三軸攪拌樁近距離施工對既有運營地鐵隧道的影響分析

史 劍

（江蘇東印智慧工程技術研究院，江蘇 南京 210000）

0 引言

近年來，隨著我國經濟的快速發展，城市地下公路隧道和地下空間開發的規模日益增大，出現了不少靠近已運營地鐵隧道的基坑工程，為了保證地鐵隧道的正常運營，減少基坑施工引起運營地鐵隧道的位移和變形，在基坑開挖前采用影響較小的攪拌樁對車站進行端頭加固，可在開挖階段起到一定隔離作用，但加固的同時也會引起地鐵隧道的變形和位移［1-3］。

從三軸攪拌樁（以下簡稱攪拌樁）施工的工作原理可知［4-6］，其對周邊環境的影響主要與漿液水灰比、提升和下沉速度、施工速率等施工參數有關，因此必須對三軸攪拌樁的施工工藝進行優化，減少其擠土效應，從而更好地控制其對鄰近運營地鐵的影響。本文以南京地鐵 5 號線三山街站臨近既有 1 號線三山街站及三山街站～張府園站區間，基坑開挖前三軸攪拌樁端頭加固施工為例，分析現場施工過程中不同施工工序及施工參數下既有隧道區間變形影響與控制。

1 工程概況

5 號線三山街站主體結構（見圖 1）位于中山南路與中華路間，沿升州路正下方敷設。升州路東西向，現狀寬度 17 m，中山南路南北向，現狀寬度 36 m，中華路南北向，現狀寬度 32 m。車站中心里程為 K24+907.721，車站為中間站，地下 3 層島式車站，站臺寬度 14 m，標準段寬度 23.3 m，總長 167 m，底板埋深 23.3～26.2 m。車站與 1 號線三山街站通道換乘，車站西端設盾構接收井，東端設盾構始發井。總的不發育，③-4b2-3+d2 層粉質黏土夾團塊狀粉砂和③-4e 層含卵礫石粉質黏土層存在承壓水，圍護墻入巖隔斷。

本站采用明挖順做法施工，主體圍護結構采用地下連續墻支護方式，分為 1 m 和 1.2 m 厚的地下連續墻，槽段深 40.19～42.19 m，地連墻入巖深度不小于 3.5 m。1 m 厚地下連續墻位置內支撐為 6 道支撐和 1 道換撐：第一、四道撐為鋼筋混凝土支撐，支撐間距 6.3 m；第二、六道撐為 Ф800×20 鋼支撐，其余均為 Ф800×16 鋼支撐，支撐間距 3.35 m；1.2 m 厚地下連續墻位置內支撐，為 6 道支撐和 1 道換撐，第一、二、四、六道撐為鋼筋混凝土支撐，支撐間距 6.3 m；其余為 Ф800×16 鋼支撐，支撐間距 3.35 m。

2 施工工況及參數分析

5 號線三山街站南側附屬結構（見圖 1）位于中山南路與中華路間，升州路南側地塊內，與 1 號線主體通道換乘，長為 153.6 m，寬為 37.6～55.5 m，附屬一層基坑深約 10 m，二層基坑深約 18 m，二層基坑距離 1 號線車站主體基坑約 8.7 m。車站 6 號出入口位于主體結構西北側，基坑長度 53 m、寬 6.2 m 、深 10.5 m，與 1 號線區間結構最近距離約 6.6 m。

三山街站地貌類型屬秦淮河漫灘地貌單元，地勢較平坦，地面吳淞高程為 11.05～11.73 m 左右。站址主要由填土、粉砂、淤泥質粉質黏土粉砂互層、粉質黏土、強風化～中風化泥巖組成。車站頂板主要位于填土層，底板主要位于粉質黏土土層。地下水位在地面以下 1.2～1.9 m，高程 9.71～10.53 m，地下水位線位于頂板上部?；鶐r裂隙水

為了盡量減小基坑開挖和盾構掘進施工對既有地鐵一號線區間隧道的影響，車站主體基坑開挖前采取 1 排 MJS 隔離樁+三軸攪拌樁對施工影響區域進行預加固處置。如圖 2 所示，加固區總寬度為 9.8 m，MJS 隔離柱為Φ2 600 mm@1 700 的半圓，與區間最近距離為 4.39 m。攪拌樁為Φ850 mm@600，地面以下 3 m 為次要加固區，水泥摻量 7 %，其下一直到洞門以下 3 m（約 28 m）為主要加固區，水泥摻量 20 %。為減小三軸攪拌對既有線區間的影響，施工順序為 MJS 工法樁→靠近車站一排攪拌樁（兼做地墻槽壁加固）→北側攪拌樁→南側攪拌樁。

圖2 新建 5 號線三山街站剖面圖及地質概況

三軸攪拌樁分 3 個階段施工。

1）槽壁加固攪拌樁施工階段。該階段主要施工靠近地連墻一排槽壁加固攪拌樁，深度同端頭加固攪拌樁。

2）北側攪拌樁施工階段。該階段主要施工北側攪拌樁，施工順序如圖 3 所示，施工參數如表 1 所示。

表1 施工階段及施工參數

圖3 北側攪拌樁施工順序圖

3）南側攪拌樁施工階段。該階段主要施工南側攪拌樁，結合前一階段攪拌樁施工對既有線變形結構，適時調整了攪拌樁施工順序（見圖 4）及施工參數（見表 1）。

圖4 南側攪拌樁施工順序圖

3 監測結構分析

3.1 監測總體情況

根據《南京城市軌道交通設施保護區安全監控標準》，新建 5 號線工程處于秦淮河漫灘軟土地區，地質復雜，基坑對應的監護范圍內既有地鐵隧道結構沉降較大，因此新建 5 號線車站主體基坑、南側附屬基坑、西北側附屬基坑對應一號線三山街站～張府園站區間隧道外部作業影響風險等級均為特級。

