明挖結構上跨盾構隧道施工上浮問題研究

袁 博

（中鐵南方投資集團有限公司，廣東 深圳 518000）

1 工程概況

1.1 工程概述

廈門軌道交通2號線高林停車場出入場線設計為兩條并行區間隧道，位于高林站—濕地公園站正線區間內側，四線盾構隧道并行約300m后，采用明挖法跨越高林站—濕地公園站區間左線隧道進入高林停車場。出入場線設計長度約490m,采用盾構法施工并行段約300m，采用明挖法施工上跨段月190m。出入場線上跨區間正線隧道平面示意圖如圖1所示。

圖1 出入場線上跨區間正線隧道平面示意圖

高林停車場出入線明挖區間上跨高林站—濕地公園站正線區間左線長度約90m。區間正線先于上跨段明挖區間施工，為防止明挖區間施工對正線盾構區間影響，需將對正線有影響的圍護結構先期施工完成后，方可盾構掘進。待盾構掘進完成后，將正線盾構區間管片內堆載2/3砂袋進行加載后方可進行基坑開挖。

本工點范圍內自上而下地層主要是填土、粉質黏土、殘積砂質黏性土、全風化花崗巖、散體狀強風化花崗巖、碎裂狀強風化花崗巖、中風化花崗巖、微風化花崗巖。明挖區間底板持力層主要位于殘積砂質黏性土、全風化花崗巖和散體狀強風化花崗巖中。

地下水主要有第四系孔隙水、基巖裂隙水。第四系孔隙潛水主要賦存于黏性土層中，以孔隙潛水為主。人工填土層中局部存在上層滯水，地下水位埋深0.5～5.3m，均位于設計底板以上。基坑開挖施工時，采用井點降水與明排相結合，并在圍護樁間設置截水帷幕。

明挖區間施工前，周邊低矮建筑部分拆除，現存在1棟4層民房住宅與1棟2層簡易棚房距基坑較近。基坑邊緣靠近建筑時物采用變形控制嚴格的鉆孔灌注樁+錨索（內支撐）的支護體系，圍護結構陰角增設咬合旋噴樁進行土體加固，局部采用袖閥管注漿加固。

1.2 明挖結構上跨盾構區間的風險分析

高林停車場出入線明挖區間在80m范圍內上跨高濕區間左線，上跨段基坑底標高為正線盾構管片頂部，即基坑開挖時揭露盾構管片。主要風險有以下幾個方面：（1）盾構管片上浮對已完工的盾構隧道造成破壞性影響，考慮到正線盾構管片作為高濕區間永久性結構，一旦在明挖結構施工中造成管片上浮，將對盾構隧道結構和線性造成不可逆的破壞。（2）上跨段基坑底標高為正線盾構管片頂部，開挖過程中要破除盾構管片背后的同步注漿及二次注漿材料，對盾構隧道的防水結構造成較為嚴重的影響。（3）基坑底部隆起對基坑穩定性造成很大的影響，在基坑周邊依然存在大量民用建筑的情況下，基坑安全面臨的風險極高。

2 施工過程論述

2.1 施工方案編制審批和執行情況

根據設計單位的計算書，設計經過計算，在采取設計措施后可確保受影響盾構管片在明挖基坑開挖減少管片覆土過程中管片上浮、水平位移、收斂變形等均在規范許可范圍內。

出入線區間明挖基坑開挖前編制了基坑開挖及降水安全專項施工方案，并進行了專家評審；同時針對該區域的正線管片情況，又單獨編制正線管片保護安全專項方案，并進行了專家評審。針對明挖區間上跨盾構隧道施工主要有以下幾點要求：

（1）地下水位控制。基坑開挖時嚴格控制地下水位，通過地面降水井將地下水位控制在管片底以下1.0m。地下水位不滿足要求時禁止揭露管片，并保持3.0m的管片覆土。

（2）管片內監測。基坑開挖過程中在上跨段正線管片內布設洞內監測點，主要進行管片內部收斂及沉降觀測。

（3）開挖作業。上跨高濕區間左線部分采用分段分小塊開挖、快速施工底板的施工方法，與設計對接綜合底板各工序施工時間，擬將上跨段明挖區間主體結構底板分段，每段長度為5m。根據設計計算書，在基坑開挖深度距盾構管片頂部以上3m時，對正線盾構管片無影響。基坑開挖順序：分層開挖至管片頂部3m→加載對應下方段及下一段管片→對應分段底板施工完成（5d）→依次開挖下一段。開挖過程中嚴格按照分層、分段開挖要求施工。對明挖段盾構上跨正線部分，正線管片3m以上土方采用PC220挖機進行開挖，管片以上0.5～3m部分采用PC120挖機進行開挖，基坑底以上0.5m部分采用人工開挖。

