軟土地區(qū)隧道正上方加卸載對隧道變形的影響分析

趙敬妍

摘 ? 要：本文通過對地鐵上方加卸載實(shí)測數(shù)據(jù)分析，探討了土方加卸載對隧道變形的影響，得出隧道正上方加卸載對隧道的垂直位移有著直接的影響。隧道正上方土方卸載是整治隧道差異沉降的有效措施，EPS塊料鋪設(shè)不會使隧道沉降，EPS換填土方后進(jìn)行道路施工對減輕上方荷載對隧道垂直位移影響有顯著作用。泡沫輕質(zhì)土換填對下方隧道變形改善效果不如EPS換填。案例對于外部擾動對盾構(gòu)隧道影響及整治研究具有重要的工程實(shí)踐價(jià)值。

關(guān)鍵詞：軟土隧道 ?上方加載 ?EPS ?泡沫輕質(zhì)土 ?沉降變形

中圖分類號：U451 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）02（c）-0043-03

隨著地鐵線路的不斷延伸，軌道交通安全保護(hù)區(qū)隧道正上方近年來有不少加載的工程項(xiàng)目，其中有幾項(xiàng)對地鐵結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定影響。本文通過對上海軌道交通隧道上方卸載實(shí)測數(shù)據(jù)分析，研究了堆土卸載對隧道變形的影響。

1 ?情況簡介與采取的即時措施

2013年3月，上海軌道交通某區(qū)間隧道發(fā)生三個明顯加速發(fā)展的沉降漏斗，且該區(qū)段隧道內(nèi)滲漏水嚴(yán)重，道床與管片脫開，累計(jì)沉降量已較大，沉降速度未見收斂。

三個沉降漏斗分別對應(yīng)橋接坡及交叉路口。經(jīng)查看該線路設(shè)計(jì)圖紙，該區(qū)段雙圓隧道上方地面原始設(shè)計(jì)標(biāo)高普遍為3.8～4.2m，實(shí)測三個沉降槽對應(yīng)部位地面標(biāo)高5.1～6.92m。

經(jīng)安保區(qū)巡查員發(fā)現(xiàn)，該隧道上方正在進(jìn)行道路施工。2012年6月，發(fā)現(xiàn)違規(guī)跡象后，監(jiān)護(hù)部門當(dāng)月發(fā)送兩次告知書，要求建設(shè)單位停止施工并辦理相關(guān)監(jiān)護(hù)手續(xù)，但建設(shè)單位未停工及申報(bào)。該道路于2012年底竣工通車運(yùn)營，總寬度50m。

發(fā)現(xiàn)該區(qū)段安全隱患后，監(jiān)護(hù)部門立即采取以下措施：

（1）將相關(guān)情況上報(bào)至維保中心及申通集團(tuán)。

（2）隧道內(nèi)采取注漿堵漏等措施。

（3）加強(qiáng)隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測，確保不發(fā)生突變。

（4）與項(xiàng)目建設(shè)單位溝通協(xié)商卸載相關(guān)事宜。

2 ?原因分析

經(jīng)相關(guān)資料、實(shí)地踏勘及數(shù)據(jù)分析，引起沉降的主要原因是道路加載，道路設(shè)計(jì)單位并未考慮引橋填土對隧道的影響問題，橋頭填土產(chǎn)生的附加應(yīng)力，引起了隧道底標(biāo)高以下（絕對標(biāo)高-15m以下）的軟土沉降，從而使隧道區(qū)間發(fā)生了超標(biāo)不均勻沉降。

3 ?工程整治措施及要求

對橋頭道路接坡縱向從橋頭至目前路面標(biāo)高約5.2m的位置，長度為100m，橫向自道路中心線兩側(cè)寬度20m的范圍內(nèi)進(jìn)行對稱均勻卸載，卸載深度至絕對標(biāo)高3.0m。采用EPS及相應(yīng)的路面結(jié)構(gòu)置換橋臺后的填土。

交叉路口路面平均標(biāo)高5.2m，其中最高為6.05m，原現(xiàn)狀地面標(biāo)高4.0m，卸載至2.5m，采用現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土換填厚度2m，現(xiàn)澆泡沫土容重0.7t/m3，其上復(fù)原路面結(jié)構(gòu)。

