軟土地層深大基坑近接施工對盾構(gòu)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(dǎo)致近接施工對地鐵結(jié)構(gòu)變形造成重大影響，目前地鐵沿線項(xiàng)目在設(shè)計(jì)、影響評估、施工中存在問題，導(dǎo)致地鐵結(jié)構(gòu)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(shí)施，有效抑制地鐵變形控制。

關(guān)鍵詞：軟土地層 地鐵結(jié)構(gòu) 深大基坑 基坑開挖 圍護(hù)結(jié)構(gòu)降水 變形

中圖分類號：TU753 文獻(xiàn)標(biāo)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(huán)，連接城市不同區(qū)域，改善城市交通環(huán)境，價(jià)值不斷凸顯，由此導(dǎo)致地鐵沿線的開發(fā)價(jià)值提升，工程項(xiàng)目沿地鐵沿線展開，大量的近接工程項(xiàng)目施工必然對地鐵結(jié)構(gòu)造成重大影響，尤其是當(dāng)?shù)罔F盾構(gòu)結(jié)構(gòu)處于軟土地層，因軟土地層特性深大基坑的施工對地鐵結(jié)構(gòu)的影響有可能導(dǎo)致破壞性的后果，由此導(dǎo)致惡劣的社會影響及重大的經(jīng)濟(jì)損失，項(xiàng)目實(shí)施過程中應(yīng)引起重視。

1 基坑施工對盾構(gòu)隧道的影響

軟土地層的特點(diǎn)“三高三低”，即高含水量、高靈敏度、高壓縮性、低密度、低強(qiáng)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(xù)時(shí)間對近接工程施工極為敏感。而地層變形又會對隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響，有可能使隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大變形，導(dǎo)致滲漏或襯砌結(jié)構(gòu)和道面結(jié)構(gòu)層開裂、結(jié)構(gòu)承載能力下降。

筆者通過這幾年的地鐵保護(hù)工作，親歷了眾多因地鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)項(xiàng)目施工導(dǎo)致地鐵發(fā)生的重大隱患。在筆者所在城市，在地鐵沿線保護(hù)區(qū)90%以上的深大基坑施工對地鐵結(jié)構(gòu)的影響超過控制標(biāo)準(zhǔn)（控制標(biāo)準(zhǔn)在項(xiàng)目申報(bào)時(shí)由地鐵公司依據(jù)項(xiàng)目影響評估結(jié)果及地鐵結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀確定，結(jié)構(gòu)變形最大不超過±10 mm），個(gè)別項(xiàng)目，盾構(gòu)隧道及車站變形甚至達(dá)到控制標(biāo)準(zhǔn)的幾倍，嚴(yán)重影響地鐵結(jié)構(gòu)的服役狀態(tài)，對地鐵的結(jié)構(gòu)安全及運(yùn)營造成極大風(fēng)險(xiǎn)。

基坑施工導(dǎo)致變形的工序很多，影響變形較大的工序大致為圍護(hù)結(jié)構(gòu)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(gè)工序?qū)Φ罔F的影響原因在前人各種分析文章中已進(jìn)行分析總結(jié)。筆者通過對所在地鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)項(xiàng)目影響變化數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析可以看出，樁基（圍護(hù)階段）施工變形數(shù)據(jù)占數(shù)據(jù)變形總量的10%～20%，個(gè)別距離較近的可以達(dá)到25%?；娱_挖階段（開挖降水）變形數(shù)據(jù)占總變形量的40%～80%，基坑回筑階段變形數(shù)據(jù)占總變形量的10%～20%。軟土地層經(jīng)擾動后，需進(jìn)行較長時(shí)間的固結(jié)沉降，因此在基坑施工階段的影響存在滯后特性，在工序結(jié)束之后繼續(xù)發(fā)展，一般在變形工序完成的一周后數(shù)據(jù)方可逐漸穩(wěn)定。

2 近接施工對盾構(gòu)隧道變形控制存在的問題

2.1 基坑開挖的整體設(shè)計(jì)

基坑時(shí)空效應(yīng)中的時(shí)間效應(yīng)主要體現(xiàn)在基坑底下的地下墻被動區(qū)和地下墻底下的土體滑動面都會因坑底暴露時(shí)間過長而產(chǎn)生相當(dāng)?shù)牧髯兾灰?，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(shí)間及混凝土支撐施工時(shí)間均較長。如只是單純考慮基坑本體安全，利用基坑的時(shí)空效應(yīng)理論，可以有效降低資源投入，提高工程的效費(fèi)比。但部分項(xiàng)目在一層土方開挖完成至支撐成型至少需半個(gè)月，不少甚至需20天至一個(gè)月時(shí)間方可形成對撐，導(dǎo)致周圍土層位移持續(xù)增大，盾構(gòu)變形無法得到有效抑制，基本超過控制標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)在已有部分項(xiàng)目在設(shè)計(jì)之初考慮地鐵保護(hù)的需要，對基坑進(jìn)行分解，采用盾構(gòu)側(cè)小基坑先行施工的方案。工程實(shí)例發(fā)現(xiàn)，較小基坑的施工，短時(shí)間內(nèi)支撐體系可以成型，對盾構(gòu)變形的控制有利。

