明挖隧道超近距離上跨既有電力隧道施工技術研究

宋攀登 （粵水電軌道交通建設有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

隨著城市地下空間開發進程的加快，既有地下市政設施受到新建結構的影響的問題越來越突出，對軟土地區的軌道交通建設而言，其基坑開挖常遇到周圍變形敏感的地下設施保護問題，若處理不當就會造成嚴重后果[4]。明挖隧道上跨下部結構施工中，不乏軟土地層條件下上跨施工的案例及經驗，但是地鐵項目在軟流塑狀軟土地層下明挖結構超近距離上跨既有電力隧道施工的案例情況不多見，如何有效解決軟流塑淤泥層條件下明挖隧道基坑開挖引起下臥既有電力隧道變形的影響，確保既有電力隧道結構和基坑支護的安全，實現地下空間有效合理開發，亟待解決的關鍵技術。

1 工程簡介

1.1 工程概況

廣州市軌道交通二十二號線某出入場線工程地處番禺區，區間線路長度約1.5km，為地下負一層出地面結構，采用明挖法順做法施工，基坑深約9.1～19.27m。局部上跨既有電力頂管隧道（未運營），基坑深約10m，寬約15m，圍護結構采用型鋼水泥土墻(1000mm@1100鉆孔灌注樁/600厚連續墻)+兩道混凝土支撐，基坑外側采用850@600三軸攪拌樁全加固，加固范圍10m，基坑內按照三軸攪拌樁裙邊+抽條加固，有效樁長不小于5m，電力隧道上方攪拌樁深度到基底以下0.5m。該電力隧道埋深深度約為15m，頂管為鋼承口方式連接，一節管長約2.5m，外直徑為4.14m，與出入場線結構最小豎向凈距約1.3m，以23°的角度斜穿投影長度約為38m。

1.2 工程地質條件

根據詳勘地質資料，出入場線各巖土層進行分層。依次為雜填土層、淤泥＜2-1A＞、粉質黏土＜4N-2＞、粉土＜4F-2＞、全風化粉砂巖＜6＞、強風化粉砂巖＜7-3＞、中風化粉砂巖＜8-3＞、微風化粉砂巖＜9-3＞。明挖結構上跨既有電力隧道的部位存有深厚軟弱地層為＜2-1A＞淤泥層軟流塑狀態，標貫值最小為1～2，明挖基坑全處于淤泥層，淤泥層厚度約20m，而電力隧道處于粉質黏土層和淤泥層中。

1.3 工程重難點分析

在淤泥層條件下，針對于明挖結構上跨既有電力隧道施工時，圍護結構SMW工法樁樁底與電力隧道間軟弱地層無法加固，后續基坑開挖后，淤泥層土體會出現很明顯的卸荷的現象[3]，造成基底土體回彈，且又有施工荷載及土體自身側壓力作用在基坑兩側，把兩側支護結構向基坑內位移，同時加大了水平向應力使坑底土體向上隆起，并增加SMW工法樁底下未加固區域的滲漏概率，造成基坑失穩危及安全。

2 明挖區間上跨電力隧道施工技術

2.1 明挖隧道施工對電力隧道結構影響的三維模擬分析

根據出入場線明挖區間施工工法及工序及與既有電力隧道存在空間相互影響因素，首先采用MIDAS三維有限元軟件模擬明挖基坑施工過程中每個工序對電力隧道的產生的不利影響[1]，根據相關數據綜合分析誘發的上浮及位移范圍，進一步對電力隧道的安全狀態進行評估，針對性地給出一些解決方案及施工指導方面的建設性建議，為后續制定可行性施工方案及施工提供了科學的參考。

圖1 明挖隧道與電力隧道平面關系圖

2.2 地下連續墻施工

連續墻在淤泥層厚度均達20m中成槽，如采用常規的成槽工藝容易造成坍塌等安全事故，因此在地下連續墻施工前采用三軸攪拌樁機先對槽壁軟弱地層加固，加固深度穿透軟弱地層下1m為止，控制好邊線避免造成侵限影響后續的成槽效率。

綜合現有連續墻施工工藝，采用一種組合工法進行成槽，在槽段中采用旋挖鉆機引孔，為后續成槽機及沖孔鉆機創造臨空面，加快成槽速度，也可以很好地控制成槽質量。上部較厚的軟土層采用常規的抓斗作業，下部風化巖層則采用傳統的沖孔鉆機成槽，達到設計標高后利用方錘修槽，在施工過程中需注意槽壁加固體強度較高不易于抓槽，影響成槽垂直度。

