西青道下沉隧道上穿地鐵1號線工程實(shí)踐

□文/李興祖 趙云非

□趙云非/中鐵隧道集團(tuán)有限公司技術(shù)中心。

西青道下沉隧道上穿地鐵1號線工程實(shí)踐

□文/李興祖 趙云非

天津西站交通樞紐西青道下沉隧道工程需上穿正在運(yùn)營的地鐵1號線，由于下沉隧道底板距離地鐵1號線結(jié)構(gòu)頂板最近處只有30cm，因此施工對地鐵運(yùn)營安全的風(fēng)險(xiǎn)極大。文章針對西青道下沉隧道工程實(shí)施的各個(gè)階段，通過對工程監(jiān)測的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，不斷對施工方案進(jìn)行調(diào)整、優(yōu)化和完善，從而確保了工程實(shí)施安全和地鐵運(yùn)營安全。

地鐵；上穿施工；結(jié)構(gòu)隆沉；下沉隧道

新建地鐵或地下工程上下穿越既有地鐵線路是工程建設(shè)的難點(diǎn)。天津西站交通樞紐西青道下沉隧道工程需上穿正在運(yùn)營的地鐵1號線，由于下沉隧道底板至地鐵1號線結(jié)構(gòu)頂板最近處只有30cm，施工風(fēng)險(xiǎn)極大。

1 工程概況

西青道下沉隧道工程位于西站交通樞紐南廣場地下工程南側(cè)，東西走向，全長1400m，雙向6車道，標(biāo)準(zhǔn)斷面為單箱雙室、單箱三室隧道，隧道總寬度38m。

在里程約XQK6+603處（位于大豐路下方）接近垂直交叉上跨地鐵1號線既有運(yùn)行區(qū)間結(jié)構(gòu)，其平面重疊范圍約（16～22）m×38m。重疊區(qū)域距離地鐵1號線西站站廳最近為44m。

該段地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)為天津地鐵既有線（七〇四七工程）明挖施工的鋼筋混凝土箱型框架結(jié)構(gòu)。下沉隧道施工影響169、170、171、172箱段，每個(gè)箱段長度依次為 16、15、21、18m，主要受影響為 170、171箱段。地鐵箱體頂板位于大沽高程-2.250m處，西青道下沉隧道工程在此部位底板底高程-1.930m（最低處），基坑深度為4.600m，基坑開挖后，需在地鐵箱體上部土體進(jìn)行卸除開挖。現(xiàn)狀地面高程2.5m，在西青道下沉工程主體施工完畢后，該處地面高程約為6.000m,見圖1。

圖1 西青道下沉地道同地鐵箱體豎向關(guān)系

為減小基坑開挖時(shí)坑底隆起導(dǎo)致地鐵變形過大，保護(hù)范圍內(nèi)采用三軸水泥土攪拌樁φ850mm@600mm對周邊土體進(jìn)行滿堂加固，加固后土體要求28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度≥1MPa，水泥摻量≮18%。加固寬度為地鐵箱體兩側(cè)各6m；加固深度為地表以下16m，底高程約為地鐵箱體下6m，地鐵隧道結(jié)構(gòu)周邊0.5m范圍內(nèi)采用雙液注漿進(jìn)行加固，見圖2。

圖2 地鐵箱體兩側(cè)加固剖面

為盡量減小土體開挖對基坑回彈的影響，總體上遵守“分段開挖、限時(shí)施工、及時(shí)壓載”的原則。開挖分段遵循“先遠(yuǎn)后近”的基坑開挖方式，設(shè)計(jì)方案分為5段，施工中根據(jù)工程監(jiān)測結(jié)果將該箱段分成3個(gè)施工段。

2 工程地質(zhì)概況

場地埋深80.00m范圍內(nèi)，地基土按成因年代初步可分為9層，按力學(xué)性質(zhì)初步可進(jìn)一步劃分為16個(gè)亞層。

1）人工填土層。全場地均有分布，厚度為1.50～2.70m，局部厚度＞3.0m。

2）全新統(tǒng)新近沉積層。位于埋深約4.50m左右，厚度為1.90～3.10m，頂板標(biāo)高為1.54～0.93m，本層土水平方向上土質(zhì)較均勻，局部缺失。

3）全新統(tǒng)上組陸相沖積層。西站長途客運(yùn)站場地內(nèi)位于埋深約4.50～5.50m，厚度1.20～2.00m；西站北側(cè)貨場場地內(nèi)一般位于埋深約4.50～7.00m，厚度2.20～3.00m；頂板標(biāo)高-1.05～-1.94m。主要由粉質(zhì)粘土組成。

4）全新統(tǒng)中組海相沉積層。西站長途客運(yùn)站場地內(nèi)位于埋深約5.50～15.00m，厚度為9.10～9.80m，頂板標(biāo)高為-1.96～-2.57m；北部貨場場地內(nèi)位于埋深約7.00～15.00m，厚度7.50～8.30m，頂板標(biāo)高為-3.98～-4.68m。主要由砂性大粉質(zhì)粘土組成。

