軟土地層深大基坑近接施工對盾構地鐵隧道的影響及控制

趙俊俠++劉新順

摘 要：地鐵周邊沿線開挖的熱度，導致近接施工對地鐵結構變形造成重大影響，目前地鐵沿線項目在設計、影響評估、施工中存在問題，導致地鐵結構存在重大的安全隱患。近接深大基坑各階段控制措施的有效實施，有效抑制地鐵變形控制。

關鍵詞：軟土地層 地鐵結構 深大基坑 基坑開挖 圍護結構降水 變形

中圖分類號：TU753 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）12（c）-0082-02

地鐵作為城市交通的重要一環，連接城市不同區域，改善城市交通環境，價值不斷凸顯，由此導致地鐵沿線的開發價值提升，工程項目沿地鐵沿線展開，大量的近接工程項目施工必然對地鐵結構造成重大影響，尤其是當地鐵盾構結構處于軟土地層，因軟土地層特性深大基坑的施工對地鐵結構的影響有可能導致破壞性的后果，由此導致惡劣的社會影響及重大的經濟損失，項目實施過程中應引起重視。

1 基坑施工對盾構隧道的影響

軟土地層的特點“三高三低”，即高含水量、高靈敏度、高壓縮性、低密度、低強度、低滲透性，具有較大的流變性，土層易受工程擾動，地層變形大小及持續時間對近接工程施工極為敏感。而地層變形又會對隧道結構產生不利影響，有可能使隧道結構產生較大變形，導致滲漏或襯砌結構和道面結構層開裂、結構承載能力下降。

筆者通過這幾年的地鐵保護工作，親歷了眾多因地鐵保護區內項目施工導致地鐵發生的重大隱患。在筆者所在城市，在地鐵沿線保護區90%以上的深大基坑施工對地鐵結構的影響超過控制標準（控制標準在項目申報時由地鐵公司依據項目影響評估結果及地鐵結構現狀確定，結構變形最大不超過±10 mm），個別項目，盾構隧道及車站變形甚至達到控制標準的幾倍，嚴重影響地鐵結構的服役狀態，對地鐵的結構安全及運營造成極大風險。

基坑施工導致變形的工序很多，影響變形較大的工序大致為圍護結構及樁基施工階段、基坑開挖階段（包括開挖降水）、基坑回筑支撐破除階段。各個工序對地鐵的影響原因在前人各種分析文章中已進行分析總結。筆者通過對所在地鐵保護區內項目影響變化數據統計分析可以看出，樁基（圍護階段）施工變形數據占數據變形總量的10%～20%，個別距離較近的可以達到25%。基坑開挖階段（開挖降水）變形數據占總變形量的40%～80%，基坑回筑階段變形數據占總變形量的10%～20%。軟土地層經擾動后，需進行較長時間的固結沉降，因此在基坑施工階段的影響存在滯后特性，在工序結束之后繼續發展，一般在變形工序完成的一周后數據方可逐漸穩定。

2 近接施工對盾構隧道變形控制存在的問題

2.1 基坑開挖的整體設計

基坑時空效應中的時間效應主要體現在基坑底下的地下墻被動區和地下墻底下的土體滑動面都會因坑底暴露時間過長而產生相當的流變位移，從而引起周圍地層的位移增大。在深大基坑施工過程中，普遍采用大開挖大降水施工，土方開挖時間及混凝土支撐施工時間均較長。如只是單純考慮基坑本體安全，利用基坑的時空效應理論，可以有效降低資源投入，提高工程的效費比。但部分項目在一層土方開挖完成至支撐成型至少需半個月，不少甚至需20天至一個月時間方可形成對撐，導致周圍土層位移持續增大，盾構變形無法得到有效抑制，基本超過控制標準。現在已有部分項目在設計之初考慮地鐵保護的需要，對基坑進行分解，采用盾構側小基坑先行施工的方案。工程實例發現，較小基坑的施工，短時間內支撐體系可以成型，對盾構變形的控制有利。

2.2 項目影響評估的效力

影響分析評估結果是保護區項目獲準實施的首要依據，土體參數具有不確定性和復雜性的特性，數值計算模型在建立土層本構模型時進行種種簡化，并不能完全體現地層的真實情況。部分項目的影響評估，或對巖土物理力學參數進行修改或選用不合理的參數或選取不恰當的本構模型，使之項目的影響結果滿足盾構隧道變形控制要求，對盾構變形的控制缺乏指導意義。目前對評估機構的責任追究存在較大困難，此類情況并不鮮見。

