臨近地鐵既有線隧道軟弱地層加固方案及樁基施工方法研究

趙勝冬

摘要：項(xiàng)目為建筑面積7.9萬(wàn)平的地下三層房建基坑，既有運(yùn)營(yíng)的地鐵線從基坑西北角斜穿到東南角，施工期間確保地鐵線運(yùn)營(yíng)安全整個(gè)項(xiàng)目的成敗關(guān)鍵所在?；游鞅苯堑刭|(zhì)條件差，地鐵隧道上部為位于粘土層，底部為砂質(zhì)粘性土，極易受到施工干擾，所以項(xiàng)目施工風(fēng)險(xiǎn)極大。項(xiàng)目采用靜壓鋼板樁及低壓注漿對(duì)隧道周進(jìn)行加固，選用全套管全回轉(zhuǎn)鉆鉆機(jī)成樁，確保了地鐵既有線的安全。

Abstract： The project is to build a foundation pit for an underground three-storey building with a construction area of 79，000 square meters. The existing subway line runs diagonally from the northwest corner of the foundation pit to the southeast corner. The key to the success of the entire project is to ensure the safety of the subway line during construction. The geological conditions of the northwest corner of the foundation pit are poor. The upper part of the subway tunnel is located in the clay layer and the bottom is sandy cohesive soil， which is extremely susceptible to construction interference， so the project construction risk is extremely high. The project uses static pressure steel sheet piles and low-pressure grouting to reinforce the periphery of the tunnel， and uses full-sleeve full-rotation drilling rigs to form piles to ensure the safety of the existing subway line.

關(guān)鍵詞：地鐵既有線保護(hù);靜壓鋼板樁及低壓注漿（軟弱地層）;全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)樁基施工

Key words： subway existing line protection;static pressure steel sheet pile and low pressure grouting （weak stratum）;pile foundation construction with full casing and full rotary drilling rig

中圖分類(lèi)號(hào)：U455.4;U231.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）14-0187-03

0? 引言

隨著城市地鐵及城市間城際軌道交通工程的發(fā)展，軌道交通工程建設(shè)的投入和規(guī)模越來(lái)越大，同時(shí)由于城市用地的日趨緊張，隨著土地的開(kāi)發(fā)利用，臨近地鐵結(jié)構(gòu)的深基坑施工將不可避免，然而運(yùn)營(yíng)中的地鐵盾構(gòu)上方的改造工程存在難度高、風(fēng)險(xiǎn)大、不可預(yù)見(jiàn)因素多等特點(diǎn)。在日本，已將緊鄰地下隧道結(jié)構(gòu)施工界定為“近接施工”，并給予了足夠重視。本文結(jié)合前海交易廣場(chǎng)項(xiàng)目地鐵保護(hù)工程，選用國(guó)內(nèi)先進(jìn)全回轉(zhuǎn)全套管施工工藝、采取靜壓鋼板樁及低壓注漿技術(shù)加固措施，有效確保在軟弱地層中進(jìn)行樁基施工時(shí)對(duì)既有地鐵線的保護(hù)，施工期間地鐵既有線隧道的橫豎向收斂、豎向及水平沉降及變形速率的均在控制值范圍內(nèi)。本文中的施工方案、施工方法以及施工保證措施等在以后的類(lèi)似工程施工中都可推廣應(yīng)用。

1? 工程簡(jiǎn)述

1.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

項(xiàng)目目占地面積為7.9萬(wàn)m2，為大型房建基坑，項(xiàng)目特點(diǎn)為既有運(yùn)營(yíng)的地鐵1號(hào)線從基坑西北角斜穿到東南角，將基坑一分為二，如圖1。地鐵與項(xiàng)目基坑通過(guò)咬合樁隔離。地鐵保護(hù)結(jié)構(gòu)主要包含地鐵隧道結(jié)構(gòu)兩側(cè)咬合樁，抗拔樁位于兩條隧道中間，與隧道凈距約3m;地面標(biāo)高約+7.5m，基坑底標(biāo)高-5.65m，基底距區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)頂最小距離3.0m，如圖2。

