軟土地層盾構近距離穿越施工中的大型地下空間工程實踐

石 雷 何 山

(寧波市軌道交通集團有限公司,315101,寧波∥第一作者，高級工程師)

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軟土地層盾構近距離穿越施工中的大型地下空間工程實踐

石 雷 何 山

(寧波市軌道交通集團有限公司,315101,寧波∥第一作者，高級工程師)

根據軟土地層盾構近距離穿越大型地下空間結構(鐵路寧波站南廣場及配套工程)的工程實例,介紹了為保護交叉施工的地下空間結構而采取的必要安全措施,并通過施工全過程的信息化監控量測結果來驗證其可行性,為地下空間的立體開發設計和施工提供了實踐案例。

軟土地層; 盾構施工; 近距離穿越; 信息化施工

Author′s address Ningbo Rail Transit Group Co.,Ltd.,315101,Ningbo,China

1 工程概況

1.1工程位置

寧波市鐵路寧波站南廣場及配套工程,位于西至蒼松路、東至三支街、南至甬水橋路、北至寧波站所圍合的區域。建筑面積約36 000 m2,開挖深度約4.50 m,為地下一層結構。其中，南廣場地下空間屬于鐵路站房的配套社會車、出租車車場部分。與之相鄰的永達路下立交隧道下穿南廣場地下空間,為廣場東西向過境車輛的快速通道,全長748.09 m,寬22.5～23.3 m,開挖深度0～15.57 m。南廣場地下空間東區部分為地下兩層,其余部分為地下一層。具體平面布置如圖1所示。

圖1中，南北走向的雙線線路為寧波地鐵2號線環城西路站至鐵路寧波站站區間盾構隧道。該隧道從南廣場地下空間和永達路下立交隧道下方穿越。盾構頂部距南廣場地下空間結構底板9.6 m,距永達路下立交隧道底板3.7 m,其空間位置關系如圖2所示。

圖1 寧波市鐵路寧波站南廣場及配套工程平面位置示意圖

圖2 寧波地鐵2號線下穿永達路下立交隧道剖面位置關系圖

1.2 水文地質

本工程項目位于寧波斷陷向斜盆地中部,地形平坦開闊,地貌類型單一,屬第四系沖積平原、屬于典型的軟土地區。基坑開挖影響范圍內廣泛分布著具有壓縮性高、強度低、靈敏度高、流變觸變性大、透水性低的厚層狀淤泥質黏土層,中間有粉性土層或粉砂層,屬于軟弱圍巖地區。各地層的巖性、沉積年代、成因、狀態及物理力學性質存在差異。自上至下的地層具體情況見表1。

地表水主要有護城河和祖關河。兩河道是場地內地表雨水向外排泄的重要通道,且與場地淺部的潛水有著較密切的水力聯系。潛水主要存在于淺部黏性土、粉性土中,地下水位隨降雨、潮汛影響略有變化。潛水位埋深一般為0.9～1.2 m,標高為2.10 m左右。微承壓水主要在③1層粉質黏土層,對基坑開挖存在一定的不利影響。承壓水賦存于⑧1層粉砂層中,其含水層頂埋深一般為48.0～55.0 m左右,含水層厚10.0～18.0 m,承壓水位埋深4.5～5.5 m。

1.3 工程特點

此工程如先完成盾構區間再開挖南廣場地下空間結構，則易引起盾構區間上浮破壞；但若等全部地下空間施工完成再穿越盾構，則會大大延后寧波地鐵2號線的通車時間。所以，要首先盡快完成南廣場Ⅲ-1區的底板結構,再立即施作寧波地鐵2號線盾構穿越地下空間結構。此施工階段臨近春節,勞力短缺,使工期十分緊張。

