地鐵明挖區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)上浮處置方案

劉 毅

（中設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210000）

隨著我國城市人口逐漸擴(kuò)大、私家車保有量暴增，市內(nèi)交通日益擁堵已經(jīng)成了全國各大城市的一大棘手問題，而地鐵具有安全、舒適、環(huán)保、不擁堵的特點(diǎn)，可以極大方便廣大市民的出行。因此，當(dāng)下地鐵建設(shè)已經(jīng)成為各大城市解決城市交通擁堵的重要舉措。同時，為滿足城市的擴(kuò)張，大部分城市提前對初始開發(fā)區(qū)域進(jìn)行地鐵建設(shè)，為減少建造成本，明挖區(qū)間成了優(yōu)先的選擇，但區(qū)間結(jié)構(gòu)上浮問題往往容易被施工建設(shè)者所忽視，結(jié)構(gòu)上浮若處理不當(dāng)，輕則造成地鐵開通運(yùn)營后的舒適度及維護(hù)難度，重則造成列車行車安全、甚至人員傷亡的重大問題。文章分析了區(qū)間明挖隧道結(jié)構(gòu)上浮的原因，并以實(shí)際工程的結(jié)構(gòu)上浮事件為背景，提出了處理措施及要點(diǎn)，盡量還原區(qū)間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原狀，恢復(fù)后續(xù)地鐵各項(xiàng)運(yùn)行功能。

1 依托工程概述

某城市地鐵延長線位于前期開發(fā)區(qū)域，道路及排水等市政設(shè)施極不完善，地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為矩形雙洞框架結(jié)構(gòu)，每42m 左右設(shè)置一道變形縫，采用明挖法施工。建設(shè)過程中，為滿足建設(shè)期間交通功能，采取分段開挖的組織方式，在某區(qū)間段結(jié)構(gòu)完成后，因基坑回填高度不足、積水抽排不及時，造成區(qū)間結(jié)構(gòu)上浮，最大上浮量達(dá)77cm，嚴(yán)重影響地鐵結(jié)構(gòu)開通運(yùn)營的設(shè)計(jì)要求，且現(xiàn)狀情況下，無法通過設(shè)計(jì)調(diào)坡調(diào)線進(jìn)行解決[1]。為恢復(fù)區(qū)間結(jié)構(gòu)地鐵運(yùn)營設(shè)計(jì)功能，同時最大可能減少處理費(fèi)用投入，上浮段區(qū)間結(jié)構(gòu)需最大程度進(jìn)行復(fù)位，通過調(diào)坡調(diào)線等技術(shù)措施，以此滿足地鐵運(yùn)營功能設(shè)計(jì)要求。

2 結(jié)構(gòu)上浮原因分析

上浮是結(jié)構(gòu)出現(xiàn)高程隆起現(xiàn)象，主要是結(jié)構(gòu)自重、抗拔力小于上浮力造成的。本案例區(qū)間結(jié)構(gòu)上浮的主要原因包括以下幾點(diǎn)：

（1）該上浮區(qū)間段結(jié)構(gòu)兩側(cè)空間狹小，大型機(jī)械無法有效碾壓，上部道路存在修筑后下沉的嚴(yán)重病害隱患，為保證回填質(zhì)量，結(jié)構(gòu)兩側(cè)采用中粗砂回填；同時，結(jié)構(gòu)頂板以上計(jì)劃采用黏土回填，因天氣原因，實(shí)際未回填。

（2）該上浮區(qū)間段市政排水管不完善，基坑地勢低洼。

（3）長時間暴雨惡劣天氣，基坑外雨水一直涌向基坑，造成水位持續(xù)上升，且未采取有效措施應(yīng)對，未能及時排除基坑積水。

（4）回填的中粗砂孔隙率和存水量大，透水性強(qiáng)，基坑水位超過頂板時，此時每延米結(jié)構(gòu)自重599.625kN，浮力約為683.55kN，浮力大于結(jié)構(gòu)自重，造成結(jié)構(gòu)上?。煌瑫r結(jié)構(gòu)兩側(cè)回填砂下陷，并進(jìn)入結(jié)構(gòu)底板以下，積水抽排水位下降后，結(jié)構(gòu)無法復(fù)位[2]。

（5）區(qū)間結(jié)構(gòu)每42m 左右設(shè)置一道變形縫，為柔性連接，在不利工況下，促進(jìn)了結(jié)構(gòu)上浮的隱患；同時設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)考慮不足，未充分考慮結(jié)構(gòu)上浮風(fēng)險(xiǎn)，并進(jìn)行抗拔設(shè)計(jì)。