根據(jù)國(guó)家《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范》，樁基施工、基坑開(kāi)挖對(duì)地鐵1號(hào)線影響等級(jí)為特級(jí)。其中基坑西北段地質(zhì)條件差，運(yùn)營(yíng)期間，盾構(gòu)隧道內(nèi)存在管片大面積掉塊開(kāi)裂的現(xiàn)象，對(duì)地鐵安全運(yùn)營(yíng)造成非常大的影響。現(xiàn)階段該區(qū)間受損嚴(yán)重段已進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固，但施工期風(fēng)險(xiǎn)仍然很高。必須運(yùn)用可靠先進(jìn)施工工藝，提出切實(shí)可靠的加固措施保護(hù)該段地鐵隧道。

1.2 研究區(qū)域（西北角）地質(zhì)情況

項(xiàng)目地處填海區(qū)，場(chǎng)地原始地貌為濱海灘涂地地貌，經(jīng)堆載預(yù)壓法軟基處理形成現(xiàn)在的陸域，現(xiàn)狀場(chǎng)地軟基處理完成5年以上，區(qū)內(nèi)地勢(shì)較平坦。西北角場(chǎng)地內(nèi)地層自上而下有：①填土（石）④砂質(zhì)黏性土、⑤1全風(fēng)化花崗巖、⑤2強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、⑤3中風(fēng)化花崗巖、⑤4微風(fēng)化花崗巖。西北角區(qū)域巖層較深，地鐵隧道位于8～14m區(qū)間，上部為粘土層，底部為砂質(zhì)粘性土，極易受到施工干擾。

2? 地鐵保護(hù)方案研究

2.1 采用靜壓鋼板樁及低壓注漿對(duì)隧道進(jìn)行加固

2.1.1 地鐵加固目的為增加隧道周邊圍巖剛度和穩(wěn)定性，增強(qiáng)隧道抗擾動(dòng)能力同時(shí)傳遞施工荷載到隧道底基巖，減少隧道附加荷載。加固方案采用采用靜壓鋼板樁+隧道周邊土體加固（注漿）。

2.1.2 施工步序：地面硬化→靜壓鋼板樁施工→注漿→澆筑混凝土板面。加固平面及斷面見(jiàn)圖4、圖5。

2.1.3 小結(jié)：①隧道兩側(cè)拉森Ⅲ型鋼板樁采用靜壓植樁機(jī)密排植入，鋼板樁距隧道1.5m。②注漿段采用鋼花管注漿工藝，采用HSC新型（含水細(xì)砂型）注漿材料，水灰比取0.6～0.8，每延米材料用量不低于200kg。③每排每個(gè)分區(qū)內(nèi)的注漿孔隔孔交替同步注漿。④注漿壓力0.3～0.7MPa，在注入率大于10L/min的情況下，盡可能采用較小的注漿壓力，減小地面冒漿的可能性。⑤每一段注漿結(jié)束后，提升注漿器，對(duì)比監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，若監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)明顯變化，則繼續(xù)注下一段，若隧道回調(diào)率達(dá)到2mm則停止注漿，待下次繼續(xù)灌注。

2.2 選用全套管全回轉(zhuǎn)鉆鉆機(jī)成樁

2.2.1 施工區(qū)域地鐵隧道土質(zhì)極差，樁基施工選用采用全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)全套管跟進(jìn)施工工藝，選用工藝?yán)碛扇缦拢孩偈┕み^(guò)程中全孔套管護(hù)壁、鉆進(jìn)和灌注均無(wú)孔壁坍塌風(fēng)險(xiǎn)、縮徑的風(fēng)險(xiǎn)，能最大化控制成樁過(guò)程中對(duì)地鐵隧道周?chē)馏w擾動(dòng)。②成樁的垂直精度高，防止施工過(guò)程中樁傾斜距離地鐵過(guò)近造成地鐵變形。③成樁過(guò)程中對(duì)地鐵隧道基本無(wú)擾動(dòng)。

