軟土地區(qū)既有地下通道加固改造與地鐵車站連接技術(shù)

姚燕明，王 毅，葉 蓉

(1.寧波市軌道交通集團(tuán)有限公司，浙江 寧波 315101； 2.上海市隧道工程軌道交通設(shè)計(jì)研究院，上海 200235)

0 引言

軌道交通作為一項(xiàng)大型基礎(chǔ)設(shè)施工程，往往引領(lǐng)一個(gè)城市地下空間的發(fā)展。在軌道交通建設(shè)過程中，不僅需要滿足自身功能，而且需要盡可能與周圍地下空間進(jìn)行聯(lián)通，方便乘客出行[1-4]。寧波市軌道交通1號(hào)線一期工程經(jīng)過城市的主城區(qū)，其中在中山路段存在多個(gè)地下過街通道。在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，就考慮將地鐵車站與既有城市地下過街通道進(jìn)行互聯(lián)互通，充分整合地下資源，將獨(dú)立的地下空間形成有機(jī)整體，發(fā)揮最大的社會(huì)效益。

寧波為典型的軟土地區(qū)，淺部軟土具有高含水量、高流變性、高壓縮性、低滲透性、低強(qiáng)度等特點(diǎn)，地鐵車站大多采用明挖法施工[5-6]。如何減小既有市政過街通道與地鐵車站連接過程中的開挖影響，保證通道結(jié)構(gòu)安全，實(shí)現(xiàn)更便捷高效的過街功能，是建設(shè)過程中需重點(diǎn)考慮的一個(gè)因素[7-8]。本工程中，通過對(duì)既有過街通道進(jìn)行主動(dòng)加固改造等多種技術(shù)措施，最大限度地實(shí)現(xiàn)了車站與過街通道的互聯(lián)互通，車站地下1層、地下2層均與過街通道實(shí)現(xiàn)了連接。在整個(gè)施工期間，該通道保持了正常通行，減少了對(duì)市民出行的影響，后續(xù)地鐵盾構(gòu)區(qū)間隧道也安全地從過街通道下方穿越，成為寧波軌道交通處理與市政過街通道關(guān)系比較成功的典型案例。

1 工程概況

寧波市軌道交通1號(hào)線一期工程?hào)|門口站位于市中心繁華商業(yè)街中山東路下，為地下3層島式車站，地下1層為預(yù)留開發(fā)區(qū)域，地下2層為站廳層，地下3層為站臺(tái)層。車站標(biāo)準(zhǔn)段開挖深度約22.4m，靠近日新街地下過街通道的東端頭井基坑深度約24.0m。已建日新街地下通道距車站端部約7.5～10.0m，盾構(gòu)區(qū)間隧道從地下通道下方穿過，距離既有通道約8.7m。

日新街地下過街通道為地下1層鋼筋混凝土箱涵結(jié)構(gòu)，采用天然地基基礎(chǔ)，頂板覆土約1.5m，通道凈寬9.0m，凈高3.4m，頂板、底板和側(cè)墻厚度均為0.55m，底板下設(shè)置0.2m厚素混凝土墊層，地下通道結(jié)構(gòu)斷面如圖1所示。

圖1 日新街通道結(jié)構(gòu)斷面

為充分利用既有市政設(shè)施資源，地鐵東門口站地下1層、地下2層在不同平面位置設(shè)連接通道與日新街地下通道相連，分別為連接通道1和連接通道2，車站與過街通道連接剖面如圖2，3所示。

圖3 連接通道2剖面

2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，場地屬典型的軟土地區(qū)，地面標(biāo)高約為3.500m，淺部廣泛分布有厚層狀飽和軟土，軟土厚度達(dá)23.6～31.5m，土層主要參數(shù)如表1所示。

表1 土層參數(shù)

既有地下通道底板位于①3層淤泥質(zhì)黏土中，該層土體物理力學(xué)性質(zhì)差，含水率達(dá)46.1%，呈流塑狀態(tài)，孔隙比為1.283，具有高壓縮性。場地潛水位埋深一般為地面以下1.5m左右，地下水位較高。由于既有地下過街通道的地基基礎(chǔ)比較差，在外界施工的影響下容易產(chǎn)生變形開裂，因此增加了過街通道與地鐵車站連接的保護(hù)難度。