土方開挖須嚴(yán)格執(zhí)行“分層分段，留土護(hù)壁，限時開挖”的原則，在開挖過程中每一級放坡不陡于1：2，總坡度不超過1：3。

EPS塊材填筑技術(shù)要求如下。

（1）EPS塊體鋪設(shè)在施工基面上，施工基面橫向挖成2.0%橫坡路拱層，縱向按路面縱坡要求放樣，超挖地面頂面為20cm中粗砂墊層，用于找平和排水。砂墊層采用中粗砂，含泥量不大于3%，要求厚度均勻，表面平整，頂面平整度誤差為±10mm。

（2）EPS塊體選用300cm×124cm×63cm尺寸，容重為35kg/m3。EPS材料必須滿足設(shè)計(jì)要求的抗壓強(qiáng)度，當(dāng)試件壓縮變形為5%時，單個試件抗壓強(qiáng)度不低于120kPa，EPS塊體需要切割時，應(yīng)采用電熱絲進(jìn)行切割。EPS材料還應(yīng)具有燃燒時的自滅性。

（3）EPS鋪設(shè)采用錯縫方式，錯縫要求一般≥50cm，特殊部位≥30cm（如邊緣部位），塊體間的縫隙和平整度應(yīng)分別控制在20mm和10mm以內(nèi)。塊體之間產(chǎn)生縫隙和高差時，以及塊體與結(jié)構(gòu)物之間有間隙時，均采用水泥砂漿調(diào)平、填隙。塊體間采用雙面或單面爪型金屬聯(lián)絡(luò)件固定。

（4）EPS塊體長邊（3.0m）的用3個爪，中邊（1.24m）用2個爪件，短邊（0.63m）用1個爪件連接。在施工基面和斜面部位“I”型金屬銷釘固定于地基。

（5）EPS塊體層頂部設(shè)置一層厚度為18cm的現(xiàn)澆鋼筋混凝土板。鋼筋混凝土板采用C30混凝土，鋼筋為Φ8mm網(wǎng)格為15cm×15cm鋼筋網(wǎng)（雙層配筋），上下層鋼筋網(wǎng)間距9cm。

（6）鋼筋混凝土板達(dá)到一定強(qiáng)度后才能施工路面結(jié)構(gòu)基層。

（7）EPS塊材鋪設(shè)時，可由左側(cè)向右側(cè)鋪設(shè)，上層與下層錯開半塊塊材寬度，最后一塊為非整尺寸，非整尺寸塊材寬度不得小于25cm。

（8）排水措施：EPS是憎水性材料，相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明，EPS材料的吸水率僅為2%，基本為不吸水材料。因而，采用土工布外包，并采用20cm的中粗砂外包防滲土工布，基坑放坡坡腳處的位置采用UPVC管將中粗砂墊層內(nèi)的水排入雨水窨井。

4 ?施工過程描述

4.1 橋頭支護(hù)施工

橋兩側(cè)接坡采用淺側(cè)放坡開挖、深側(cè)利用橋臺作為擋土結(jié)構(gòu);基坑?xùn)|、西側(cè)根據(jù)基坑深度分別采用放坡開挖、放坡開挖+400×160熱軋U型鋼板樁（樁長6m）、放坡開挖+500×225熱軋U型鋼板樁（樁長9m）的側(cè)向支護(hù)形式。鋼板樁插入比為基坑深度：板入土深度≥1：1.2。

4.2 橋頭開挖卸載施工

由于道路機(jī)動車道范圍外側(cè)第三根車道下有雨水管道，管道中心線距道路側(cè)石線2.0m位置，且管道底標(biāo)高在1.9～3.7m（絕對標(biāo)高）?？紤]到施工對管道的影響，因而，按20m寬度垂直支護(hù)開挖，上部采用倒梯形，減載體積增大，減載效果應(yīng)好于垂直開挖21m的范圍。

4.3 橋頭減載回填施工

橋接坡填土位置采用EPS置換至標(biāo)高3.0m。

4.4 路口支護(hù)施工

采用東側(cè)淺側(cè)放坡開挖、深側(cè)利用橋臺作為擋土結(jié)構(gòu);基坑南北側(cè)根據(jù)基坑深度采用500×225熱軋U型鋼板樁（樁長9m）的側(cè)向支護(hù)形式，鋼板樁插入比為基坑深度：板入土深入≥1：1.2。

