緊鄰地鐵隧道的地下障礙物清障技術研究

丁劍磊

上海建工一建集團有限公司 上海 200120

隨著上海浦東地區后世博時代的發展，眾多地下空間被開發與再利用，很多項目在基坑施工過程中常遇到地下障礙物清理施工的難題[1-4]，特別是越來越多的項目地塊緊鄰地鐵。鄰地鐵側施工，保護要求高，施工造成的擾動要求小。如何在保證地鐵安全的前提下，快速、經濟、高效地完成地下障礙物的清理，是項目施工的關鍵所在。

1 工程概況

背景工程位于上海市浦東新區東育路楊思西路交界處，基坑北側緊鄰軌交8號線，南側緊鄰軌交6、11號線，與地鐵隧道最近距離10 m。基坑開挖深度19.9～22.1 m，基坑分區及與鄰近地鐵的位置關系如圖1所示。

圖1 基坑分區平面示意

基坑沿濟陽路一側距本工程設計基坑3.5 m位置存在一組能源管線，由2根DN900冷水回水管和2根DN600熱水供水管的壓力管線組成，埋深約2.5 m，差異沉降及變形要求為每50 m不超過1 cm，保護要求極高。

現場圍護槽壁加固在施工過程中發現1根直徑1.8 m、壁厚16 mm的水管，該管線未在前期勘察資料中列出。經排摸后確定為廢棄原水管，自濟陽路側能源管下方斜穿至東育路側軌交8號線上方，管頂埋深3～4 m，紅線范圍內遺留管線影響基坑圍護施工，水管與基坑的位置關系如圖2所示。

圖2 廢棄原水管平面示意

2 清障施工難點

根據現場實勘，該原水管為廢棄支管，東育路以西已截斷，濟陽路以東仍與主管連接。經排查，管內留有原水，故需將該支管與主管相連的閥門關閉并將管內殘留原水抽排后，才能進行管線清理。由于待清管線較長，閥門較遠，抽排時間較長，勢必影響清障進度及周邊環境安全。

由于水管埋藏較深，土方開挖量大，清障部位西側靠近軌交8號線隧道及東育路人行道，東側緊靠需保護能源管線。場地自然標高以下3.5～5.8 m為回填建筑垃圾，一般開挖極易引發坍塌，主要環境隱患如下：

1）濟陽路側原廢棄水管下穿保護能源管，且能源管的回水管均為壓力管道，清障開挖深度已超過能源管埋深，開挖勢必影響能源管線安全。

2）東育路側軌交8號線埋藏較淺，僅為10 m，清障施工極易對地鐵區間隧道造成擾動，影響地鐵安全。

3 清障施工方案

3.1 方案制定

由于需排空原水管內殘留水后才能繼續清障，為保證基坑圍護施工進度不受影響，原水管清障自濟陽路向東育路方向分4個階段進行：濟陽路側管道開挖，抽排管內原水及清理部分水管→清理地鐵保護區50 m范圍外影響中隔墻施工范圍內的管道→清理鄰軌交8號線東育路側影響地下連續墻和槽壁加固施工范圍內的管道→剩余區域清障，在外圈地下連續墻完成后實施，減少開挖對周邊管線的影響。

3.2 能源管側臨時支護

濟陽路側待清障礙物埋藏較深且下穿能源管，開挖采取臨時鋼板樁支護，基坑支護形式采用12 m長小企口拉森V號鋼板樁＋2道型鋼支撐，原水管處拉森鋼板樁無法入土位置采用高壓旋噴樁加固，具體管側圍護措施如圖3所示。

圖3 能源管側臨時支護

3.3 地鐵側臨時支護方案比選

由于該位置障礙物靠近軌交8號線保護區，且埋藏較深，針對地鐵方面保護要求及現場實際情況，采取以下3種方案進行比選：

1）采用全套管全回轉鉆機[2]（CD機），清理影響地下連續墻及槽壁加固施工范圍內的原水管，待地下連續墻全部完成后，開挖清理剩余原水管。

2）采用12 m長小企口拉森V號鋼板樁＋型鋼支撐形式，開挖后切割原水管。

3）采用全方位高壓噴射工法[3]（MJS），工法樁內插型鋼＋型鋼支撐形式，開挖后切割原水管。

方案1雖可避免因開挖清障的土體卸載造成的地鐵管線上浮隱患，但由于CD機采用切削形式，強大的回轉扭矩會帶動水管扭動，造成地鐵隧道上方土體擾動，影響地鐵安全。方案2中拉森鋼板樁采用1∶1插入比，插入深度與地鐵埋深相同，振動法壓樁可能會對隧道管片造成一定影響。方案3中MJS工法樁由于采用孔內強制排漿和地內壓力監測等措施，可通過調整強制排漿量來控制地內壓力，較常規高壓噴射注漿工藝可大幅減少對環境的影響，從而有效地降低對地鐵的擾動，但相較常規注漿工藝經濟成本較高。

通過對上述方案的比較，結合地鐵保護要求及經濟效益分析，對鄰地鐵側原水管清障方案進行優化，選用臨時支護的開挖清障方式，臨時基坑支護采用緊靠地鐵側MJS工法樁＋遠離地鐵側拉森鋼板樁＋2道鋼支撐，MJS工法樁長根據地鐵方要求減少至9 m，樁底深度不超過地鐵管頂埋深。對于回填土位置，采用MJS工法樁替代三軸攪拌樁槽壁加固，樁深同原設計槽壁加固深度，確保后期地下連續墻施工質量（圖4）。

圖4 地鐵側臨時支護

4 施工關鍵技術

4.1 保護措施

MJS工法樁施工前，先進行現場放樣，確定原水管及臨時支護樁的具體位置，并上報地鐵監護，對軌交8號線管線位置復核后再施工MJS工法樁。經2次勘探，東育路側原水管位置如圖5所示。

