明挖基坑對(duì)地鐵盾構(gòu)隧道影響的風(fēng)險(xiǎn)分析與控制

楊仕彬

中鐵十四局集團(tuán)有限公司 山東 濟(jì)南 310051

引言

伴隨著我國(guó)城市交通建設(shè)進(jìn)一步發(fā)展，新建隧道線路穿越城市項(xiàng)目存在環(huán)境復(fù)雜，施工難度大等問(wèn)題，需要對(duì)既有線路進(jìn)行勘察，做好選線，圍繞復(fù)雜環(huán)境開挖以及維護(hù)結(jié)構(gòu)安全保障的技術(shù)，本文對(duì)上跨既有地鐵隧道沉降控制技術(shù)進(jìn)行分析，提出施工過(guò)程中需要注意的事項(xiàng)，以期能夠推動(dòng)類似施工技術(shù)提高，為隧道工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全，控制好隧道開挖和既有線的施工提供參考。

1 上跨地鐵隧道基坑工程概況

1.1 項(xiàng)目基本情況

艮山東路過(guò)江隧道工程隧道在YK0+674～YK0+736上跨地鐵1號(hào)線云水站～下沙江濱站區(qū)間隧道。該段隧道采用明挖法施工，基坑深度9.6m～9.8m，基坑寬度47.9m，基坑底部距離隧道約5.2～5.3m，主線隧道上方基坑（YK0+674～YK0+736）圍護(hù)采用MJS+800mm鉆孔灌注樁結(jié)合1道鋼筋混凝土支撐+1道800mm鋼支撐的圍護(hù)型式，開挖范圍內(nèi)地基強(qiáng)加固（MJS滿堂加固）豎向高程范圍-3.8m～-8.8m/-20.2m；主線隧道西側(cè)旁側(cè)基坑（YK0+674～YK0+736）采用 800mm 地下連續(xù)墻結(jié)合1道混凝土支撐+1道鋼支撐的圍護(hù)型式；主線隧道東側(cè)旁側(cè)基坑（YK0+674～YK0+736）采用800mm地下連續(xù)墻結(jié)合1道混凝土支撐+2道鋼支撐+1道鋼支撐換撐的圍護(hù)型式。主線隧道交叉段圍護(hù)結(jié)構(gòu)平面布置如圖1所示。

圖1 主線隧道交叉段圍護(hù)結(jié)構(gòu)平面布置圖

1.2 水文地質(zhì)情況

基坑開挖范圍內(nèi)主要以①1雜填土、①2素填土、②4砂質(zhì)粉土、②41砂質(zhì)粉土、②42砂質(zhì)粉土夾粉砂為主，坑底位于②42砂質(zhì)粉土夾粉砂層[1]。地質(zhì)情況。

1.3 地鐵加強(qiáng)保護(hù)措施

1.3.1 分坑措施?；硬捎梅挚臃謮K開挖，基坑分為12個(gè)小基坑。減小大面積開挖對(duì)地鐵隧道的影響。

1.3.2 地基加固。上方基坑坑底土體進(jìn)行MJS加固處理（滿堂加固）豎向高程范圍-3.8m～-7.7m/-20.2m。

1.3.3 門式框架體系。隧道兩側(cè)及隧道中間設(shè)置MJS加固+圍護(hù)樁形成門式框架結(jié)構(gòu)抑制隧道變形。

2 基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)方案的風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)

工程為正在運(yùn)營(yíng)地鐵盾構(gòu)隧道的上方基坑，基坑坑底與盾構(gòu)隧道頂?shù)呢Q向凈距小。上方基坑土方卸載引起的坑底土體隆起變形，將一定程度地影響下方盾構(gòu)隧道的變形。

基于已運(yùn)營(yíng)盾構(gòu)隧道的上方大面積土體加固方案，存在實(shí)施過(guò)程中土體擾動(dòng)大，間接導(dǎo)致盾構(gòu)隧道變形的風(fēng)險(xiǎn)。

