攪拌樁地基加固施工對(duì)下方地鐵隧道的影響及應(yīng)對(duì)措施

謝章建

（廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，廣東 廣州 510010）

0 引言

在當(dāng)前城市建設(shè)過(guò)程中，基坑上跨運(yùn)營(yíng)地鐵隧道的工程越來(lái)越多。為控制基坑開(kāi)挖對(duì)下方既有地鐵線路的不利影響，可在基坑內(nèi)采取攪拌樁加固措施以加強(qiáng)對(duì)基坑下方地鐵隧道結(jié)構(gòu)的變形控制。軟土區(qū)域攪拌樁施工本身又會(huì)對(duì)周圍土體造成不利擾動(dòng)，進(jìn)而增大下方地鐵隧道變形的可能，甚至威脅地鐵安全運(yùn)行。為此，必須積極探索有效的施工方法，并確定對(duì)下方運(yùn)營(yíng)地鐵隧道影響最小的攪拌樁地基加固施工參數(shù)，以指導(dǎo)工程實(shí)踐。

1 工程概況

廈門(mén)馬鑾灣護(hù)岸工程場(chǎng)地紅線內(nèi)為正在運(yùn)營(yíng)的地鐵2號(hào)線，該地鐵線路和護(hù)岸工程垂直交叉，護(hù)岸工程基坑開(kāi)挖深度為6.5m。地鐵2號(hào)線隧頂埋深12.2m，基坑底與地鐵隧道頂部的距離為5.7m。為保證地鐵正常運(yùn)行，避免上方地基加固施工對(duì)地鐵運(yùn)行產(chǎn)生不利擾動(dòng)，地基加固施工期間地鐵隧道絕對(duì)位移最大值應(yīng)控制在10mm以內(nèi)，日變形量應(yīng)不超出0.5mm。本護(hù)岸工程施工場(chǎng)地內(nèi)土層為典型的軟弱土層，分布有以下幾種巖組：

（1）第四系松散巖類孔隙含水巖組：主要由上部人工填土層及第四系全新統(tǒng)或上更新統(tǒng)沖洪積的中粗砂組成，其中人工填土層主要分布于塘堤，該含水層中地下水屬上層滯水，滲透性較好，但富水性一般。

（2）砂層場(chǎng)地內(nèi)廣泛分布，含水層厚度為2～6m，地下水類型主要為承壓水，局部為潛水，是場(chǎng)區(qū)內(nèi)的主要含水層和強(qiáng)透水層，水量豐富。

（3）風(fēng)化殘積孔隙裂隙含水巖組：全線均有分布，巖性一般由砂質(zhì)黏性土或黏性土組成，厚度一般為8～20m，屬弱透水及弱含水層，富水性差。

（4）基巖構(gòu)造裂隙含水巖組：主要分布于下部巖體，巖性由凝灰熔巖或花崗巖組成，全～散體狀強(qiáng)風(fēng)化巖屬弱透水、弱含水層，富水性差。

本段地鐵隧道主要位于粉質(zhì)黏土、殘積砂質(zhì)黏性土及全風(fēng)化花崗巖地層范圍內(nèi)，上部分布有素填土、淤泥、砂層，土體物理力學(xué)屬性具體見(jiàn)表1。

2 攪拌樁地基施工

2.1 施工參數(shù)

該護(hù)岸工程基坑攪拌樁設(shè)計(jì)樁徑為600mm，使用強(qiáng)度等級(jí)32.5的普通硅酸鹽水泥材料，水泥摻量20%，設(shè)計(jì)水灰比為1.2，即攪拌土摻加水泥360kg/m3；設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)9.5m，噴漿攪拌過(guò)程中鉆頭升降速度在0.5m/min以內(nèi)，且鉆頭每旋轉(zhuǎn)1周實(shí)際升降距離為10～15mm；攪拌樁28d抗壓強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到1.5MPa。

2.2 對(duì)下方地鐵隧道的影響

根據(jù)類似工程施工經(jīng)驗(yàn)，攪拌樁地基加固施工過(guò)程中可能造成下方地鐵隧道的隆起，其施工對(duì)下方原土體結(jié)構(gòu)會(huì)造成一定程度的破壞，使原狀土失去自穩(wěn)性。地鐵隧道屬于密封結(jié)構(gòu)，在原狀土壓力、水浮力及隧道結(jié)構(gòu)自身重力等的共同作用下，處于應(yīng)力平衡狀態(tài)，但其上方攪拌樁地基加固施工會(huì)打破這種平衡，使下覆土體和隧道結(jié)構(gòu)應(yīng)力重新分布，進(jìn)而引發(fā)下方地鐵隧道不同程度的隆起。

3 施工工藝改進(jìn)

3.1 控制連續(xù)成樁數(shù)量

攪拌樁地基施工過(guò)程中間隔跳打，則土體變形的疊加效應(yīng)并不明顯，而當(dāng)施工間距減小后土體變形的疊加效應(yīng)就會(huì)更加顯現(xiàn)，增大土體變形。通過(guò)控制攪拌樁連續(xù)成樁數(shù)量，并待其施工中所產(chǎn)生的孔隙水壓力消散后再施作攪拌樁，能有效控制土體變形及地鐵隧道的隆起。分別在隧道兩側(cè)連續(xù)施作2根、3根、6根深層攪拌樁，隨著連續(xù)成樁量的增加，隧道隆起的最大值起初以較快速度增加，而當(dāng)連續(xù)成樁數(shù)量達(dá)到并超過(guò)3根時(shí)，隧道隆起的最大值增長(zhǎng)速度逐漸減緩。

