軟土地區地下通道上跨運營地鐵區間的保護措施研究

王維朋

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市200092）

軟土地區地下通道上跨運營地鐵區間的保護措施研究

王維朋

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市200092）

近年來，地鐵相關部門對于地鐵保護區范圍內的工程建設影響的控制要求日益嚴格。軟土地區城市地下通道上跨運營地鐵區間隧道保護措施復雜。從控制地下通道施工卸載的角度出發，對上海虹橋迎賓一路地下通道斜交上跨地鐵10號線區間的保護措施進行研究分析，為類似上跨地鐵區間的地下工程設計、施工提供有益參考。

軟土地區；地鐵區間；地下通道；上跨；卸荷；抗拔樁；保護措施

0 引言

隨著城市基礎設施大規模建設，市政交通地下通道上跨運營地鐵區間的情況經常出現。上海軟土地區地質條件差，地下通道上跨地鐵區間工程難度較大。近年來，上海已有不少地下通道上跨地鐵區間的案例，如東方路下立交上跨地鐵2號線區間[1]、楊高路下立交上跨地鐵2號線盾構區間[2]、大統路地下通道上跨地鐵1號線區間[3]等。地下通道與地鐵區間隧道凈距均較?。ú淮笥? m），基本上采用對坑底以下土體加固配合抗拔樁等措施，施工中充分利用時空效應來控制運營隧道的變形和位移。以往對于地下通道與地鐵隧道凈距較大(10 m以上)的情況，基坑施工中多不對地鐵隧道采取比較嚴格的附加保護措施。但是，近年來地鐵管理部門關于地鐵保護區范圍內的工程建設對地鐵隧道影響的控制要求日益嚴格，逐漸形成嚴格限制影響范圍內加、卸載的地鐵保護原則，要求地鐵保護區范圍內任何工程活動均應采取措施嚴格控制加、卸載量。本文從控制地下通道施工卸載的角度出發，研究迎賓一路隧道斜交上跨地鐵10號線區間的保護措施，為類似上跨地鐵隧道的地下工程設計、施工提供參考。

1 工程概況

該工程位于上海虹橋商務東片區，地下通道位于友樂路與迎賓一路交叉口處，與地鐵10號線1號航站樓站—上海動物園站區間隧道約55°斜交（見圖1）。地下通道上跨地鐵10號線隧道，地下通道基坑寬度10 m，基坑深度在4～6.5 m，地鐵隧道埋深約17 m，地下通道基坑底距離地鐵區間隧道頂部最小凈距約11.5 m（見圖2）。依據相關要求，地下通道施工期間需要采取相關措施，不能影響地鐵10號線正常運營。

圖1 地下通道平面布置

圖2 地下通道縱斷面布置

2 工程及水文地質條件

場地內主要土層為：①1填土、②1黏土、③淤泥質粉質黏土、③t粘質粉土夾粉質黏土、④淤泥質黏土，⑤1-1淤泥質粉質黏土、⑤1-2粉質黏土、⑤2-1粘質粉土夾粉質黏土、⑤2-2粉砂、⑤2-3粉質黏土與砂質粉土互層、⑤2-4砂質粉土與粉質黏土互層、⑦2粉砂等土層。地下水埋深一般為地表下0.5～1.0 m。地層分布及物理力學參數見表1。

表1 土層物理力學性質參數表

該工程擬建地下通道與地鐵隧道斜交，地層條件較差，地下通道底板以下為深厚淤泥質土層③、④層土，地鐵隧道位于⑤1-2、⑤2-1層土，地層物理力學性能較差。

3 地鐵隧道保護要求

根據《城市軌道交通結構安全保護技術規范》（CJJ T202—2013）的安全控制相關要求，在已建隧道兩側及上部加、卸載等工程施工活動，應滿足如下隧道保護的控制指標：（1）任意點的附加位移和沉降小于等于2 c m；（2）施工引起的隧道的附加曲率半徑大于15 000 m，相對彎曲小于1/2 500等。

從上海幾十年來的地鐵運營監護經驗及相關研究資料發現，地鐵隧道周邊地層受工程活動擾動后，由于地層的蠕變性，地鐵隧道變形、位移收斂緩慢。為此，近年逐漸形成控制地鐵周邊加、卸載的保護概念，嚴格控制地鐵隧道周邊工程活動對隧道周邊土體加、卸載，避免隧道長期變形、位移值超出地鐵隧道保護標準。