5）全新統(tǒng)下組陸相沖積層。位于埋深約15.00～22.00m，厚度為6.50～8.30m，頂板標(biāo)高為 -11.48～-12.49m，主要由粉質(zhì)粘土組成，局部為粉土，全場地均有分布，在西站長途客運(yùn)站場地內(nèi)，厚度為4.80～6.00m，北部貨場場地厚度6.80～8.00m。

6）上更新統(tǒng)第五組陸相沖積層。頂板分布尚穩(wěn)定，22.00m左右，底板埋深有一定起伏，介于31.00～34.00m，厚度 9.00～11.00m，頂板標(biāo)高為 -20.06～-19.43m。主要由粉土組成。

場地埋深45.00m以上地質(zhì)含水層可劃分為潛水層和微承壓水層。

1）潛水層。主要為全新統(tǒng)中組海相沉積層砂性大粉質(zhì)粘土(④），厚度為7.80～8.90m，以全新統(tǒng)下組陸相沖積層粉質(zhì)粘土(⑤）為相對隔水底板。靜止水位埋深 0.60～1.50m。

2）微承壓水。主要為全新統(tǒng)下組陸相沖積層下部粉土(⑤2）、上更新統(tǒng)第五組陸相沖積層粉土(⑥）和粉砂層 (⑦2）。⑥1粉土、粉砂層含水層厚度為4.00～6.50m，⑥3粉土、粉砂層含水層厚度為1.20～3.50m，⑦2粉砂層微承壓含水層厚度為1.50～4.50m。

3 監(jiān)測設(shè)計(jì)及布點(diǎn)情況

3.1 監(jiān)測設(shè)計(jì)

地鐵箱體上部開挖土勢必會破壞已有土體平衡，隨著土體應(yīng)力的釋放，坑底土體會產(chǎn)生回彈，從而影響地鐵箱體，使之變形。監(jiān)測設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是如何及時(shí)準(zhǔn)確地反映箱體變形并及時(shí)根據(jù)變形情況指導(dǎo)施工，盡最大可能減小施工對1號線箱體的影響。

使用靜力水準(zhǔn)遠(yuǎn)程自動化監(jiān)測技術(shù)，該技術(shù)比較適用于既有建筑物或構(gòu)筑物的沉降觀測。靜力水準(zhǔn)測量范圍25mm；最小分辨率0.01mm；測點(diǎn)誤差＜0.5%；使用環(huán)境溫度-20～70℃。

3.2 監(jiān)測布點(diǎn)

靜力水準(zhǔn)罐體在車站段安裝在中間柱上，圖1中的171和172箱體，在區(qū)間段安裝在箱體側(cè)墻上即169和170箱體。對應(yīng)罐體的位置為一個(gè)監(jiān)測斷面，每個(gè)斷面在軌道上又布有軌道沉降和軌道幾何形位監(jiān)測點(diǎn)，箱體上布設(shè)結(jié)構(gòu)位移點(diǎn)。軌道上的監(jiān)測點(diǎn)和箱體位移都是在每天地鐵停運(yùn)后人工下軌進(jìn)行測量的，見圖3和表1。

圖3 西青道下沉工程上穿地鐵1號線監(jiān)測

表1 箱體和監(jiān)測點(diǎn)對應(yīng)

4 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析與建議

4.1 監(jiān)測分析

2011年1月8日11：00，先開挖部分土方進(jìn)行試驗(yàn)。先挖中間段土體見圖3淺黃部分，大致15m長，7m寬，4.05m深。表2為開挖24h內(nèi)靜力水準(zhǔn)記錄的地鐵1號線箱體結(jié)構(gòu)隆沉數(shù)據(jù)，圖5和圖6分別為結(jié)構(gòu)隆沉監(jiān)測點(diǎn)26和27開挖3d和7d歷時(shí)變化曲線。

表2 結(jié)構(gòu)隆沉監(jiān)測點(diǎn)26和27數(shù)據(jù)

圖4 結(jié)構(gòu)隆沉3d歷時(shí)曲線

圖5 結(jié)構(gòu)隆沉7d歷時(shí)曲線

從表2和圖4-圖5可以看出，隨著上方土體開挖，地鐵結(jié)構(gòu)大致歷經(jīng)4個(gè)階段。

第1階段從1月8日11：00—23：00，挖土施工階段。在土方挖完前2h，地鐵結(jié)構(gòu)發(fā)生了急劇上浮，最大量為1.02mm。從中可以分析出卸載對結(jié)構(gòu)箱體有較大影響，也反映出先期結(jié)構(gòu)箱體兩側(cè)土體加固效果不甚理想，主動控制箱體上浮措施收效甚微。

第2階段為土方施工結(jié)束后12h，地鐵箱體還是有一個(gè)較大上浮階段，其中最大上浮0.35mm。這段時(shí)間內(nèi)主要是進(jìn)行清底工作，并未進(jìn)行卸載施工?？梢姷罔F結(jié)構(gòu)在上浮過程中受到兩側(cè)土體及連接箱體的阻力，中間有個(gè)緩沖期。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明第一天地鐵結(jié)構(gòu)累計(jì)上浮3.39mm，已經(jīng)大于控制值3mm。因此，正式施工期間原來的開挖方式就要做出調(diào)整。