3 設(shè)計(jì)難點(diǎn)

日新街過街通道為地下1層鋼筋混凝土箱涵結(jié)構(gòu)，長約71m，沿縱向設(shè)有3道變形縫，結(jié)構(gòu)整體性較差。另外，通道底部只有30cm厚素混凝土墊層，無樁基，基底軟土地層容易產(chǎn)生擾動(dòng)變形。根據(jù)建筑需要，地鐵車站在地下1層、地下2層均需要與通道連接，基坑單邊卸載容易引起通道的不均勻沉降，尤其是車站地下2層與地下通道的接口基坑比通道底部深約10.1m，開挖范圍內(nèi)主要為淤泥質(zhì)黏土，基坑開挖的變形控制要求高。

連接通道施工完成后，地鐵盾構(gòu)區(qū)間隧道還需要從地下通道的下方穿越，因此需要確保既有地下過街通道在受到多次擾動(dòng)情況下的結(jié)構(gòu)安全。另外，連接通道與既有地下過街通道采取側(cè)面開門洞相連，開門洞范圍的既有通道結(jié)構(gòu)受力發(fā)生變化，設(shè)計(jì)對(duì)既有通道結(jié)構(gòu)在新工況條件下的受力進(jìn)行了復(fù)核，不滿足要求。

針對(duì)以上問題，常規(guī)的處理方案為將既有過街通道在連接范圍內(nèi)進(jìn)行封閉，開挖破除后重新建設(shè)新的過街通道與原有通道相接。但由于該地下過街通道為寧波天一廣場商業(yè)區(qū)的南北連接主通道，封閉后對(duì)于商業(yè)區(qū)的行人影響較大，需要重新進(jìn)行地面交通組織，社會(huì)影響大，因此研究在保證既有通道正常通行前提條件下，對(duì)既有通道結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固保護(hù)方案。

4 既有地下通道加固方案

為確保既有地下通道在施工期間的安全及后期正常使用，加固設(shè)計(jì)中采用了加設(shè)綁樁、綁梁、加厚通道頂板及底部地基加固等措施。

4.1 地下通道加設(shè)綁樁、綁梁

地下通道兩側(cè)各設(shè)置5根綁樁，對(duì)稱布置，避開后續(xù)下穿的盾構(gòu)隧道，綁樁平面布置如圖4所示。通道東側(cè)的5根綁樁獨(dú)立設(shè)置，采用φ1 000mm的鉆孔灌注樁。由于通道西側(cè)5根綁樁的上部位于車站與地下通道連接范圍內(nèi)，因此采用灌注樁上部內(nèi)插H型鋼的格構(gòu)柱方式，連接通道內(nèi)的H型鋼截面為500mm×400mm，下部為φ1 000mm的鉆孔灌注樁。在連接通道頂、底板施工時(shí)，頂、底板直接與H型鋼連接，連接位置的型鋼上設(shè)置止水鋼板防止?jié)B漏，在頂、底板混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，再割除出入口范圍內(nèi)的H型鋼。

位于兩條盾構(gòu)隧道之間的4根綁樁考慮后期盾構(gòu)穿越及土層擾動(dòng)的影響，樁長為54m，其余樁長為48m，均以⑧1層粉砂為樁基持力層。同時(shí)，在綁樁上方設(shè)置斷面尺寸為1 400mm×1 000mm綁梁，采用混凝土現(xiàn)澆，通道頂板通過植筋與綁梁連接，以確保能將通道荷載順利傳至綁樁。

圖4 綁樁平面布置

4.2 加厚地下通道頂板

側(cè)墻開洞后，地下通道結(jié)構(gòu)承載力削弱，開洞范圍的通道頂板不能滿足受力要求。根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算分析，需要加厚側(cè)墻開洞范圍的通道頂板。通過在原頂板結(jié)構(gòu)上方植筋，新澆筑1層45cm厚C30混凝土板與原頂板結(jié)合，新老結(jié)構(gòu)作為疊合板共同受力，并與綁梁進(jìn)行連接。