圖5 原水管勘探點布置

4.2 鄰地鐵清障施工流程

先施工鄰地鐵側MJS工法樁，再施工遠離地鐵側鋼板樁，減少因鋼板樁壓樁施工對地鐵造成的擾動。臨時支護完成后，在養護期間，管線切割設備提前進場，確保開挖當日完成管線切割及蒙板。清理完成后對基坑進行回填加固，靠近地鐵側鋼板樁在土體回填加固后保留。

4.3 MJS工法樁內插型鋼施工技術

4.3.1 施工工藝及參數

鑒于施工緊靠地鐵，常規MJS工法樁內插型鋼施工工藝采用先插后噴的方式，先插型鋼造成的擾動可能對地鐵管線結構產生不良影響，故本次施工采用先噴后插方式，以減少對土體的擾動。

MJS工法樁自遠離地鐵側開始施工，同時針對施工參數進行試樁試驗，試驗為原位試驗，根據試驗結果調整注漿壓力、提升速度等相關參數。同時由于MJS工法樁成樁速度緩慢，施工工藝及提升速度需要配合H700 mm× 300 mm×13 mm×21 mm型鋼在水泥加固土硬化前完成就位，故對MJS施工參數進行優化，具體參數如下：樁徑2 200 mm，水泥摻量35%，水灰比1∶1，水泥漿壓力40 MPa±2 MPa，主空氣壓力0.7 MPa，主空氣流量1.0～2.0 m3/min，倒吸水壓力0～20 MPa，倒吸水流量0～50 L/min，提升速度29 mm/min，轉速3～4 r/min，地內壓力系數取1.3～1.8，成樁垂直度≤1/200。

4.3.2 MJS施工注意要點

1）引孔下桿：采用工程鉆機引孔至設計深度后，成孔前要保證地面的平整，并要對鉆機調平，垂直度≤1/150。鉆頭到達預定深度后，開始校零，然后設定各工藝參數。

2）定位置噴射：先開倒吸水流和倒吸空氣，在確認排漿正常時，打開排泥閥門，開啟高壓水泥泵和主空氣空壓機。首先用水向上噴設50 cm，壓力為10 MPa，然后把水切換成水泥漿，鉆桿重新下放到位后開始向上噴射水泥。

3）提升噴射：在開啟高壓水泥泵時，壓力不可太高，應逐步增壓，直到達到指定壓力，在達到指定壓力并確認地內壓力正常后，才可開始提升擺噴。水切換成水泥漿時，壓力會自動上升，壓力有突變時方可調節壓力。

4）地內壓力控制：施工時為保證壓力不影響周邊隧道管線，施工時密切監測地內壓力，壓力不正常時，必須及時調整排漿閥大小，控制地內壓力在安全范圍以內。

4.3.3 H型鋼施工

型鋼插入部分均勻涂刷減摩劑。安裝好吊具及固定鉤，然后用吊機起吊H型鋼，用線錘校核其垂直度。在溝槽定位型鋼上設H型鋼定位卡，固定插入型鋼平面位置，然后將H型鋼底部中心對正樁位中心并沿定位卡徐徐垂直插入土內，采用線錘控制垂直度。H型鋼下插至設計深度并達到一定硬化后，將吊筋及溝槽定位型鋼撤除。管線切割基坑回填后，僅拔除影響地下連續墻施工的部分型鋼，其余鄰近地鐵側型鋼保留，避免二次擾動。

4.4 拉森鋼板樁間止水技術

本工程場地內潛水埋深0.60～1.60 m，埋藏較淺。由于遠離地鐵側采用小企口拉森V號鋼板樁作為臨時支護，管線為整體穿越基坑狀態，臨時支護無法對基坑形成有效的止水封閉效果。故針對鋼板樁無法入土位置，在待清管線外側增加4根MJS工法樁，設計樁徑2 400 mm，搭接800 mm，間距1 600 mm，樁長9 m。利用MJS工法樁止水加固[4]結合小企口拉森鋼板樁的形式形成有效止水帷幕（圖6）。

圖6 止水帷幕設計

待全部MJS工法樁完成后對施工質量進行檢驗，對加固區域內取芯試驗，檢查內部樁體的均勻程度及其抗滲能力，加固土體28 d無側限抗壓強度≥1.5 MPa。

實際基坑開挖后，坑內無明顯積水及坑外潛水流入，止水帷幕止水效果達到開挖要求。

5 管線開挖的施工要求

在基坑圍護結構養護期間，土方開挖、原水管切割等設備進場，提前做好開挖準備工作，待圍護結構養護達到強度后，即開始基坑開挖及原水管切割吊運，原水管吊運完成后隨即進行土方回填。基坑土方開挖至土方回填須在24 h內完成，確保基坑的穩定性及施工過程對地鐵隧道及能源管線無影響。水管清除后，立即用優質的土壤回填并壓實，壓實后的土壤再摻入8%普通硅酸鹽水泥，加強土壤密度和穩定性，避免后期施工時出現坍孔、土方下沉等現象。為防止對能源管及地鐵隧道區間的二次擾動，靠近能源管及地鐵側鋼板樁在土體回填加固后不拔出，避免因拔出拉森鋼板樁造成的土體擾動對能源管形成二次影響。

6 結語

本清障方案對臨時支護體系設計、施工方式進行不斷優化，經過多次評審，并結合現場實際情況和地鐵方面的各項要求統籌制定。方案實施后隧道內監測數據結果顯示，清障施工對軌交8號線隧道影響很小，有效保證了地鐵運營的安全，說明清障方案可對類似緊鄰地鐵區間并涉及地下障礙物清理的施工提供借鑒。