淺埋地鐵隧道上方的地下結構快速施工技術

上海建工集團股份有限公司總承包部 上海 200080

1 工程概況

上海靜安區大中里項目46#地塊面積約4 300 m2，其中深基礎范圍（A區）基坑開挖深度為3.95～4.55 m，面積約3 810 m2；淺基礎范圍（B區）基坑開挖深度為1.55 m，面積約350 m2，其中A區的底板施工為本文的論述依據（圖1）。

圖1 46#地塊平面示意

2 隧道變形情況及分析

盾構隧道上方基坑施工一方面造成隧道上方卸載，誘發隧道上隆，另一方面在基坑內外兩側沿隧道縱向、橫向形成偏壓，從而導致盾構結構發生不均勻變形。

（a）基坑開挖土體卸荷使地鐵隧道下部土體隆起，隧道隨之隆起；

（b）由于軟土特有的流變性，使得基坑開挖卸荷越快，基坑暴露時間越長，基坑的穩定性就越低，對基坑下部地鐵隧道的安全就越不利；

（c）基坑工程降水引起地下水位變化，地下水浮力隨之改變，這也會引起地鐵隧道隆起；

（d）基坑周邊地面道路行駛車輛的動載、場地施工機械和材料的靜載等，會增加基坑下方地鐵盾構隧道的隆起量。

46#地塊首層板早已澆筑完成，同時上部結構將于5月份封頂，這段時間里地鐵隧道的隆沉數據穩定，有一定的回落趨勢。

經過觀察分析，地鐵正上方每塊實際開挖時間對隆沉的影響并不大，由于施工要保證在23：00至次日6：00之間完成，所以每天的基坑裸露時間相差無幾，只有非地鐵正上方分塊開挖時基坑裸露時間較長，其施工最好不要幾個分塊連續進行，易產生隆起達到報警值的情況，影響地鐵隧道安全。

綜合以上分析，并且考慮46#地塊的實際情況，認為底板施工對隧道變形影響的主要原因有：

（a）基坑開挖引起土體卸載，從而導致隧道下方土體隆起，致使隧道隆起；

（b）土體一經開挖，隧道將產生持續變形；

（c）兩側土體的開挖施工會引起隧道隆起的加劇；

（d）基坑周邊所有對坑邊形成壓載的車輛或材料均會引起坑底隆起，從而導致隧道隆起變形；

（e）各分塊之間相互影響，最大隆起點隨著底板分塊施工的變化而變化，當底板形成整體后抵抗隆起能力變強。

3 施工技術措施[1-7]

3.1 土體加固

根據Winkler的理論，如果對基坑底部及隧道周邊土體進行加固，可以提高土體的抗剪強度指標，增大地基土的基床系數，進而減小隧道的變形。現場土體加固如圖2所示。

圖2 46#地塊剖面及土體加固示意

3.2 采用抗拔樁

在運營地鐵隧道兩側設置抗拔樁并使其與底板有效連接后，就相當于在地鐵隧道周圍加了一道保護箍，限制了隧道和周圍土體的變形。

本工程采用的SMW工法的深層攪拌樁對地鐵影響較小，并且土體加固也采用深層攪拌樁方法，便于統一施工。實際工程中，位于隧道上方的各分塊底板施工時，兩端須與工程樁連接，共同抵抗隧道的上浮，抗拔樁示意見圖2。

3.3 施工過程中對隧道變形全方位監控

除了上述措施外，對隧道全方位監控也是一個十分必要的施工技術措施。加強監控頻率，提高監控報警值要求，防患于未然，確保工程施工中地鐵結構的安全。確保地鐵結構設施絕對沉降量及水平位移量≤20 mm，隧道變形曲線的曲率半徑≥15 000 m，相對彎曲≤1/2 500。若檢測結果顯示變形過大，則應及時調整分塊大小，減小每次開挖的卸載量，確保地鐵設施的安全。

3.4 合理的分區分塊和施工順序

在底板施工過程中，分區分塊合理與否直接影響了開挖過程中坑底隆起的程度，分塊過大過寬，易導致每次開挖隆起過大，分塊過小，又會拖延工期。此外，施工順序也對底板施工過程中坑底隆起變形產生一定的影響，從一頭直接按分塊開挖到另一頭，這種做法如不壓載會導致坑底中心變形隆起過大，從最簡單的縱斷面考慮，單位均布荷載下，跨中撓度隨著跨度的增加而增大。本工程中46#地塊開挖和底板施工過程中，每1 個小分塊都是在經過計算保證每次隆沉大小的前提下進行設計的，同時施工順序也是經過理論分析后進行安排的。

4 經驗與總結

大中里項目46#地塊現底板施工完成，至今為止，施工單位通過調整施工方案、控制開挖挖土時間、縮短放鋼筋籠時間與加強各環節的銜接性，盡可能提早了澆筑底板混凝土的時間，有效控制了隧道的隆沉和變形，保證了地鐵隧道的累積隆沉值和收斂變形大小滿足相關要求。

在底板施工過程中，有以下幾個經驗：

（a）建設單位、設計單位和施工單位必須要深刻認識和充分重視工程的風險性，以此來保證施工安全和地鐵運營安全；

（b）上海軟土的特性導致基坑暴露時間越長，底板施工過程對隧道的隆沉和變形影響就越大；

（c）對隧道上方即將施工的土體進行全面加固，并對隧道周邊采用門式加固，此外采用抗拔樁設計，這是控制隧道隆起的一種較為有效并極為重要的手段；

（d）嚴格控制單塊土體的施工時間是十分重要的，但也要盡可能的縮短整個工程的施工工期。盡管在施工過程中各施工工序之間的搭接良好，縮短了單塊的施工時間，控制了隧道隆起變形，但數據監測表明，一旦開挖土體，縱然底板施工完畢，隧道也將隨之產生持續變形，因此，在條件許可的情況下，盡量保證連續高速施工；

（e）不同塊體施工會引起相鄰塊體下方隧道的持續隆起變形，隧道變形持續到結構完成后相當長一段時間；

（f）隧道兩側土體的開挖施工會加劇隧道的隆起，因此，非隧道正上方土方開挖及結構施工也應盡可能縮短時間；

（g）利用自動化即時監測系統掌握隧道變形情況，對監控施工過程、保證地鐵運營安全十分重要。

綜上所述，類似工程必須保證有絕對認真負責的全過程監控，時刻了解地鐵隧道的變形情況，知己知彼，嚴格控制加固土質量，底板施工嚴格控制施工時間，只有這樣，才能保證施工和地鐵運營的安全。