力、防水及運營安全。

CJJ：

[1]李志高,劉國彬,曾遠(yuǎn),等.基坑開挖引起下方隧道的變形控制[J].地下空間與工程學(xué)報，2006（2）:430-433.

[2]陸宏偉.世紀(jì)大道楊高路下立交地鐵保護(hù)段基坑設(shè)計[J].城市道橋與防洪，2002（2）:44-48.

[3]馮義鵬，葛競輝.大統(tǒng)路地下通道改建工程基坑開挖對鄰近合流污水管的影響分析[J].城市道橋與防洪,2010(6):197-200.

[4]王衛(wèi)東，吳江斌，翁其平.基坑開挖卸載對地鐵區(qū)間隧道影響的數(shù)值模擬[J].巖土力學(xué)，2004(S2):251-255.

[5]CJJ/T 202-3013,城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范[S].

[6]劉國彬，王衛(wèi)東.基坑工程手冊:第2版[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

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1009-7716（2017）06-0290-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.06.085

2017-04-05

王維朋（1981-），男，安徽宿州人，工程師，從事地下工程設(shè)計工作。