表1 工程地質情況表

工程的基坑開挖及盾構穿越均在軟土中進行。周邊管線眾多,包括給水管、燃氣管、電力管線、電信管線等。該工程東鄰某小區高層建筑,且距圍護結構僅15 m,故對基坑周邊地表沉降、側向位移、揚塵控制、噪聲控制等的要求極高。此外，本工程周邊施工項目較多,南鄰甬水橋路施工工程,北靠鐵路站房工地,西邊是蒼松路下穿隧道工地。項目地處市中心,其場地有限,與周邊單位的場地協調及銜接較多,其材料進場、渣土外運等運輸工作對整體進度影響很大。

2 盾構穿越施工安全保障措施

為確保盾構穿越南廣場地下空間及下立交隧道期間不影響工程質量及進度,將盾構穿越區域約100 m長范圍分成Ⅲ-1a區和Ⅲ-1b區兩個獨立施工區域。先施工底板及部分中板,待盾構施工完后,再進行立柱及頂板施工。施工時要做好盾構穿越過程中結構變形的監控量測工作。區域劃分如圖3所示。

Ⅲ-1a區基坑開挖深度為4.65 m,結構底板底與盾構頂部距離為9.6 m。Ⅲ-1b區基坑開挖深度為10.4 m,結構底板底與盾構頂部距離僅為 3.7 m。盾構穿越時應采取相應的施工安全保障措施。

(1) 先行施工穿越影響區的圍護結構。根據施工區域劃分(見圖3),先進行盾構影響區域的Ⅲ-1a區和Ⅲ-1b區的圍護樁基、止水和坑內加固施工。優化后的施工工藝流程為:場地平整→圍護樁、重力壩、工程樁→坑內加固→降水施工→冠梁施工→土方開挖→墊層防水施工→底板、下翻梁施工(預埋泄壓孔)→砂包堆載→盾構穿越→砂包卸載→柱、頂板結構施工→外包防水、保護層施工。

(2)盾構穿越區坑底加固。由于Ⅲ-1b區結構底板底距盾構僅有3.7 m,故為保證基坑穩定和已完成結構穩定,在影響段以下用三軸攪拌樁坑內加固。三軸攪拌樁樁徑為850 mm,樁心距為600 mm,搭接250 mm,加固深度為墊層底下13 m，如圖2所示。

(3) 盾構穿越區域采用SMW(勁性水泥土墻)工法。Ⅲ-1a區和Ⅲ-1b區底板有高差,故相接普通區域采用鉆孔灌注樁加三軸攪拌樁止水,盾構穿越區域采用SMW工法樁施工,角落采用高壓旋噴樁止水(如圖4所示)。

(4)盡量防止坑底土擾動。Ⅲ-1a區基坑開挖根據施工圖設計的膨脹加強帶位置分塊施工;基坑開挖采用分層放坡開挖的型式,每層開挖深度控制在2～3 m,土方縱向放坡坡度為1∶3,Ⅲ-1b區基坑根據施工圖設計的變形縫、施工縫及后膨脹加強帶位置分段施工。基坑平面開挖順序為從Ⅲ-1b區中心往兩側開挖；Ⅲ-1b區施工結束后根據現場施工條件繼續往兩側開挖。開挖、支撐施工遵循“分層、分塊、留土護壁,對稱、限時開挖支撐”的總原則,利用時空效應原理,減少基坑無支撐的暴露時間,嚴格控制基坑變形。機械挖土時,坑底保留一定厚度土層用人工挖除整平,防止坑底土擾動,確保盾構在原狀土層穿越。

(5)為提高底板整體剛度增加多道下翻梁。Ⅲ-1a區結構底板先于盾構穿越前完成。為加強盾構穿越期間已完成結構的剛度和整體穩定性,在Ⅲ-1a區盾構隧道影響段設有下翻梁(見圖5)。下翻梁寬1.6 m，其梁底比底板底低1.2 m,故基坑開挖時需掏槽開挖。同時,隧道影響段樁基及承臺相應調整,以不侵入盾構影響范圍為原則沿影響線布置。