4.5 路口開挖卸載施工

路口路面平均標(biāo)高5.2m，標(biāo)高為6.05m，原現(xiàn)狀地面標(biāo)高4.0m，卸載至2.5m。為控制路口下隧道變形，采取將路口填土區(qū)域分階段進(jìn)行挖土卸載的措施。每個階段再分為兩個基坑按先北后南的順序進(jìn)行先后施工，兩個基坑相互獨(dú)立。

4.6 路口換填施工

采用現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土換填厚度2m，現(xiàn)澆泡沫土容重0.7t/m3。

5 ?工況與隧道變形分析

5.1 施工工況

4月1日開工，橋兩側(cè)卸土于4月15日完成，共卸載約10000m3。交叉口東北側(cè)卸土4月16日完成，共卸載約2000m3;交叉口西北側(cè)卸土4月14日已完成，共卸載1200m3。路口北側(cè)兩塊恢復(fù)通車后，進(jìn)行南側(cè)兩塊卸載施工。交叉口東南側(cè)卸土4月23日完成，共卸載約3000m3;交叉口西南側(cè)卸土4月23日已完成，共卸載2000m3。

5.2 隧道監(jiān)測數(shù)據(jù)

由圖2可以看出，橋兩側(cè)卸載施工前，對應(yīng)區(qū)段隧道最大沉降達(dá)-81.27mm。卸土施工期間，對應(yīng)區(qū)段隧道沉降數(shù)據(jù)上抬11.71mm，上抬速率2.34mm/d，說明隧道正上方土方卸載是整治隧道差異沉降的有效措施。EPS鋪設(shè)施工期間，對應(yīng)區(qū)段隧道沉降數(shù)據(jù)上抬3.69mm，上抬速率0.31mm/d，說明EPS塊料鋪設(shè)不會使隧道沉降，EPS換填土方進(jìn)行道路施工對減輕上方荷載對隧道垂直位移影響有顯著作用。

由圖3可以看出，路口施工前，對應(yīng)區(qū)段隧道最大沉降達(dá)-87.85mm。卸土施工期間，對應(yīng)區(qū)段隧道沉降數(shù)據(jù)上抬3.19mm，上抬速率0.35mm/d，由于該處土方卸載量較小，隧道上抬量也較小。泡沫輕質(zhì)土澆筑施工期間，對應(yīng)區(qū)段隧道沉降數(shù)據(jù)先上抬6.23mm，后下沉4.13mm，說明泡沫輕質(zhì)土對隧道沉降有一定影響，泡沫輕質(zhì)土填土方進(jìn)行道路施工對減輕上方荷載對隧道垂直位移影響作用較小。

6 ?結(jié)語

通過對工程施工及隧道數(shù)據(jù)變化情況分析，我們可以給出以下結(jié)論：

（1）隧道正上方加卸載對隧道的垂直位移有著直接的影響，隧道正上方土方卸載是整治隧道差異沉降的有效措施。

（2）EPS塊料鋪設(shè)不會使隧道沉降，EPS換填土方進(jìn)行道路施工對減輕上方荷載對隧道垂直位移影響有顯著作用。

（3）泡沫輕質(zhì)土對隧道沉降有一定影響，泡沫輕質(zhì)土填土方進(jìn)行道路施工對減輕上方荷載對隧道垂直位移影響作用較小，其效果不如EPS換填。

（4）建議加強(qiáng)對地鐵上方加卸施工的監(jiān)督和審查。

參考文獻(xiàn)

[1] 王如路.上海軟土地鐵隧道變形影響因素及變形特征分析[J].隧道與軌道交通，2009（1）：1-6.

[2] 葉耀東，朱合華，王如路.軟土地鐵運(yùn)營隧道病害現(xiàn)狀及成因分析[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2007，3（1）：157-160.

[3] 邵華，黃宏偉，張東明，等.突發(fā)堆載引起軟土地鐵盾構(gòu)隧道大變形整治研究[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2015， 38（6）：1036-1043.