2.2 項(xiàng)目影響評估的效力

影響分析評估結(jié)果是保護(hù)區(qū)項(xiàng)目獲準(zhǔn)實(shí)施的首要依據(jù)，土體參數(shù)具有不確定性和復(fù)雜性的特性，數(shù)值計(jì)算模型在建立土層本構(gòu)模型時(shí)進(jìn)行種種簡化，并不能完全體現(xiàn)地層的真實(shí)情況。部分項(xiàng)目的影響評估，或?qū)r土物理力學(xué)參數(shù)進(jìn)行修改或選用不合理的參數(shù)或選取不恰當(dāng)?shù)谋緲?gòu)模型，使之項(xiàng)目的影響結(jié)果滿足盾構(gòu)隧道變形控制要求，對盾構(gòu)變形的控制缺乏指導(dǎo)意義。目前對評估機(jī)構(gòu)的責(zé)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(gòu)隧道變形控制至關(guān)重要，但目前基坑類項(xiàng)目對基坑本體安全的重視程度遠(yuǎn)高于對盾構(gòu)隧道的影響控制。在樁基階段及基坑開挖階段隧道側(cè)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(dǎo)致支撐體系成型時(shí)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(shí)等施工過程中存在的質(zhì)量安全問題，對盾構(gòu)隧道變形均有不小的影響。因此，盾構(gòu)隧道變形控制的要求在施工過程中應(yīng)考慮方方面面，任何可能影響盾構(gòu)隧道的作業(yè)內(nèi)容均需認(rèn)真對待。

3 基坑施工盾構(gòu)隧道變形控制措施

3.1 基于地鐵保護(hù)考慮合理的基坑設(shè)計(jì)

采用合理的基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)及基坑開挖方式。從控制基坑位移的最優(yōu)方案考慮基坑的整體設(shè)計(jì)。基坑的圍護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)采用剛度高、支撐穩(wěn)定支護(hù)體系，如地下連續(xù)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(yōu)勢（杭州地鐵保護(hù)區(qū)某項(xiàng)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(nèi)），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(hù)已有相關(guān)工程實(shí)例，可以考慮以其形式進(jìn)行基坑設(shè)計(jì)。

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(huán)境的影響。隔斷法可以采用鋼板樁、地下連續(xù)墻、樹根樁、深層攪拌樁等構(gòu)成墻體，墻體主要承受施工引起的側(cè)向土壓力和差異沉降產(chǎn)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(xiàn)為沉樁擠土效應(yīng)、樁荷效應(yīng)和打樁振動效應(yīng)。合理的圍護(hù)樁型是在此階段施工控制地鐵變形的關(guān)鍵，同時(shí)也是基坑開挖階段變形控制的關(guān)鍵。應(yīng)采用低振動，低擠壓效果的樁型，降低土體擾動的同時(shí)，提供合適的圍護(hù)結(jié)構(gòu)剛度?？刹捎萌S攪拌樁槽壁預(yù)加固，改善墻側(cè)土體、降低圍護(hù)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(xù)墻作為圍護(hù)剛度支撐。為達(dá)到止水效果，目前亦有在地下連續(xù)墻外增加一層TRD止水墻。地下連續(xù)墻施工采用槽壁預(yù)加固、調(diào)整泥漿配比、適當(dāng)提高泥漿液面高度等措施；同時(shí)可適當(dāng)縮短地下連續(xù)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(shí)支撐、分層開挖、嚴(yán)禁超挖”的原則，合理確定基坑開挖的分區(qū)及其順序，盡量縮短基坑無支撐暴露時(shí)間，對鋼支撐及時(shí)施加預(yù)應(yīng)力、嚴(yán)禁超挖和坑外地表超載等，開挖完成時(shí)及時(shí)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(jié)合開挖方式及時(shí)形成支撐和基礎(chǔ)底板。開挖過程降水應(yīng)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(wěn)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?dāng)_流對鄰近環(huán)境的影響。施工過程應(yīng)時(shí)刻關(guān)注地鐵結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測數(shù)據(jù)情況，考慮地鐵結(jié)構(gòu)監(jiān)測數(shù)據(jù)反應(yīng)的滯后性，提前對工序進(jìn)行調(diào)整或采取主動的措施抑制變形。

4 結(jié)語

近年來地鐵沿線逐漸成為房產(chǎn)投資熱點(diǎn)，土地的價(jià)值導(dǎo)致地鐵周邊基本為深大基坑，加之設(shè)計(jì)單位、施工單位素質(zhì)參差不齊，每一項(xiàng)建筑活動都對地鐵結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同程度的影響，加速隧道結(jié)構(gòu)變形，甚或影響列車安全運(yùn)營。為確保保護(hù)區(qū)內(nèi)工程項(xiàng)目施工期間地鐵安全運(yùn)營不受影響，地鐵隧道保護(hù)區(qū)的施工技術(shù)措施及技術(shù)參數(shù)仍需根據(jù)實(shí)踐不斷修正，項(xiàng)目在實(shí)施各階段亦應(yīng)提高地鐵結(jié)構(gòu)安全保護(hù)的優(yōu)先級。

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