3 區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)上浮處置方案

根據(jù)本工程的實(shí)際現(xiàn)狀，結(jié)構(gòu)完全復(fù)位至原設(shè)計(jì)的難度、代價(jià)過大，且?guī)缀醪豢赡?，?jīng)充分研究，特制定了“盡量復(fù)位、滿足設(shè)計(jì)調(diào)坡調(diào)線、結(jié)構(gòu)鑒定安全”的關(guān)鍵原則，具體處理方案如下：

（1）基坑積水抽排。采用水泵將基坑內(nèi)明水及中粗砂內(nèi)的孔隙水抽排干，同時在積水疏干過程，讓結(jié)構(gòu)得到一定程度復(fù)位。

（2）挖除結(jié)構(gòu)兩側(cè)中粗砂。隨著基坑積水的抽排，采用長臂挖機(jī)、普通挖機(jī)及人工配合的方式，對結(jié)構(gòu)兩側(cè)中粗砂進(jìn)行挖除，挖除過程應(yīng)對稱進(jìn)行。

（3）結(jié)構(gòu)限位裝置施工。為避免處理過程中結(jié)構(gòu)平面位置朝不利方向發(fā)展，結(jié)構(gòu)變形縫、施工縫側(cè)墻兩側(cè)需設(shè)置結(jié)構(gòu)限位裝置；限位裝置由兩部分組成，底部為C20 砼固定墩，尺寸為1.5m（長）×1.2m（高），變形縫處固定墩寬度（線路方向）為2m，施工縫處固定墩寬度（線路方向）為1m。另外，限位裝置與結(jié)構(gòu)接觸面距離2cm，限位裝置內(nèi)側(cè)設(shè)置1cm 厚四氟板，如圖1 所示。

（4）底板底部中粗砂清理。該處理過程主要包括局部清砂及設(shè)置杉木支墊、底部全面清砂兩個步驟：第一步，將方木支墊空間范圍的中粗砂掏出，然后將杉木支墊塞入結(jié)構(gòu)底板以下，并與底板密貼；杉木支墊每3m左右對稱設(shè)置一道，支墊長1200mm，寬500mm，高度根據(jù)結(jié)構(gòu)剩余上浮高度進(jìn)行確定，如圖2 所示。第二步，杉木支墊布置完成后，開始組織人工手持高壓水槍朝底板以下中粗砂進(jìn)行沖洗，沖洗過程結(jié)構(gòu)兩側(cè)應(yīng)同時對稱進(jìn)行；沖洗過程對中粗砂及時進(jìn)行清理，并安排技術(shù)人員對結(jié)構(gòu)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，防止結(jié)構(gòu)兩側(cè)發(fā)生傾斜。此步驟是整個上浮復(fù)位處理過程的關(guān)鍵，意在充分利用中粗砂遇水自穩(wěn)性差、流動性較強(qiáng)及杉木材質(zhì)硬度較低、受壓較易變形特點(diǎn)，將區(qū)間結(jié)構(gòu)盡量朝原始設(shè)計(jì)進(jìn)行高程復(fù)位。

圖1 限位裝置大樣圖（單位：m）

圖2 杉木支墊示意圖（單位：mm）

（5）待結(jié)構(gòu)高程穩(wěn)定后，委托第三方結(jié)構(gòu)鑒定單位，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全鑒定；在對現(xiàn)場檢測后，采用有限元方法對結(jié)構(gòu)在上浮與回落過程中的損傷狀況進(jìn)行深入的計(jì)算分析和研究，并對結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀及后期使用的安全性進(jìn)行分析評估，鑒定結(jié)果若滿足設(shè)計(jì)要求，對區(qū)間結(jié)構(gòu)平面、高程進(jìn)行貫通測量，在不影響地鐵運(yùn)行功能情況下，對隧道線路進(jìn)行調(diào)坡調(diào)線設(shè)計(jì)[3]。

（6）底板下部空隙填充。區(qū)間結(jié)構(gòu)復(fù)位到一定程度后，結(jié)構(gòu)底板與原墊層間存在一定高度，為保障結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，需對其進(jìn)行有效填充[4]?；靥钐畛漤樞虬凑諒牡拖蚋叩脑瓌t，根據(jù)不同的間隙厚度采用兩種方案處理?？傮w原則：①對于底板底空隙大于10cm 部分，采用C30 微膨脹自密實(shí)砼進(jìn)行回填；②對于底板底空隙小于10cm 部分，考慮到自密實(shí)砼可能無法完全實(shí)現(xiàn)空隙填充，采用M30 微膨脹自密實(shí)砂漿進(jìn)行回填。

（7）底板底回填情況檢測。為保證結(jié)構(gòu)底板以下回填屬于密實(shí)狀態(tài)，回填材料終凝后，采用地質(zhì)雷達(dá)對底板進(jìn)行掃描，如發(fā)現(xiàn)存在孔隙，則從結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)在結(jié)構(gòu)底板上鉆孔，孔徑為φ50mm，并向孔內(nèi)灌漿，灌漿材料采用高強(qiáng)無收縮水泥灌漿料。