對(duì)試驗(yàn)樁數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析，可得出攪拌樁連續(xù)成樁量和隧道最大隆起的函數(shù)關(guān)系[1]，可表示為：y=0.583-2.61e-1.11x?？梢?jiàn)，通過(guò)減少攪拌樁施工過(guò)程中每次連續(xù)成樁數(shù)量，并待打樁施工所產(chǎn)生的孔隙水壓力消散后再恢復(fù)施工可有效控制隧道隆起。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，本護(hù)岸工程攪拌樁施工過(guò)程中應(yīng)按照跳一打一的流程每次連續(xù)施工3根攪拌樁。

3.2 調(diào)整打樁次序

水泥土攪拌樁若在淤泥等透水性不良土層采用塊狀加固形式，則在樁連續(xù)密集施工的影響下，土體內(nèi)所產(chǎn)生的超靜孔隙水壓力不斷累積后必將產(chǎn)生擠土效應(yīng)。而當(dāng)施工停止后，隨著時(shí)間的推移，孔隙水壓力將持續(xù)消散，攪拌樁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也會(huì)不斷增強(qiáng)，原狀土變形將得到一定程度恢復(fù)?？梢?jiàn)，地鐵隧道上方攪拌樁施工時(shí)應(yīng)利用先打樁的遮攔作用，有效控制隧道隆起等不利影響。

對(duì)于該護(hù)岸工程而言，應(yīng)先進(jìn)行隧道兩側(cè)原狀土加固，再加固隧道上方。通過(guò)對(duì)大面積攪拌樁施工次序的優(yōu)化，充分利用先打樁隧道兩側(cè)的遮攔作用，將攪拌樁地基加固施工對(duì)下方地鐵隧道的不利影響降至最低。

3.3 嚴(yán)控漿液比重

通常情況下，水泥漿液比重越小，則水灰比越大，攪拌樁地基加固施工時(shí)需在地鐵隧道周圍同時(shí)注入大量水，這將增大隧道工后沉降和長(zhǎng)期流變效應(yīng)。漿液比重越大，雖然能抑制工后沉降和長(zhǎng)期流變，但水泥滲量多，加固施工成本較高，且不利于施工進(jìn)度控制。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，本護(hù)岸工程攪拌樁地基加固水泥漿液比重應(yīng)不小于1.5。

4 控制效果分析

為對(duì)以上改良措施效果進(jìn)行分析，通過(guò)設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)攪拌樁加固施工引起下方地鐵隧道縱向沉降情況進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。具體而言，該護(hù)岸工程攪拌樁地基加固施工過(guò)程中主要設(shè)置隧道沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)、收斂監(jiān)測(cè)點(diǎn)和自動(dòng)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

在攪拌樁基坑所對(duì)應(yīng)的隧道上、下行線各100m范圍內(nèi)按照5.0m間隔設(shè)置長(zhǎng)期沉降變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)，隧道上行線和下行線分別布置20個(gè)測(cè)點(diǎn)。在攪拌樁基坑所對(duì)應(yīng)的隧道上、下行線各100m范圍內(nèi)按10m間隔設(shè)置隧道收斂變形監(jiān)測(cè)斷面，上行線和下行線分別設(shè)置10環(huán)監(jiān)測(cè)斷面，并保證監(jiān)測(cè)斷面與所對(duì)應(yīng)的收斂監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于相同隧道環(huán)片。最后，在攪拌樁基坑所對(duì)應(yīng)的隧道上、下行線各100m范圍內(nèi)按照5m間隔安裝靜力水準(zhǔn)儀，上行線和下行線各安裝20只，靜力水準(zhǔn)儀也應(yīng)與所對(duì)應(yīng)的自動(dòng)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于相同隧道環(huán)片。

由攪拌樁施工影響下方地鐵隧道沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，最大沉降為-1.96mm且從變動(dòng)趨勢(shì)來(lái)看，隧道沉降量并非一直增大，而是呈上下起伏[2]變動(dòng)態(tài)勢(shì)。這也說(shuō)明采取工藝優(yōu)化措施后使下方地鐵隧道最大沉降顯著降低，攪拌樁地基加固施工所引起的土體擾動(dòng)對(duì)下方地鐵隧道的破壞影響減小。

對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，該地鐵隧道日沉降量絕對(duì)值在0.5mm以內(nèi)，累計(jì)沉降量在2.0mm以內(nèi)，滿足±10mm的隧道保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。隧道收斂監(jiān)測(cè)和自動(dòng)沉降監(jiān)測(cè)值很小，可忽略不計(jì)。以上結(jié)果均表明該護(hù)岸工程攪拌樁地基加固施工工藝優(yōu)化措施效果良好。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，攪拌樁地基加固施工過(guò)程中對(duì)運(yùn)營(yíng)中的下方地鐵隧道的不利影響主要表現(xiàn)在隧道隆起方面，連續(xù)成樁數(shù)量的增加使隧道隆起最大值先快速增大，而后增速減緩，連續(xù)成樁數(shù)量和隆起最大值之間呈冪函數(shù)關(guān)系；通過(guò)打樁次序和漿液比重優(yōu)化能取得較好的隧道最大沉降量控制效果；地鐵隧道加固后沉降量呈上下起伏變動(dòng)態(tài)勢(shì)與優(yōu)化后的施工措施密切相關(guān)，攪拌樁地基加固施工所引起的土體擾動(dòng)在工藝優(yōu)化后對(duì)下方地鐵隧道的破壞影響減小。