隧道預留超近距離地鐵盾構穿越條件研究

高衛平

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海200092）

1 工程概述

上海市迎賓三路隧道是上海虹橋樞紐對外輔助通道，樞紐及其以東周邊地區和中心城之間的客運專用通道，隧道段布置雙向4車道機動車專用。隧道西起虹橋綜合交通樞紐的規劃迎賓三路，穿越虹橋機場向東延伸，與東側的現有迎賓三路相接。

該隧道工程西側矩形箱涵位于七莘路以西，規劃迎賓三路南側，為地下兩層箱型結構，采用明挖順做法施工。交匯段地鐵17號線迎賓三路站-滬青平站區間為雙線單圓盾構隧道，外徑6.2 m。地鐵區間以盾構形式下穿迎賓三路隧道矩形箱涵段，盾構距箱涵底板最近處僅2.5 m，如此超近距離預留盾構下穿在類似工程建設中較為罕見。

交叉段平面布置見圖1所示。

圖1 地鐵17號線與迎賓三路隧道平面關系圖

2 工程地質條件

擬建場地為古河道沉積區，自上而下可分為八個大層，11亞層及1個夾層。其中①層為近代人工堆填，②～⑤層為第四紀全新世Q4沉積層，⑥～⑧層為第四紀上更新世Q3沉積層。

迎賓三路隧道底板落于④t層灰色砂質粉土，地鐵17號線區間穿越土層為⑤層灰色粉質粘土。

地下水由淺部土層中的潛水及賦存于④t層的微承壓水、賦存于⑤4-2、⑦2層及⑧2層中的承壓水組成。根據地質報告，設計時地下水潛水水位按上海市年平均水位埋深0.5 m采用。④t層微承壓水水位埋深4.10～5.83 m，⑦2層承壓水水位埋深5.93～8.21 m,局部區域⑤4-2、⑦2及⑦2層連通。

土層參數見表1所列。

表1 場地土層參數表

3 預留超近距離盾構穿越節點研究

根據線路總體布置，規劃軌道交通17號線在迎賓三路隧道XK0+416.400～XK0+392.700之間，采用兩根單圓盾構穿越，且兩者凈距較小,最近處僅2.5 m。該范圍內隧道的基坑深16～17.2 m，屬軟土地區深基坑，一般采取地下連續墻圍護。隧道施工須考慮后期實施規劃軌道交通17號線盾構順利穿越條件，同時確保該隧道基坑開挖及后期結構的安全。

3.1 基坑支護方案確定

3.1.1 方案一：該范圍隧道主線仍采用地下連續墻施工

隧道主線采用1 m厚地下連續墻圍護，盾構施工須穿越與之相交的地連墻，該段地連墻在迎賓三路隧道底板以下盾構穿越范圍采用C15混凝土及玻璃纖維筋。后期盾構機推進時可直接切割纖維筋混凝土。該方案為以往類似工程較常規的預留方式，如軌道交通4號線宜山路站基坑和復興東路隧道浦西暗埋段基坑等。

3.1.2 方案二：該范圍隧道主線圍護采用地下連續墻和SMW工法相結合

采用1 m厚超短地下連續墻作為基坑的第一道圍護，17號線影響范圍內的地墻插入深度至迎賓三路隧道底板下1.5 m，確保距17號線盾構凈距不小于1.0 m。在17號線影響范圍內的地墻外設置另一道Φ1000SMW工法圍護，并在該節段主體結構施工完成后，拔除工法樁中的內插型鋼。該預留方案類似工程實例較少，僅外灘通道與地鐵12號線預留中，采用類似圍護結構形式，但其穿越豎向距離約5～6 m，坑底以下墻體長度有4～5 m，插入比約0.25，且在坑底以下設置了橫向短地下墻。與外灘通道相比，該工程預留盾構穿越豎向距離更近，僅約2.5 m，坑底短墻插入比只有0.1，且取消了坑底橫向短地下墻，支撐條件更為苛刻，基坑開挖設計及實施難度更大。