2.3 圍護樁施工

左線基坑一側受既有高壓線限高影響，設鉆孔樁為支護結構，采用“回旋鉆機+正循環泥漿護壁”施工的工藝，由于有限作業高度僅有12m，對于流塑狀淤泥層中成孔，很容易發生塌孔或者澆筑混凝土過程中發生置換，則在鉆孔過程中要保證循環泥漿比重在1.20以上，連續適度鉆進成孔，時常檢測鉆孔過程中的泥漿比重穩定性，成孔后及時采用正循環清孔后下鋼筋籠、澆筑混凝土，必須保證開孔后直至澆筑完混凝土不得間隔時間過長，防止塌孔，危及周邊安全。

2.4 SMW工法樁施工

工法樁施工采用三軸攪拌樁機攪拌，樁間接頭用分間隔式雙孔全套復攪式連接方式，與連續墻和灌注樁接頭處改用單側擠壓式連接方式，保證樁間止水效果及整體性。攪拌樁機下沉速度要比提慢50%左右，且提升速度控制在1m/min以下，完成攪拌時要及時安裝好自制的導向架后及時吊裝型鋼插入，加固后要控制在1h內完成型鋼插入，另現場還需準備液壓錘壓設備，防止型鋼依然難以插入到位時使用，特別要注意型鋼底部標高插入距離電力隧道結構頂預留約0.5m處止。間隔一樁預埋一種注漿管沿著型鋼腹板角部布置與型鋼一起下沉，為了后續加固SMW工法樁與電力隧道間的淤泥層，防止后續基坑開挖出現滲漏，發生基坑坍塌的隱患。

2.5 基坑開挖施工

該明挖基坑開挖對下臥電力隧道來說屬于一個卸荷過程，要遵循短、頻、快的開挖方法，采用科學合理開挖工序結合空間關系及監控量測數據進行快速施工[2]。上跨電力隧道長度范圍約為50m，將該段基坑共分五個流水段，每段為10m（A、B、C、D、E），從A段開始向E塊先后施工土石方及主體結構[5]。在基坑開挖前，利用降水井將水位降至頂管隧道以下，基坑外側可結合施工實際情況設置回灌井，以防坑外水位大幅下降。

開挖前預備好大水桶，預防電力隧道上浮時用來加水反壓。開挖過程中及時反饋現場監測情況及根據計算出開挖后的土方重量，進行信息化施工，電力隧道有上浮趨勢時，在電力隧道管內放置一定重量的水桶加滿水壓重，減少卸載后的隧道上拱，平衡均勻布置；基坑開挖和支撐及其他結構施工須不間斷實施，特別是開挖到底后不能讓基坑暴露時間過長，最好控制在12h之內，及時封底，降低明挖基坑安全風險及電力隧道上浮導致結構開裂的風險，當完成上部結構后同時把水桶里的水適量放出抽出地面，減輕電力隧道重力，保持電力隧道恒載。

圖2 電力隧道上浮處理措施施工圖

明挖基坑上跨電力隧道區域若基坑底電力隧道與圍護結構交叉處有冒泥水現象，要及時在隧道周圍3m范圍內采用雙管高壓旋噴二次注漿；在基坑封頂前嚴禁在基坑兩側施工便道堆重載及通過重載設備。

2.6 頂部回填施工

主體結構頂板及其防水層施工完成后立即施作回填土，分層夯實，控制好每層厚度及壓實密度，結構兩側回填土方時，在兩側同時均勻回填反壓，快速恢復電力隧道上方覆土荷載，保證電力隧道結構安全。

3 施工效果

出入場線區間隧道施工過程中誘發電力隧道結構最大水平位移為10mm，最大豎向位移為18mm，總體變形在電力隧道控制值范圍之內，也均滿足相關規范要求，不危及電力隧道結構安全。

4 結語與建議

以廣州市軌道交通二十二號線工程某出入場線為背景，針對軟流塑淤泥層條件下明挖隧道上跨既有電力隧道施工所遇到的多重技術難題，得出以下結論。

針對淤泥層條件下帶來多重施工問題，分段動態調整施工對策以適應基坑卻荷后電力隧道上浮，具體包括采用多種支護方式，針對性地基加固保證了基坑安全，基坑開挖分段分層均勻快速封閉，并利用監控量測數據反饋施加配重反壓等一系列聯合措施。

工程實踐證明，該施工工法保障了明挖隧道快速施工，控制了基坑變形過大和變形始終得到有效控制，降低基坑開挖施工安全風險，保證電力隧道的安全，可為國內外工程類似工程提供寶貴的施工經驗，但是還是有很多方面值得我們再去研究解決。例如，上跨電力隧道段SMW工法樁與電力隧道還存在一定范圍的淤泥層無法加固，存在一定的安全風險，這應是在后續工作中進一步研究的重點。