臨近地鐵既有線隧道軟弱地層加固方案及樁基施工方法研究

趙勝冬

摘要：項目為建筑面積7.9萬平的地下三層房建基坑，既有運營的地鐵線從基坑西北角斜穿到東南角，施工期間確保地鐵線運營安全整個項目的成敗關鍵所在。基坑西北角地質條件差，地鐵隧道上部為位于粘土層，底部為砂質粘性土，極易受到施工干擾，所以項目施工風險極大。項目采用靜壓鋼板樁及低壓注漿對隧道周進行加固，選用全套管全回轉鉆鉆機成樁，確保了地鐵既有線的安全。

Abstract： The project is to build a foundation pit for an underground three-storey building with a construction area of 79，000 square meters. The existing subway line runs diagonally from the northwest corner of the foundation pit to the southeast corner. The key to the success of the entire project is to ensure the safety of the subway line during construction. The geological conditions of the northwest corner of the foundation pit are poor. The upper part of the subway tunnel is located in the clay layer and the bottom is sandy cohesive soil， which is extremely susceptible to construction interference， so the project construction risk is extremely high. The project uses static pressure steel sheet piles and low-pressure grouting to reinforce the periphery of the tunnel， and uses full-sleeve full-rotation drilling rigs to form piles to ensure the safety of the existing subway line.

關鍵詞：地鐵既有線保護;靜壓鋼板樁及低壓注漿（軟弱地層）;全套管全回轉鉆機樁基施工

Key words： subway existing line protection;static pressure steel sheet pile and low pressure grouting （weak stratum）;pile foundation construction with full casing and full rotary drilling rig

中圖分類號：U455.4;U231.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）14-0187-03

0? 引言

隨著城市地鐵及城市間城際軌道交通工程的發展，軌道交通工程建設的投入和規模越來越大，同時由于城市用地的日趨緊張，隨著土地的開發利用，臨近地鐵結構的深基坑施工將不可避免，然而運營中的地鐵盾構上方的改造工程存在難度高、風險大、不可預見因素多等特點。在日本，已將緊鄰地下隧道結構施工界定為“近接施工”，并給予了足夠重視。本文結合前海交易廣場項目地鐵保護工程，選用國內先進全回轉全套管施工工藝、采取靜壓鋼板樁及低壓注漿技術加固措施，有效確保在軟弱地層中進行樁基施工時對既有地鐵線的保護，施工期間地鐵既有線隧道的橫豎向收斂、豎向及水平沉降及變形速率的均在控制值范圍內。本文中的施工方案、施工方法以及施工保證措施等在以后的類似工程施工中都可推廣應用。

1? 工程簡述

1.1 項目簡介

項目目占地面積為7.9萬m2，為大型房建基坑，項目特點為既有運營的地鐵1號線從基坑西北角斜穿到東南角，將基坑一分為二，如圖1。地鐵與項目基坑通過咬合樁隔離。地鐵保護結構主要包含地鐵隧道結構兩側咬合樁，抗拔樁位于兩條隧道中間，與隧道凈距約3m;地面標高約+7.5m，基坑底標高-5.65m，基底距區間隧道結構頂最小距離3.0m，如圖2。

根據國家《城市軌道交通結構安全保護技術規范》，樁基施工、基坑開挖對地鐵1號線影響等級為特級。其中基坑西北段地質條件差，運營期間，盾構隧道內存在管片大面積掉塊開裂的現象，對地鐵安全運營造成非常大的影響?，F階段該區間受損嚴重段已進行補強加固，但施工期風險仍然很高。必須運用可靠先進施工工藝，提出切實可靠的加固措施保護該段地鐵隧道。

1.2 研究區域（西北角）地質情況

項目地處填海區，場地原始地貌為濱海灘涂地地貌，經堆載預壓法軟基處理形成現在的陸域，現狀場地軟基處理完成5年以上，區內地勢較平坦。西北角場地內地層自上而下有：①填土（石）④砂質黏性土、⑤1全風化花崗巖、⑤2強風化花崗巖、⑤3中風化花崗巖、⑤4微風化花崗巖。西北角區域巖層較深，地鐵隧道位于8～14m區間，上部為粘土層，底部為砂質粘性土，極易受到施工干擾。

2? 地鐵保護方案研究

2.1 采用靜壓鋼板樁及低壓注漿對隧道進行加固

2.1.1 地鐵加固目的為增加隧道周邊圍巖剛度和穩定性，增強隧道抗擾動能力同時傳遞施工荷載到隧道底基巖，減少隧道附加荷載。加固方案采用采用靜壓鋼板樁+隧道周邊土體加固（注漿）。