3.1.3 方案比選

方案一優點在于可加快該隧道施工，且施工風險小，但將風險留給后期地鐵盾構施工。而且針對該工程超近距離穿越的特殊工況，其主要不利因素還有：（1）盾構機雖然可以直接切割纖維筋和低強度混凝土，但如此超近距離的穿越，切削后形成的加筋混凝土殘留碎塊容易擠壓隧道底板，于底板安全穩定不利。（2）盾構穿越加筋混凝土障礙推進，其土體損失及變形較難控制。（3）后期盾構穿越時，一旦出現盾構機切削故障，將對已運營隧道帶來較大風險。

方案二的優點：有效地避免了盾構機直接切削地下連續墻，降低了17號線后期建設的風險和施工難度，同時也減少了17號線施工的工期和造價；盾構的在無障礙的條件下穿越，對隧道的不利影響小；綜合風險較小。不足之處在于該項施工需采取必要技術措施確保基坑施工安全。

經過對穿越段結構方案深入比較及分析研究，充分考慮地鐵17號線和該工程的綜合風險，確定采用方案二。

3.2 基坑支護設計

3.2.1 圍護結構形式

基坑采用1m厚超短地下連續墻+Φ1000SMW工法樁組合圍護，SMW工法圍護與地墻之間預留30 cm的施工間隙，并對該間隙采用高壓旋噴樁加固。

為控制地下連續墻墻趾與盾構凈距≥1 m，坑底以下墻體長度最短僅1.1m，插入比僅約0.1左右。Φ1000SMW工法墻趾土層為⑤3-1層粉質粘土夾粉砂，插入比為0.88。

3.2.2 格構柱設置及支撐布置

基坑支撐豎向共設四道支撐，為增加基坑圍護整體穩定性，首道及第三道支撐均采用混凝土支撐。考慮格構柱樁基要避讓17號線盾構區間，并預留相應的凈距，混凝土支撐水平間距均約14 m，對該區段混凝土支撐設置琵琶撐，琵琶撐水平間距約7 m。第二、第四道支撐為直徑609 mm，壁厚16 mm鋼管，水平間距約3.5 m。

3.2.3 坑底加固

為保證今后地鐵盾構區間的順利穿越并保證該隧道結構的安全，在基坑坑底采用1.5 m厚的滿堂旋噴加固，加固體與規劃軌道交通17號線區間正線凈距不小于1.0 m。

基坑支撐平面布置見圖2所示，基坑圍護橫斷面見圖3所示。

圖2 基坑支撐平面布置圖（單位：mm）

3.2.4 分析計算

根據上海市工程建設規范《基坑工程技術規范》（DG/TJ08-61-2010），綜合考慮周邊環境條件，確定基坑保護等級為二級，基坑圍護最大水平位移≤0.3%H（H為基坑開挖深度）。基坑須達到的穩定要求及其設計計算結果見表2所列。

圖3 基坑圍護橫斷面圖（單位：mm）

經過對超短地墻及SMW工法樁復合支護體系分析及計算，綜合考慮周邊環境條件，超短地墻與SMW工法樁相結合滿足基坑穩定性及變形要求，設計方案安全可行。

3.3 相關措施

3.3.1 設置變形縫

表2 基坑穩定性計算結果一覽表

隧道結構變形縫設置時充分考慮了地鐵17號線穿越的因素，盡可能使盾構穿越段位于同一結構段內，以利于隧道結構適應后期盾構機穿越施工時縱向不均勻沉降，控制影響范圍。

3.3.2 隧道底板預留注漿孔措施

考慮17號線盾構推進對已建隧道的影響，在盾構施工影響范圍內，迎賓三路隧道結構底板上預留注漿孔,為后續措施的實施預留條件。后期17號線盾構下穿推進時，對迎賓三路隧道加強監測，一旦隧道底板結構變形增大，可以及時打開底板上的注漿孔，進行注漿補強，確保隧道結構安全。

4 結語

迎賓三路隧道土建結構已于2011年3月基本施工完成。施工實踐進一步證明設計方案安全可行，對今后類似工程具有一定參考價值。

[1]DGJ08-11-2010,上海地基基礎設計規范[S].

[2]DGJ08-61-2010，上海基坑工程技術規范[S].

[3]陳鴻，馮云，季應偉.預留盾構穿越超短地下墻工法樁的圍護結構[J].中國市政工程，2010，（增刊）