4 基坑工程設計方案

4.1 總體方案分析

該工程地下通道上跨地鐵區間隧道，基坑深度最大約6.5 m，坑邊3 m外有通信、污水等管線，管線底埋深最小約1.5 m。綜合基坑穩定性、變形及技術措施的經濟性，基坑圍護體系擬采用Φ650@450SM W工法樁，內支撐可采用Φ609鋼管撐或鋼筋混凝土支撐。

根據地鐵保護相關要求，需對地鐵采取變形控制措施。經研究，擬采用抗拔樁+壓頂板的措施。抗拔樁設置在隧道邊線外側及上下行隧道之間，共三排；坑內及坑底土體采用水泥土攪拌樁加固。方案設計應采取措施保證基坑及地下通道施工不影響地鐵運營。

4.2 基坑支護方案設計

基坑圍護設計從工程實施角度出發，設計上結合現場施工條件，保證基坑分塊、對稱、快速施工，充分利用時空效應，以有效利用抗拔樁對地層變形釋放的約束，達到利用抗拔樁補償地下通道施工卸載的目的（見圖3、圖4）。以下詳細介紹基坑支護設計方案及相應措施。

圖3 基坑圍護平面圖

圖4 基坑圍護縱斷面圖

（1）基坑分塊施工

為滿足地鐵10號線的安全運營，地鐵運營期間不能施工，每天施工時間只有5 h。為此，根據該工程基坑的實際條件，上跨地鐵區段基坑施工共分6個區塊，分步、對稱、快速施工?；臃謮K如圖5和圖6所示，基坑分塊施工工序如圖7所示。

圖5 基坑分塊及支撐平面布置

圖6 基坑分塊橫斷面圖

圖7 基坑開挖施工流程

每個區塊施工在一個地鐵停運期間施工完成，主要工序有：土方開挖，破抗拔樁樁頭，壓板預制鋼筋籠吊放，本區塊壓板鋼筋籠與周邊區塊混凝土壓板的鋼筋連接，澆筑混凝土并養護。壓板混凝土經過24 h養護，及時壓載30 k N混凝土塊。

按上述順序施工直至完成地下通道上穿地鐵隧道區域的基坑開挖及壓板施工。最后一塊壓板施工完成并達到80%設計強度后，撤除壓重，在已施工完成的混凝土壓板上快速施工地下通道結構。

施工應保證工序之間的連續性，不得間隔過長時間。期間加強施工監測，尤其是地鐵隧道的變形及位移監測，并根據監測結果采取必要的應急措施。

（2）抗拔樁設置

通過數值分析擬定采用600 mm直徑鉆孔灌注樁，有效樁長40 m，基坑范圍內沿隧道每側布置6根。樁徑小有利于避免灌注樁成孔過程中塌孔，保證隧道安全，可以保證每根灌注樁能夠在地鐵一個夜間開天窗時間內施工完成。

（3）抗拔樁壓頂板

地下通道底板下設抗拔樁壓頂板，抗拔樁與壓頂板可靠錨固，壓頂板與地下通道結構脫開，減小地下通道的施工難度。為保證抗拔樁能夠盡快發揮對坑底土體的約束作用和整體的施工速度，壓板混凝土采用早強混凝土。

（4）基坑土體加固

為保證穿越段基坑分區開挖，需對坑底以上土體進行攪拌樁加固，保證分區開挖時周邊土體穩定性?；蛹庸滩捎萌S攪拌樁加固，豎向加固范圍為地表以下1 m至坑底以下5 m。

在基坑分塊開挖過程中，周邊滿堂加固區未開挖部分能有效約束開挖區塊的底部土體的回彈隆起及變形釋放。結合壓頂板的及時澆筑和壓重措施，能夠很好地控制坑底土變形釋放。

加大坑底土體攪拌樁加固深度，減小坑底土因開挖卸載導致的土體回彈變形，在一定程度上可以減小隧道以上淺層土體回彈導致的抗拔樁軸力的增加，降低抗拔樁設置的樁徑和長度。

（5）圍護及支撐布置

因每個分塊的土方開挖及壓板施工要在地鐵夜間停運的5 h內完成，時間緊張。壓頂板鋼筋籠采用預制吊裝的方案。為滿足鋼筋籠吊裝要求，該節點基坑圍護采用頂部一道鋼筋混凝土內支撐，支撐間距增大到10 m。為保證坑外土體變形滿足周邊管線變形要求，采用650@450工法樁基坑圍護形式，型鋼跳一插二；增大冠梁水平面內的界面剛度，冠梁尺寸采用800 mm(豎向)×1 400 mm（水平）。