2.1.2 施工步序：地面硬化→靜壓鋼板樁施工→注漿→澆筑混凝土板面。加固平面及斷面見圖4、圖5。

2.1.3 小結：①隧道兩側拉森Ⅲ型鋼板樁采用靜壓植樁機密排植入，鋼板樁距隧道1.5m。②注漿段采用鋼花管注漿工藝，采用HSC新型（含水細砂型）注漿材料，水灰比取0.6～0.8，每延米材料用量不低于200kg。③每排每個分區內的注漿孔隔孔交替同步注漿。④注漿壓力0.3～0.7MPa，在注入率大于10L/min的情況下，盡可能采用較小的注漿壓力，減小地面冒漿的可能性。⑤每一段注漿結束后，提升注漿器，對比監測數據，若監測數據無明顯變化，則繼續注下一段，若隧道回調率達到2mm則停止注漿，待下次繼續灌注。

2.2 選用全套管全回轉鉆鉆機成樁

2.2.1 施工區域地鐵隧道土質極差，樁基施工選用采用全回轉鉆機全套管跟進施工工藝，選用工藝理由如下：①施工過程中全孔套管護壁、鉆進和灌注均無孔壁坍塌風險、縮徑的風險，能最大化控制成樁過程中對地鐵隧道周圍土體擾動。②成樁的垂直精度高，防止施工過程中樁傾斜距離地鐵過近造成地鐵變形。③成樁過程中對地鐵隧道基本無擾動。

2.2.2 施工機具采用QHZ-2000型全回轉套管鉆機，全回轉全套鉆孔孔灌注樁施工流程如圖6所示。

2.2.3 小結：①施工過程中必須保證護筒超前鉆進，確保不出現塌孔。②施工要具有連續性，防止地下水失水。③施工過程中遇斜巖面時，需在護筒內加滿泥漿，防止鉆進巖層時，護筒與巖面無法緊密結合導致的塌孔漏水等。

2.3 施工期間地鐵隧道監測

2.3.1 地鐵隧道監測采用自動實時斷面監測系統，通過自動監測實時隧道收斂數據，實現實時自動觀測、記錄、處理、存儲、變形量報表編制和變形趨勢顯示等功能。利用互聯網絡建立信息化聯絡平臺，與相關單位建立聯動機制，實時共享和交流監測數據。

2.3.2 地鐵隧道監測分為運營安全控制和結構安全控制，運營安全控制指標為：軌道水平、豎向變形±6、±8、±10mm三級預警，變形速率控制值±2mm/day;結構安全控制指標為：水平、豎向收斂+6、+8、+10mm三級預警，變形速率控制值±2mm/day。

2.3.3 地鐵加固及樁基施工期間，西北角（左線L137～L171、右線R109～166環）每1.5M（1環）布設一組監測斷面，每組監測斷面5個監測點，共91組監測斷面，分別監測隧道收斂，軌道水平及豎向變形。本文隨機抽取了L160和R155監測點施工期間的開累數據列示（圖7、圖8）。

3? 結論

既有運營的地鐵線從基坑西北角斜穿到東南角，將一個地下三層房建基坑一分為二，施工期間確保地鐵既有線運營安全是整個項目的成敗關鍵所在?；游鞅苯堑刭|條件差，地鐵隧道上部為位于粘土層，底部為砂質粘性土，極易受到施工干擾，所以項目施工風險極大。項目采用靜壓鋼板樁及低壓注漿對隧道進行加固，選用全套管全回轉鉆機進行樁基施工，通過施工期間對隧道的實時監測，得出以下結論：①通過對地層進行注漿加固，增加隧道周邊圍土體剛度和穩定性，增強隧道抗擾動能力，同時傳遞施工荷載到隧道底基巖，減少隧道附加荷載。②靜壓鋼板樁起加固及二次保護作用：確保注漿加固作用最大化的對地鐵隧道進行保護，樁基施工階段隔離隧道，對隧道進行二次保護。③選用全套管全回轉鉆機成樁，最大化控制成樁過程中對地鐵隧道周圍土體擾動。施工時在護筒內加滿泥漿，保證了灌注期間地下水不流失，成樁過程中對地鐵隧道基本無擾動。④通過信息化施工，用監測數據指導施工，施工完成后，全部監測數據均未超過預警值。

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