本工程加固階段于 2020 年 4 月 2 日開始自動化監測，截至 2020 年 5 月 31 日共進行 60 次自動化監測。監測項目包括既有線道床豎向位移、框架墻豎向位移、管片結構豎向位移、附屬結構豎向位移、道床脫空量、差異沉降、水平位移、水平收斂。監測累計最大值及標準控制值如表 2 所示，“-”表示下沉或收縮，“+”表示上抬或外擴。從表 2 中可以看出，在預加固階段既有結構（包括既有隧道管片）的豎向位移變化最大，這是由于三軸攪拌樁施工對土體的攪拌和置換，對周圍土體擾動較大，引起周邊環境沉降明顯。

表2 監測累計最大值及標準控制值 mm

加固階段豎向位移相關監測點如圖 5 所示，主體基坑對應段地鐵隧道區域較近的既有線上行線（右線）每 5 m 布設一個監測點，為 SYJ10-SYJ17；較遠的既有線下行線（左線）每 10 m 布設一個監測點，為 SZJ10、SZJ12、SZJ14、SZJ16、SZJ18。監測結果如圖 6、圖 7 所示，可以看出本工程加固階段既有線區間隧道變形較大的為距離相近的右線區間，最大變形為-6.0 mmm。

圖5 加固施工平剖面圖

3.2 各階段施工期間監測數據分析

坑外隔離 MJS 樁于 4 月 25 日施工完成，由圖 6 和圖 7 可以看出，此時各測點變化量均處于 2.0 mm 以內。分別選取槽壁加固攪拌樁、北側攪拌樁、南側攪拌樁施工階段既有線上行線（右線）管片結構豎向位移監測結果如圖 8～10 所示。

圖6 既有線上行線（右線）管片結構豎向位移監測結果

圖7 既有線下行線（左線）管片結構豎向位移監測結果

槽壁加固攪拌樁距離既有線上行線（右線）最近距離約 15 m，施工期間水泥漿液水灰比 1.5、提升速度 1 m/min、下沉速度 0.5 m/min、水泥摻量 20 %、泵送流量 150 L/min。施工時間為 3 d。該施工階段變化量最大的上行線管片結構豎向位移如圖 8 所示，可以看出此階段累計變形量最大的點位為 SYJ14，累計值為-3.0 mm，變化量最大的點為 SYJ14，變化量均為-0.3 mm，變化速率為-0.1 mm/d。

圖8 槽壁加固施工既有線上行線（右線）管片結構豎向位移監測結果

北側攪拌樁距離既有線上行線（右線）最近距離約 6.5 m，施工期間水泥漿液水灰比 1.5、提升速度 1 m/min、下沉速度 0.5 m/min、水泥摻量 20 %、泵送流量 150 L/min。施工時間為 14 d。該施工階段變化量最大的上行線管片結構豎向位移如圖 9 所示，可以看出此階段累計變形量最大的點位為 SYJ14，累計值為-4.6 mm，變化量最大的點為 SYJ15，變化量均為-1.4 mm，變化速率為-0.1 mm/d。

圖9 北側攪拌樁施工既有線上行線（右線）管片結構豎向位移監測結果

南側攪拌樁距離既有線上行線（右線）最近距離約 6.5 m，施工期間水泥漿液水灰比 1.5、提升速度 0.5 m/min（靠近地鐵側兩根 0.3 m/min）、下沉速度0.3 m/min、水泥摻量 25 %、泵送流量 180 L/min，施工時間為 17 d。該施工階段變化量最大的上行線管片結構豎向位移如圖 10 所示，可以看出此階段施工期間變化量最大的點為 SYJ14、SYJ15，變化量均為-1.3 mm，變化速率為-0.076 mm/d。在降低攪拌樁提升速度和下沉速度，提升水泥摻量和泵送流量后既有區間隧道的變形速率有所下降，對既有區間隧道變形有一定的控制作用。

圖10 南側攪拌樁施工既有線上行線（右線）管片結構豎向位移監測結果

4 結語

通過新建南京地鐵 5 號線三山街站臨近既有1號線三山街站及三～張區間工程基坑開挖前 MJS 隔離樁施工及三軸攪拌樁端頭加固分段施工，結合對既有運行隧道區間變形監測結果分析，主要得出如下結論。

1）三軸攪拌樁施工時，因對土體的攪拌和置換，會對周邊環境土體沉降產生顯著影響；綜合本文監測數據分析，南京秦淮河漫灘區環境敏感區域三軸攪拌樁施工工藝參數可參考采用：水泥漿液水灰比 1.5、提升速度 0.3 m/min、下沉速度 0.3 m/min、水泥摻量 25 %。

2）三軸攪拌樁施工需根據現場地質情況和周邊環境選擇合適的施工工序和施工參數，對環境敏感區域降低攪拌樁的提升和下沉速度及適當的跳樁施工，能夠有效減小對周邊既有線的變形影響；對于環境風險等級較高區域，可考慮 MJS 工藝，有利于對敏感建筑物的變形控制。Q