隧道上方大面積MJS樁施工過(guò)程中，隧道管片由于上覆土壓力增加，會(huì)導(dǎo)致隧道沉降，且收斂變形增加。

設(shè)計(jì)方案圍護(hù)樁距離盾構(gòu)隧道豎向凈距約1.3m，隧道上方MJS攪拌樁距離盾構(gòu)隧道最小豎向凈距約0.8m，施工中存在打穿盾構(gòu)隧道的風(fēng)險(xiǎn)。

設(shè)計(jì)方案隧道兩側(cè)樁基距離盾構(gòu)隧道最小平面凈距約2.5m，圍護(hù)樁施工過(guò)程中易產(chǎn)生隧道較大變形。

基坑內(nèi)設(shè)置多排分坑樁，樁頂同支撐頂，且設(shè)計(jì)要求結(jié)構(gòu)完成后方可拆除樁基，由于樁基較密，可能導(dǎo)致施工進(jìn)度緩慢，暴露時(shí)間長(zhǎng)。

較多的分坑、基坑面積小，為保護(hù)盾構(gòu)隧道，工況要求細(xì)致且必須連續(xù)，而現(xiàn)場(chǎng)情況多變，可能出現(xiàn)實(shí)際工況未達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

基坑位于粉砂土地區(qū)，地連墻與圍護(hù)樁交界處易產(chǎn)生滲漏水點(diǎn)，可能引起基坑漏水風(fēng)險(xiǎn)。

坑底滿堂加固可以增強(qiáng)坑底土體的剛度，抵抗上方卸載后土體自身的卸載變形。然而坑外、坑外降水控制不當(dāng)，易引起坑底隆起、涌水風(fēng)險(xiǎn)。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)與盾構(gòu)隧道相交位置，圍護(hù)樁樁長(zhǎng)短。插入深度不足，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及坑內(nèi)外不同水頭作用下的抗?jié)B透穩(wěn)定性需可靠[2]。

3 基坑圍護(hù)施工的風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)

3.1 地基加固的施工風(fēng)險(xiǎn)

MJS地基加固是控制盾構(gòu)隧道隆起變形的重要手段。一旦施工速度過(guò)快，根據(jù)類似項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，可能導(dǎo)致隧道產(chǎn)生較大的沉降，甚至管片結(jié)構(gòu)破壞；同時(shí)加固是在盾構(gòu)隧道上方進(jìn)行，若加固樁與隧道的相對(duì)空間關(guān)系控制不當(dāng)，樁機(jī)可能直接對(duì)管片產(chǎn)生損害[3]。

3.2 圍護(hù)樁施工風(fēng)險(xiǎn)

圍護(hù)樁屬于受力構(gòu)件。圍護(hù)樁質(zhì)量存在缺陷，將產(chǎn)生受力問(wèn)題，危及基坑自身的穩(wěn)定和安全。周邊存在地鐵設(shè)施時(shí)，必須確保圍護(hù)樁的質(zhì)量。

3.3 地下墻或圍護(hù)樁間漏水、涌砂的施工風(fēng)險(xiǎn)

地連墻施工過(guò)程中由于沉渣過(guò)厚，在混凝土澆筑時(shí)，部分沉渣被混凝土的流動(dòng)推擠到墻段接頭處和注漿導(dǎo)管之間，致混凝土內(nèi)夾層滲水、澆筑混凝土?xí)r出現(xiàn)離析現(xiàn)象或者有空洞等現(xiàn)象產(chǎn)生時(shí)，地下墻或圍護(hù)樁間可能產(chǎn)生漏水、涌砂現(xiàn)象。周邊環(huán)境因水土流失帶來(lái)的沉降等變形巨大。嚴(yán)重時(shí)將產(chǎn)生重大的經(jīng)濟(jì)損失和巨大的風(fēng)險(xiǎn)[4]。

3.4 坑底土體未能有效滿堂加固的風(fēng)險(xiǎn)