圖3 盾構穿越區域劃分圖

圖4 Ⅲ-1a區與Ⅲ-1b區結構區相接段圍護平面示意圖

圖5 下翻梁布置圖

(6) 為控制穿越盾構前倉土壓力應預先設置泄壓孔。在Ⅲ-1a區與Ⅲ-1b區施工時,應在盾構正上方預留泄壓注漿孔,以避免盾構施工對底板結構的不利影響。泄壓注漿孔采用外徑為325 mm、壁厚 11 mm的無縫鋼管。沿盾構穿越線均勻布置三排泄壓注漿孔,其豎向間距為 5 m,橫向間距為 1.5 m,且中間一排與盾構中心線對齊。泄壓注漿孔先用木塞棉絮塞緊;當盾構推進至此時及時取出塞子；當盾構推過后，根據盾構、底板變形沉降情況,在必要時進行注漿；待盾構及地下空間結構沉降穩定后，用C35素混凝土填實，并采用10 mm厚鋼板焊牢封堵密實,以確保底板不滲漏。泄壓注漿孔細部構造如圖6所示。

(7) 為確保穿越盾構的頂部覆土壓力平衡，采取沙包堆載。盾構穿越前需在影響段的底板上鋪設1.5 m厚砂包。砂包需待寧波地鐵2號線盾構施工完畢后方可分級卸載。

圖6 泄壓孔細部構造圖

3 信息化施工管理控制

3.1 監測內容

項目監測主要內容包括基坑周邊地表沉降剖面監測,圍護結構頂部變形監測,圍護結構側向位移監測,支撐軸力監測,坑底土體回彈監測,坑內外潛水、承壓水水位監測,沉降周邊管線及建筑物變形監測等。盾構推進期間以底板沉降監測內容。以底板特征點SD2為例，其沉降監測結果如圖7所示。

3.2 測點沉降檢測沉降

由圖7可見，盾構推進前，底板觀測點沉降較小,最大土抬量為0.57 mm。盾構推進時,測點呈上抬趨勢,最大上抬量為1.02 mm。盾構推進后，測點呈下沉趨勢,最大下沉量為-1.01 mm;最終測點SD2的沉降量為-0.90 mm。

從整個掘進過程中測點的變化情況可以看出,盾構推進期間對基坑底板的影響較小,數據均在可控范圍內。

圖7 盾構推進期間底板特征點SD2沉降監測

4 結語

鐵路寧波站及南廣場地下空間、下穿城市快速通道、寧波地鐵2號線等綜合立體建設項目,通過科學的立體交叉施工組織可縮短建設時間和降低成本保障工程安全。依據嚴密的監控量測信息化風險管理,也是驗證設計、施工方案可行性的重要手段。本工程作為在沿海地區軟土區域內的城市軌道交通盾構近距離穿越施工中的大型地下空間的成功案例，也為其他城市立體綜合體項目建設提供了借鑒。

[1] 中國建筑科學研究院.建筑地基處理技術規范 :JGJ 79-1991 [M].北京:中國計劃出版社,1992.

[2] 龔曉南，復合地基[M].杭州:浙江大學出版社,1992.

[3] 國家質量技術監督局，建設部.地下鐵道工程施工及驗收規范：GB 50299—1999[S].北京：中國計劃出版社，1999.

[4] 劉牧宇.淺埋暗挖法施工中的沉降控制[J].鐵道建設,2003(9)：24.

[5] 吳全立,耿偉.淺埋暗挖隧道穿越名木古樹保護方案的研究[J].地下空間與工程學報 2005(5)754.

[6] 郭士朋,何山.隧道工程聯絡通道施工信息化管控[J].建筑安全，2014(11)：15.

Engineering Practice of Large Underground Space Crossed by Short Distance Soft Soil Shield

SHI Lei, HE Shan

Based on an example of soft soil shield crossing the large underground space (the South Ningbo Railway Station Square and auxiliary projects) within short distance, the necessary safety measures to protect the underground structure in crossing construction are introduced. Through information monitoring and control in the whole construction process, the adopted measures are verified, which provide practical examples for the vertical design and construction of underground space.

soft soil; metro shield; short distance crossing; information construction

U 455.43

10.16037/j.1007-869x.2016.06.022

2014-10-27)