第3階段為土方施工結(jié)束后24～72h，為地鐵結(jié)構(gòu)的緩慢上升階段。這段時(shí)間主要進(jìn)行墊層施工后隧道結(jié)構(gòu)底板鋼筋綁扎。這個(gè)階段結(jié)構(gòu)箱體緩慢上浮應(yīng)該是浮力與摩擦力及兩側(cè)箱體的阻力重新平衡的一個(gè)過程，這段時(shí)間結(jié)構(gòu)箱體累計(jì)上升2.24mm，平均上升1.12mm/d，在控制值范圍內(nèi)。

第4階段是土方施工結(jié)束后72～168h，為結(jié)構(gòu)箱體的緩慢下降階段。這一階段主要是隧道底板澆筑及底板上強(qiáng)度后堆積砂袋壓重施工。壓重施工對結(jié)構(gòu)箱體上浮有明顯的抑制作用，隨著重量增加還有緩慢下降趨勢，但當(dāng)壓重達(dá)到設(shè)計(jì)值后曲線趨于平緩，箱體相對處于穩(wěn)定狀態(tài)。

歷時(shí)曲線中每天都有一個(gè)明顯下降的時(shí)間點(diǎn)，根據(jù)分析應(yīng)該是儀器每天受地鐵列車停運(yùn)影響的結(jié)果，與挖土施工關(guān)系不大。

4.2 建議措施

1）土方施工中和土方施工后12h內(nèi)，結(jié)構(gòu)箱體發(fā)生較大上浮。應(yīng)設(shè)法在24h內(nèi)進(jìn)行壓重施工，力爭將上浮量控制在3mm之內(nèi)，確保地鐵運(yùn)營安全。

2）土方施工與后續(xù)施工銜接時(shí)間過長，致使結(jié)構(gòu)箱體持續(xù)上浮，最后總上浮量達(dá)5.14mm，是總控制值的近50%。因此，施工中應(yīng)加強(qiáng)組織協(xié)調(diào)，盡量縮短工序銜接時(shí)間，使地鐵結(jié)構(gòu)箱體壓重時(shí)間盡量提前，控制箱體上浮量。

3）土方施工要盡量防止箱體發(fā)生傾斜，致使兩個(gè)箱體接縫處拉力過大開裂，一旦發(fā)生開裂漏水，后果極其嚴(yán)重。

4）施工單位及時(shí)與地鐵運(yùn)營部門溝通，通報(bào)每天地鐵結(jié)構(gòu)變化情況，一邊根據(jù)箱體變化情況采取相應(yīng)措施（包括限速、護(hù)軌等）。針對監(jiān)測反饋的情況，在后續(xù)的土方開挖中采取了如下措施，保證工程安全。

1）邊挖土邊壓重。在土方施工過程中在基坑周邊堆載砂袋，這樣就可以減小卸載對箱體的影響。

2）在施工中采取預(yù)制墊層、預(yù)制鋼筋網(wǎng)片、混凝土中添加早強(qiáng)劑等措施大幅縮短底板施工時(shí)間，盡可能早進(jìn)行砂袋壓重，從而在總體上控制箱體上浮量。

3）為防止兩節(jié)箱體間變形過大，開挖過程盡量采用對稱、平衡和同步的施工措施。

5 結(jié)語

施工中除了嚴(yán)格執(zhí)行上述措施外，還采取了大量改進(jìn)措施?；娱_挖時(shí)先開挖中間施工段土體和施工該段結(jié)構(gòu)底板并充分考慮土體開挖及回彈的時(shí)空效應(yīng)，嚴(yán)格控制施工時(shí)間，待該范圍底板達(dá)到一定強(qiáng)度后，及時(shí)進(jìn)行砂袋壓重，然后依據(jù)“對稱、平衡”的施工方式，開挖、施工剩余兩側(cè)箱段。西青道下沉隧道上跨地鐵1號線段工程已順利完工并且地鐵1號線運(yùn)營安全也未受到任何影響。

[1]許俊偉，王 剛.不同工法的暗挖車站上穿既有線對其以及周邊環(huán)境的影響[J].市政技術(shù)，2010，28（4）：81-84.

[2]杜建華，杜華林.單拱暗挖車站上穿既有地鐵線施工技術(shù)[J].鐵道建筑,2010，（5）：64-68.

[3]孫玉永，周順華，向 科，等.近距離下穿既有隧道的盾構(gòu)施工參數(shù)研究[J].中國鐵道科學(xué)，2010，31（1）：54-58.

U456.3

C

1008-3197（2011）04-49-04

2011-05-22

李興祖/男，1971年出生，工程師，天津城建集團(tuán)濱海路橋工程公司，從事工程技術(shù)質(zhì)量管理工作。

□趙云非/中鐵隧道集團(tuán)有限公司技術(shù)中心。