本項(xiàng)目位于圍護(hù)結(jié)構(gòu)與盾構(gòu)隧道相交位置，圍護(hù)樁樁長(zhǎng)短。插入深度不足，坑外不設(shè)置降水井，當(dāng)坑底土體未能有效滿堂加固時(shí)，坑底存在抗?jié)B透穩(wěn)定性問(wèn)題。

3.5 未按設(shè)計(jì)及方案要求進(jìn)行挖土

本項(xiàng)目地基土性質(zhì)相對(duì)較好，基坑平面面積很小，支撐間距較密，挖土施工困難，超挖的可能性較大。而為保證地鐵結(jié)構(gòu)安全，軌道交通保護(hù)區(qū)內(nèi)的土方必須嚴(yán)格按照“先撐后挖”和“分層分塊”的原則[5]。

4 基坑工程風(fēng)險(xiǎn)控制

施工前加強(qiáng)對(duì)設(shè)計(jì)選用基礎(chǔ)資料的復(fù)核、審查，避免選用基礎(chǔ)資料的失誤。如應(yīng)進(jìn)一步復(fù)核開挖范圍內(nèi)地鐵隧道標(biāo)高，復(fù)核圍護(hù)樁及攪拌樁距離盾構(gòu)隧道頂?shù)膬艟嗟取?/p>

進(jìn)一步細(xì)化基坑圍護(hù)施工、基坑開挖方案，降低可能影響盾構(gòu)隧道變形控制的施工風(fēng)險(xiǎn)。如細(xì)化土層分區(qū)分塊開挖圖等[6]。

嚴(yán)格施工管理程序和制度，從源頭管控圍護(hù)樁、止水帷幕、拆撐等的施工質(zhì)量，嚴(yán)格控制土方開挖高度和范圍，降低MJS加固樁施工対隧道的影響。

基坑開挖前應(yīng)開展降水試驗(yàn)，檢驗(yàn)止水帷幕及坑底滿堂加固質(zhì)量；基坑開挖過(guò)程中應(yīng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)隧道變形及坑內(nèi)外水位變化，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，進(jìn)行降水動(dòng)態(tài)管理。

建立監(jiān)測(cè)信息的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在第一時(shí)間到達(dá)相關(guān)各方，便于相關(guān)各方根據(jù)監(jiān)測(cè)信息，結(jié)合工地現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際變化狀態(tài)，調(diào)整設(shè)計(jì)和施工措施，真正實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)施工等[7]。

5 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于新建明挖隧道上跨既有地鐵區(qū)間工程，在主體隧道施工實(shí)施前，對(duì)設(shè)計(jì)方案和施工過(guò)程的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行辨識(shí)和分析，提出科學(xué)的控制和防范意見(jiàn)和預(yù)控，以降低風(fēng)險(xiǎn)帶來(lái)的損失，對(duì)保護(hù)運(yùn)營(yíng)地鐵隧道安全具有重大的意義。在開挖前加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)的分析和預(yù)控也是整個(gè)明挖基坑上跨地鐵隧道能否成功的有力保證。

建議在上跨既有隧道明挖基坑施工前，深入研究國(guó)家行業(yè)、地方規(guī)定以及地鐵集團(tuán)關(guān)于既有運(yùn)營(yíng)地鐵線路的保護(hù)規(guī)定，落實(shí)設(shè)計(jì)方案和施工方案評(píng)審，嚴(yán)格進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和相關(guān)施工手續(xù)的辦理，優(yōu)化設(shè)計(jì)和施工方案，加強(qiáng)施工過(guò)程中基坑和運(yùn)營(yíng)地鐵線路的監(jiān)測(cè)，做好應(yīng)急物資、應(yīng)急演練等應(yīng)急管理措施，最大限度減弱上跨地鐵隧道基坑施工對(duì)既有盾構(gòu)隧道的影響，確保運(yùn)營(yíng)既有地鐵線路和明挖基坑的雙安全。