（4）盾構管片加載。在基坑開挖前在盾構管片內堆載沙袋壓重，堆載高度為洞身2/3高，在局部監測點位置可適當調整堆載高度。

（5）管片的加固和防水保護。出入線與正線交叉段及相鄰30m范圍內對正線管片進行加固，在管片內部用8根[20a槽鋼將管片縱向連接，加強管片連接整體性和穩定性。正線管片上方土方開挖過程中，對原管片外注漿層進行保護，使其對管片仍有防水效果，管片頂以上50cm部分土方采用人工開挖，開挖過程中對漏出的管片及管片注漿層進行清理及保護。對露出的正線管片清理干凈后，采用水泥基滲透結晶防水涂料涂刷，或者采用防水噴涂進行防水處理，同時施作防水保護層，使其起到加強管片防水功效的作用。

2.2 施工方案的調整

由于該工程位于城中村棚戶區，明挖段拆遷工作嚴重滯后，又需在正線貫通后方可施工。建設單位已制定了全線軌通的節點目標，設計單位和原方案制定的管片內沙袋加載保護措施將影響鋪軌施工，要求方案進行調整。

調整思路參考：該工程相鄰車站高林站位于高林停車場出入線小里程方向150m處，高林站車站主體結構施工采用“先隧后站”法施工。高林站車站范圍內盾構區間貫通后進行高林站基坑開挖，基坑開挖過程中需要將站內盾構管片揭露和挖除，且高林站地質與明挖區間地質相近，施工參數可以借鑒。

基坑開挖和管片挖除已全部完成，基坑開挖過程中施工單位對站內盾構管片在整個基坑開挖過程中各個工況進行了施工監測，其中監測項目有地下水位、管片收斂、管片的水平位移、管片的豎向位移以及管片揭露后在雨天的上浮情況。

高林站在基坑降水至正線管片底部以下，管片內部采用拉緊裝置拉緊效果可以滿足管片之間不發生松弛而導致引起滲漏。基坑開挖至管片頂部過程中管片內部監測結果均未超過規范要求，且在揭露管片后在管片頂部進行監測。

高林站與明挖區間地質相近，在采取以上措施后可保證明挖基坑開挖過程對高濕區間正線管片的影響在可控范圍之內。

建設單位總體安排要求優先保證軌通節點，同時要求鋪軌單位預留對應段落道床不澆筑砼，采用枕木臨時通過，用調線調坡，消除管片上浮對線路的影響。

針對不壓載的施工方案調整，項目部制定了提前準備了水袋壓載的應急措施可在管片上浮時有效控制管片上浮的風險，并在出現上浮情況下12h內完成水袋壓載，控制了管片上浮現象，后經專家同意對方案進行了調整。

2.3 管片上浮事件的發生

2018年11月17日出入線明挖段第一段5m基坑開挖到底，第二段浮土（2m～3m）管片頂部土方卸載20m，基坑見底期間10h管片內部監測數據顯示管片上浮28.5mm（3個點最大值），累計值37mm，超過控制值30mm。

針對管片上浮情況，項目部立即啟動了應急處置措施，采用水袋進行壓載，先壓載基坑開挖對應范圍，壓載長度50m，搭接未開挖卸載土方兩側各10m。具體措施為：（1）加強度管片內部的監測，基坑開挖時按6次/d，對管片的水平及豎向位移進行監測；（2）對上跨段左側坡頂上5m范圍原擋土墻和圍墻進行拆除，減少坡頂的堆載；（3）按照施工方案對基坑土方進行分段、分層開挖，待底板施工完成后在進行下一段的土方開挖，防止一次開挖對正線管片頂部卸載長度過大；（4）對管片內部拉緊鎖定進行加固,對管片內部的拉緊鎖定槽鋼增加橫向支撐。（5）按照應急預案對管片進行壓載，完成施工方案中管片保護措施；（6）對第一段前后30m基坑土方進行平整，減小土方對管片造成偏壓；（7）加快明挖段第一段底板施工，將管片內臨時壓載轉換為管片頂設計結構壓載。

2018年11月18日3:00開始壓載，11:30監測數據基本穩定，17:30全部壓載完成。11月26日第四段底板澆筑完成，已將管片內臨時壓載轉換為管片頂設計結構壓載，洞內管片目前基本穩定。

3 結束語

該工程明挖基坑開挖過程中未對正線管片采用壓載措施，基坑開挖見底后，正線管片頂部無覆土，管片頂部土方卸載，導致管片內力釋放，造成管片局部段落上浮變形，加之該段基坑開挖見底后出現降雨，加劇了管片的上浮。對此，原高林站“先隧后站”施工，在盾構隧道拆除的過程中管片未發生上浮，為明挖段結構施工提供了一定的施工經驗。但由于“先隧后站”法施工，盾構隧道外側1m范圍內，有明挖基坑施工的圍護樁+混凝土支撐（鋼支撐）采取的支護方式，從一定程度對盾構隧道周邊荷載形成了“卸載”作用，所以受力情況又不能完全等同對待。在施工過程中一直進行有效的監控量測，發生異常后立即啟動應急預案，上浮得到了快速、有效的控制，未造成不良后果，并今后的施工提出了借鑒，積累了寶貴經驗。