在地下1層、地下2層連接通道位置，新澆筑的頂板長度分別為7.2m和10.2m，頂板加厚平、剖面如圖5,6所示。

圖5 頂板加厚范圍平面

圖6 頂板加厚剖面

4.3 地基加固

寧波軌道交通1號(hào)線的軟土地基加固以三軸攪拌樁為主，但是為了減小地基加固施工對(duì)既有過街通道結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)影響，經(jīng)研究采用施工擾動(dòng)小、土壓力穩(wěn)定、布樁靈活的MJS工法[9-10]對(duì)通道結(jié)構(gòu)外側(cè)約1.5m及通道底板下1.5m寬的地基進(jìn)行加固。靠近既有過街通道范圍通過采用斜打布孔的方式，可以深入既有過街通道底板下進(jìn)行加固，加固深度取3.0m。

既有過街通道與車站的連接通道下方為盾構(gòu)區(qū)間隧道的接收加固區(qū)，因此將盾構(gòu)的接收加固、連接通道的基坑加固與既有過街通道的基礎(chǔ)加固相結(jié)合，采用攪拌樁+MJS工法相結(jié)合的方式，既節(jié)省了造價(jià)，又能減小加固過程對(duì)既有過街通道的影響。地基加固平、剖面如圖7,8所示。

圖7 地基加固平面

圖8 地基加固剖面

5 連接通道方案

連接通道根據(jù)不同的開挖深度，采用不同的基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)方案，連接通道1基坑深度約6.6m，寬度約7.3m，采用φ850mm@600mm工法樁作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，樁長14.5m。由于基坑規(guī)模較小，為便于施工，利用基坑外的盾構(gòu)進(jìn)洞加固攪拌樁為重力式擋墻，沿基坑豎向僅設(shè)置頂圈梁而不設(shè)內(nèi)支撐，有利于開挖施工的快捷、方便性。連接通道1基坑圍護(hù)剖面如圖9所示。

圖9 連接通道1基坑剖面

連接通道2連通既有過街通道和地鐵車站的地下2層，與車站連接位置較深，因此該連接通道豎向深度變化較大，基坑深度約6.6～16.65m。與車站連接部位的連接通道基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用800mm厚地下連續(xù)墻，連續(xù)墻深31～33m。與既有地下過街通道連接部位的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用φ850mm@600mm工法樁，深度約16.5m。根據(jù)開挖深度變化，沿基坑豎向設(shè)置2～4道支撐，其中第1道采用混凝土支撐，其余采用φ609mm鋼支撐。連接通道1基坑圍護(hù)剖面如圖10所示。

圖10 連接通道2基坑剖面

兩個(gè)連接通道均采用明挖順作法施工，基坑開挖完成后施工連接通道結(jié)構(gòu)，與既有過街通道接口位置留設(shè)后澆帶?？紤]兩者結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生不均勻沉降，新建連接通道在靠近既有過街通道處設(shè)置1道變形縫。在施工過程中，既有過街通道內(nèi)局部設(shè)置2.0m寬圍擋，保持了通道內(nèi)的正常通行，避免了對(duì)地面交通的改造和影響。

在兩個(gè)連接通道基坑開挖施工完成后，兩條盾構(gòu)隧道在既有地下通道下方順利穿越，既有地下通道的變形控制在4mm以內(nèi)，滿足設(shè)計(jì)的10mm變形保護(hù)要求。

6 結(jié)語

在寧波市軌道交通1號(hào)線建設(shè)過程中，規(guī)劃設(shè)計(jì)階段就重點(diǎn)研究對(duì)中心城區(qū)既有地下過街通道的綜合利用。通過對(duì)既有地下通道結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)估分析，采取針對(duì)性的結(jié)構(gòu)加固改造方案等，在保證地下過街通道通行的情況下順利完成了與地鐵車站的連接。本工程為寧波軟土地區(qū)第1個(gè)既有地下過街通道與地鐵車站連接的成功案例，取得了較好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，為后續(xù)類似工程建設(shè)積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。