（8）防水修復(fù)及土方回填。對結(jié)構(gòu)受損部分防水按照設(shè)計(jì)要求重新進(jìn)行修復(fù)，并組織對基坑按照分層、分段的方式進(jìn)行回填，回填過程保證均勻、對稱，分層回填厚度不超過30cm[5]。回填料采用密實(shí)的黏性土，壓實(shí)度不小于87%，回填高度為規(guī)劃地面高程。

4 施工要點(diǎn)和質(zhì)量保障措施

本項(xiàng)目主要的質(zhì)量問題是結(jié)構(gòu)上浮后不滿足軌道運(yùn)營設(shè)計(jì)規(guī)范要求，因此需要對上浮后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)位處理，確保復(fù)位后經(jīng)過設(shè)計(jì)調(diào)坡調(diào)線能滿足軌道運(yùn)營功能要求。

（1）該區(qū)間上浮段已無法復(fù)位到原始狀況，因此要做到處理方式的經(jīng)濟(jì)、可行性，必須從設(shè)計(jì)的角度掌握結(jié)構(gòu)可調(diào)坡調(diào)線的結(jié)構(gòu)工況，施工處理做到超前謀劃，做到心中有底。整個處理過程，絕對不可以按照走一步、算一步的思路進(jìn)行處理，不然對后續(xù)整個處理過程難以做到指導(dǎo)意義，因此處理前要掌握該結(jié)構(gòu)復(fù)位、下降多少可以通過設(shè)計(jì)來解決，充分利用外界的技術(shù)措施來解決問題。

（2）對上浮結(jié)構(gòu)復(fù)位處理過程，要求對結(jié)構(gòu)做好限位措施，處理須同步、對稱，預(yù)防上浮結(jié)構(gòu)在處理過程中形成二次傷害，或向不利方向發(fā)展，保證結(jié)構(gòu)基本同步、均勻的向下復(fù)位，朝著設(shè)計(jì)可調(diào)坡調(diào)線的高程處理。此項(xiàng)工作也異常重要，一旦處理過程出現(xiàn)意外，結(jié)構(gòu)發(fā)生較大傾斜，則對于一直想通過后續(xù)調(diào)坡調(diào)線的措施則可能大概率前功盡棄。

（3）結(jié)構(gòu)復(fù)位到允許位置后，必須保證底板底部處于密實(shí)狀態(tài)。若回填不密實(shí)，存在大面積孔洞，后期運(yùn)營過程，受列車長期振動荷載影響，容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)開裂、下沉，軌道變形，進(jìn)而威脅到地鐵軌道運(yùn)營安全。因此，對底板以下部分空隙回填材料把控、處理及回填后雷達(dá)掃描檢測，是整個處理結(jié)果的重中之重。

上浮結(jié)構(gòu)整個處理過程，存在幾項(xiàng)關(guān)鍵施工過程，如圖3、圖4 所示。

圖3 中粗砂挖除

圖4 杉木支墊設(shè)置

最后，為確保結(jié)構(gòu)上浮復(fù)位處理后質(zhì)量滿足各方要求，各參建單位對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行了全面驗(yàn)收，經(jīng)評定，驗(yàn)收程序到位，質(zhì)量符合相關(guān)規(guī)范驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求，驗(yàn)收合格。

5 結(jié)束語

由于該區(qū)間段結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了上浮質(zhì)量問題，若對上浮段結(jié)構(gòu)進(jìn)行破除、返工處理，將在經(jīng)濟(jì)、工期上帶來極大的損失。因此，在遇到這個國內(nèi)地鐵明挖區(qū)間上浮質(zhì)量處理可參考案例幾乎沒有的情況下，我們需要及時厘清思路，采取最經(jīng)濟(jì)、工期可接受的方式，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)位處理，確保后期地鐵運(yùn)營的舒適度、安全等功能需求。文章分析了該明挖區(qū)間結(jié)構(gòu)上浮的原因，并提出了該案例的解決方案，同時給出了施工要點(diǎn)和相關(guān)的質(zhì)量保障措施，經(jīng)過第三方結(jié)構(gòu)安全鑒定，同時經(jīng)過地鐵開通運(yùn)營的長期檢驗(yàn)，可以得出本案例處理是成功的，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會效應(yīng)，對類似結(jié)構(gòu)的施工，提供了不利工況的風(fēng)險(xiǎn)參考依據(jù)，特別是對地鐵明挖區(qū)間類似結(jié)構(gòu)上浮處理具有較強(qiáng)的參考價(jià)值。