地鐵礦山法隧道穿越物業基坑設計與實踐探討

周勇全 趙磊軍 龔 拼

(1.中鐵第六勘察設計院集團有限公司，天津 300000；2.湖南工程職業技術學院，湖南 長沙 410000)

0 引言

城市建設中，物業基坑工程位于地鐵隧道上方的情況經常出現[1,2]。目前，業內對物業基坑開挖對地鐵隧道影響的研究成果不少，但針對物業開挖后地鐵隧道為超淺覆土、后綜合體物業加載對地鐵隧道安全分析成果較少且多為基于理論的數值模擬分析結果，缺少以工程實踐作為支撐的成果[3-6]。本文通過實際工程，研究基坑開挖、回筑對下穿既有地鐵隧道的影響。

1 工程概況

1.1 隧道工程概況

崗頭站—雪象站區間隧道下穿佳兆業城廣項目綜合物業，隧道最小埋深19 m，地層自上而下為：素填土、礫質粘性土、全風化花崗巖、強風化花崗巖、塊狀強風化花崗巖。隧道洞身所處地層為全、強、中風化巖層，圍巖等級為Ⅵ級。隧道襯砌支護措施為：φ108大管棚(t=8 mm)，環距0.4 m；拱部120°φ42小導管(t=3.5 mm)，L=3.5@1.5 m，每三榀打一次，環距0.4 m；雙層Φ8鋼筋網150 mm×150 mm；型鋼鋼架，縱向間距500 mm；C25，P6濕噴早強混凝土350 mm厚；拱頂400 mm，仰拱500厚C35,P10模筑襯砌。其平面及斷面圖見圖1，圖2。

1.2 基坑工程概況

佳兆業城市廣場物業擬建地下2層、地面5層綜合商業體，基坑深度16 m。該基坑圍護結構采用φ1.0 m@1.8 m,C25灌注樁加旋噴樁樁間止水帷幕，豎向設置2道4×15.2預應力錨索L=26 m@2.0 m錨固長度20 m、間距5.5 m,4.0 m,4.1 m。基底設置φ1.8 m樁基礎樁長不小于12 m按嵌入中風化端承樁設置，底板結構厚度為1.8 m，為上部受力轉換結構，物業基礎與地鐵隧道受力分離。

1.3 隧道與基坑位置關系及建設時序

此隧道在基坑內左線長度135 m，右線長度203 m，隧道洞身原狀埋深12 m，佳兆業物業開挖后最小覆土為3 m。基坑開挖至地面以下7 m時因故停工，經雙方協商后明確先地鐵施工、后佳兆業物業施工。地鐵區間洞通后兩個月，基坑復工開挖、計劃兩個月后開始物業主體回筑。

2 風險識別與處理措施

2.1 自身風險

隧道自身風險分析如下：下穿物業基坑地段隧道位于風化槽上方，洞身圍巖為全、強風化巖層及殘積土層，其天然狀態下物理力學性質較好，遇水易崩解，飽和狀態下受擾動后，易軟化變形，強度、承載力驟減，造成圍巖失穩。物業基坑開挖降水和回筑過程會對地下水位產生影響可改變圍巖強度使隧道發生變形。

設計措施為地鐵隧道施工時采取洞內止水帷幕及大管棚支護，開挖時采取超前支護系統，加強圍巖穩定；采取初支鋼架加密、加強縱向連接筋設置以增強結構強度、剛度。

2.2 外部風險

1)開挖工況風險。

隧道上部基坑最大開挖深度達16 m，基坑開挖后地鐵隧道覆土僅3 m，存在隧道上浮變形過大甚至結構破壞的風險；針對開挖工況風險分析如下：開挖后的卸載引起的回彈量引起基底隆起。

2)回筑工況風險。

基坑物業回筑加載過程，隧道周邊圍巖應力場變化影響隧道結構安全。針對物業回筑工況風險分析如下：樁基隨上部荷載增加達到穩定受力過程會產生位移；物業底板與樁基節點形成有效受力體系時結構產生變形。

外部風險處理措施見表1。

表1 外部風險處理措施方案

3 現場實測及分析

為確保施工期間地鐵隧道結構的安全，對地鐵隧道左、右線進行監測。設置的隧道監測項目如下：沿隧道縱向每10 m布置一個監測斷面，每個監測斷面包含2個拱頂下沉監測點及2個周邊收斂監測點[10]，監測結果如圖3，圖4所示。

由開挖完成的左右線拱頂累積沉降曲線可知，隧道縱向隆起曲線基本呈正態分布的結論；基坑開挖完成之后，基坑范圍內，隧道拱頂產生豎直向上的累積位移，而基坑范圍之外，隧道拱頂出現向下的累積位移，這種情況符合前文的分析：基坑內土體開挖引起隧道上方卸載，基底回彈，隧道拱頂產生向上的位移，而隧道的拱頂位移量并未超過地鐵隧道的允許變形量，證明抗浮錨桿措施可有效控制隧道上浮變形。

由回筑完成之后的拱頂下沉累積曲線可知，回筑過程中基坑范圍內的隧道拱頂下沉，而基坑范圍之外的隧道拱頂基本上穩定。而回筑過程中，位移較小，證明采取的臨時支架措施取得了較好的效果。

由現場的拱頂位移監測結果分析可知，在既有隧道上面開挖基坑時應及時回筑，以限制隧道上浮較大。

由基坑開挖結束時的隧道周邊收斂曲線可知，基坑開挖導致開挖區域的隧道的水平向收斂絕對值減少，即水平向向內收斂(產生壓縮)減少，經過分析得出如下結論：基坑內土體開挖引起隧道上方卸載，基底回彈，隧道結構受到的側向壓力減少，隧道結構及圍巖的部分彈性變形恢復。由回筑后的隧道周邊收斂曲線可知，開挖范圍外隧道段已經基本穩定。而回筑的過程中，開挖區域的隧道周邊收斂絕對值增大。經過分析可知，回筑造成隧道結構所受的水平荷載增大，隧道收斂增大，這一點與前文得到的基坑內回筑對隧道的影響的結論相同。

4 結論與建議

本文基于實際工程，對地鐵隧道完成初支洞通后基坑開挖至物業主體回筑全過程進行分析，并設計保護方案。通過對方案實施前后的現場監測數據進行統計及分析，得到如下結論及建議：

1)當現場不具備分倉和注漿等地面措施的條件時，物業基坑開挖采取了設置抗拔錨桿、回筑過程采取洞內支撐加載起到控制位移的作用。

2)在建設時序不定的情況下，采取礦山法實施確保地鐵建設洞通是可行的，并且能通過相關措施來保證后續建設對永久結構的問題，為地鐵工程下穿在建建筑物提供了設計思路和成功案例。