2.2.2 施工機(jī)具采用QHZ-2000型全回轉(zhuǎn)套管鉆機(jī)，全回轉(zhuǎn)全套鉆孔孔灌注樁施工流程如圖6所示。

2.2.3 小結(jié)：①施工過(guò)程中必須保證護(hù)筒超前鉆進(jìn)，確保不出現(xiàn)塌孔。②施工要具有連續(xù)性，防止地下水失水。③施工過(guò)程中遇斜巖面時(shí)，需在護(hù)筒內(nèi)加滿泥漿，防止鉆進(jìn)巖層時(shí)，護(hù)筒與巖面無(wú)法緊密結(jié)合導(dǎo)致的塌孔漏水等。

2.3 施工期間地鐵隧道監(jiān)測(cè)

2.3.1 地鐵隧道監(jiān)測(cè)采用自動(dòng)實(shí)時(shí)斷面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)自動(dòng)監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)隧道收斂數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)自動(dòng)觀測(cè)、記錄、處理、存儲(chǔ)、變形量報(bào)表編制和變形趨勢(shì)顯示等功能。利用互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)建立信息化聯(lián)絡(luò)平臺(tái)，與相關(guān)單位建立聯(lián)動(dòng)機(jī)制，實(shí)時(shí)共享和交流監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

2.3.2 地鐵隧道監(jiān)測(cè)分為運(yùn)營(yíng)安全控制和結(jié)構(gòu)安全控制，運(yùn)營(yíng)安全控制指標(biāo)為：軌道水平、豎向變形±6、±8、±10mm三級(jí)預(yù)警，變形速率控制值±2mm/day;結(jié)構(gòu)安全控制指標(biāo)為：水平、豎向收斂+6、+8、+10mm三級(jí)預(yù)警，變形速率控制值±2mm/day。

2.3.3 地鐵加固及樁基施工期間，西北角（左線L137～L171、右線R109～166環(huán)）每1.5M（1環(huán)）布設(shè)一組監(jiān)測(cè)斷面，每組監(jiān)測(cè)斷面5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，共91組監(jiān)測(cè)斷面，分別監(jiān)測(cè)隧道收斂，軌道水平及豎向變形。本文隨機(jī)抽取了L160和R155監(jiān)測(cè)點(diǎn)施工期間的開(kāi)累數(shù)據(jù)列示（圖7、圖8）。

3? 結(jié)論

既有運(yùn)營(yíng)的地鐵線從基坑西北角斜穿到東南角，將一個(gè)地下三層房建基坑一分為二，施工期間確保地鐵既有線運(yùn)營(yíng)安全是整個(gè)項(xiàng)目的成敗關(guān)鍵所在?；游鞅苯堑刭|(zhì)條件差，地鐵隧道上部為位于粘土層，底部為砂質(zhì)粘性土，極易受到施工干擾，所以項(xiàng)目施工風(fēng)險(xiǎn)極大。項(xiàng)目采用靜壓鋼板樁及低壓注漿對(duì)隧道進(jìn)行加固，選用全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)進(jìn)行樁基施工，通過(guò)施工期間對(duì)隧道的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，得出以下結(jié)論：①通過(guò)對(duì)地層進(jìn)行注漿加固，增加隧道周邊圍土體剛度和穩(wěn)定性，增強(qiáng)隧道抗擾動(dòng)能力，同時(shí)傳遞施工荷載到隧道底基巖，減少隧道附加荷載。②靜壓鋼板樁起加固及二次保護(hù)作用：確保注漿加固作用最大化的對(duì)地鐵隧道進(jìn)行保護(hù)，樁基施工階段隔離隧道，對(duì)隧道進(jìn)行二次保護(hù)。③選用全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)成樁，最大化控制成樁過(guò)程中對(duì)地鐵隧道周?chē)馏w擾動(dòng)。施工時(shí)在護(hù)筒內(nèi)加滿泥漿，保證了灌注期間地下水不流失，成樁過(guò)程中對(duì)地鐵隧道基本無(wú)擾動(dòng)。④通過(guò)信息化施工，用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工，施工完成后，全部監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均未超過(guò)預(yù)警值。

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