2.3 基坑施工過程的控制

施工過程中對盾構隧道變形控制至關重要，但目前基坑類項目對基坑本體安全的重視程度遠高于對盾構隧道的影響控制。在樁基階段及基坑開挖階段隧道側大范圍的土方堆載、止水帷幕滲漏水、在基坑開挖階段過深的降水、不合理的開挖順序、不合理的施工組織導致支撐體系成型時間過長、基坑回筑階段不合理的換撐或不合理的拆撐、拆撐的施工震動過大、肥槽回填不及時等施工過程中存在的質量安全問題，對盾構隧道變形均有不小的影響。因此，盾構隧道變形控制的要求在施工過程中應考慮方方面面，任何可能影響盾構隧道的作業內容均需認真對待。

3 基坑施工盾構隧道變形控制措施

3.1 基于地鐵保護考慮合理的基坑設計

采用合理的基坑圍護設計及基坑開挖方式。從控制基坑位移的最優方案考慮基坑的整體設計。基坑的圍護設計應采用剛度高、支撐穩定支護體系，如地下連續墻+混凝土支撐。在開挖方式上，蓋挖法對控制周邊地層變形有較大的優勢（杭州地鐵保護區某項目基坑距離隧道最近6 m，基坑底與隧道底部同高，基坑完成后地鐵變形控制在4 mm以內），軟土地層大跨度半蓋挖順作法對基坑周邊土體的變形控制及周邊建筑物的保護已有相關工程實例，可以考慮以其形式進行基坑設計。

從基坑變形的傳播路徑上，可采取隔斷方法來減小基坑施工對周邊環境的影響。隔斷法可以采用鋼板樁、地下連續墻、樹根樁、深層攪拌樁等構成墻體，墻體主要承受施工引起的側向土壓力和差異沉降產生的摩阻力，亦可用以隔斷地下水降落曲線。

3.2 樁基階段的控制

樁基施工對隧道的影響主要表現為沉樁擠土效應、樁荷效應和打樁振動效應。合理的圍護樁型是在此階段施工控制地鐵變形的關鍵，同時也是基坑開挖階段變形控制的關鍵。應采用低振動，低擠壓效果的樁型，降低土體擾動的同時，提供合適的圍護結構剛度。可采用三軸攪拌樁槽壁預加固，改善墻側土體、降低圍護樁墻的擾動，高壓旋噴樁可以提供必要的止水效果，采用地下連續墻作為圍護剛度支撐。為達到止水效果，目前亦有在地下連續墻外增加一層TRD止水墻。地下連續墻施工采用槽壁預加固、調整泥漿配比、適當提高泥漿液面高度等措施；同時可適當縮短地下連續墻單幅槽段寬度，以減少槽壁坍塌的可能性，并加快單幅槽段施工速度。

3.3 施工過程的控制

遵循“先撐后挖、及時支撐、分層開挖、嚴禁超挖”的原則，合理確定基坑開挖的分區及其順序，盡量縮短基坑無支撐暴露時間，對鋼支撐及時施加預應力、嚴禁超挖和坑外地表超載等，開挖完成時及時澆筑墊層能較有效地防止流變。可采用盆式開挖或島式開挖的方式施工，并結合開挖方式及時形成支撐和基礎底板。開挖過程降水應隨開挖深度逐步降低承壓水頭，以控制承壓水頭與上覆土壓力滿足開挖基坑穩定性要求為原則確定抽水量，不宜過量抽取承壓水以減少降承壓水擾流對鄰近環境的影響。施工過程應時刻關注地鐵結構變形監測數據情況，考慮地鐵結構監測數據反應的滯后性，提前對工序進行調整或采取主動的措施抑制變形。

4 結語

近年來地鐵沿線逐漸成為房產投資熱點，土地的價值導致地鐵周邊基本為深大基坑，加之設計單位、施工單位素質參差不齊，每一項建筑活動都對地鐵結構產生不同程度的影響，加速隧道結構變形，甚或影響列車安全運營。為確保保護區內工程項目施工期間地鐵安全運營不受影響，地鐵隧道保護區的施工技術措施及技術參數仍需根據實踐不斷修正，項目在實施各階段亦應提高地鐵結構安全保護的優先級。

參考文獻

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