5 數值分析及施工監測

5.1 隧道隆起預測

該工程采用邁達斯G T S N X巖土工程分析軟件，對穿越地鐵隧道區域的基坑開挖過程進行了模擬，對地下通道開挖造成的地鐵隧道變形進行分析。主要分析結果如圖8～圖11。

5.2 結果分析

圖8 隧道水平位移（單位:mm）

圖9 隧道豎向位移（單位:mm）

圖10 抗拔樁軸力（單位:kN）

圖11 隧道隆起計算值

（1）坑底以下抗拔樁提供的軸向力普遍在1 000～ 1 200 k N，相當于補償2.5 m卸土；地下通道結構自重相當于補償1～2 m卸土。最終地下通道施工完成后的相當于地下通道范圍內凈卸土1～2 m，卸載較小。

（2）基坑開挖卸載導致地鐵隧道豎向隆起，豎向隆起最大值發生在上部基坑下方，約6 mm；豎曲線變形附加變形曲率半徑34 790 m，豎向相對變形曲率1/5 798，滿足現有的地鐵保護標準。

（3）基坑影響范圍內地鐵隧道水平變形形狀成“S”形，水平位移最大值發生在基坑邊以外一定范圍內。主要是因為上部地下通道基坑與地鐵隧道斜交條件下，基坑開挖導致基坑范圍外地鐵隧道兩側水平土壓力不平衡，隧道被擠向側壓力較小側。

5.3 施工監測成果

根據施工過程隧道監測數據，地鐵隧道受影響范圍較大，豎向最大隆起量約3.5 mm（見圖12），隧道水平實測位移較小，小于1 mm。

圖12 隧道隆起實測值

6 結論及建議

（1）該工程采用抗拔樁結合壓頂板等措施，有效利用抗拔樁補償地下通道施工卸載，減小上方地下通道施工卸載對地鐵隧道的影響。

（2）上跨運營地鐵區間隧道的基坑，施工時間受地鐵正常運行限制，施工工藝復雜，設計中應密切結合施工條件，從基坑圍護形式、內支撐道數、間距等方面創造條件，保證快速化施工，以充分利用時空效應。

（3）工程中應結合基坑深度、坑底與地鐵隧道豎向凈距等情況（即卸荷比），具體分析確定采用抗拔樁補償土體卸載的范圍。

（4）地鐵隧道影響范圍內基坑邊線與隧道應盡量避免小角度穿越。如無法避免，應充分評估地鐵隧道“S”形水平變形安全，根據實際變形情況采取加固隧道周圍被動區土體的措施，限制隧道水平變形量，以保證地鐵隧道結構受力、防水及運營安全。

CJJ：

[1]李志高,劉國彬,曾遠,等.基坑開挖引起下方隧道的變形控制[J].地下空間與工程學報，2006（2）:430-433.

[2]陸宏偉.世紀大道楊高路下立交地鐵保護段基坑設計[J].城市道橋與防洪，2002（2）:44-48.

[3]馮義鵬，葛競輝.大統路地下通道改建工程基坑開挖對鄰近合流污水管的影響分析[J].城市道橋與防洪,2010(6):197-200.

[4]王衛東，吳江斌，翁其平.基坑開挖卸載對地鐵區間隧道影響的數值模擬[J].巖土力學，2004(S2):251-255.

[5]CJJ/T 202-3013,城市軌道交通結構安全保護技術規范[S].

[6]劉國彬，王衛東.基坑工程手冊:第2版[M].北京：中國建筑工業出版社，2009.

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1009-7716（2017）06-0290-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.06.085

2017-04-05

王維朋（1981-），男，安徽宿州人，工程師，從事地下工程設計工作。