软土地层盾构近距离穿越施工中的大型地下空间工程实践

石 雷 何 山

(宁波市轨道交通集团有限公司,315101,宁波∥第一作者，高级工程师)



软土地层盾构近距离穿越施工中的大型地下空间工程实践

石 雷 何 山

(宁波市轨道交通集团有限公司,315101,宁波∥第一作者，高级工程师)

根据软土地层盾构近距离穿越大型地下空间结构(铁路宁波站南广场及配套工程)的工程实例,介绍了为保护交叉施工的地下空间结构而采取的必要安全措施,并通过施工全过程的信息化监控量测结果来验证其可行性,为地下空间的立体开发设计和施工提供了实践案例。

软土地层; 盾构施工; 近距离穿越; 信息化施工

Author′s address Ningbo Rail Transit Group Co.,Ltd.,315101,Ningbo,China

1 工程概况

1.1工程位置

宁波市铁路宁波站南广场及配套工程,位于西至苍松路、东至三支街、南至甬水桥路、北至宁波站所围合的区域。建筑面积约36 000 m2,开挖深度约4.50 m,为地下一层结构。其中，南广场地下空间属于铁路站房的配套社会车、出租车车场部分。与之相邻的永达路下立交隧道下穿南广场地下空间,为广场东西向过境车辆的快速通道,全长748.09 m,宽22.5～23.3 m,开挖深度0～15.57 m。南广场地下空间东区部分为地下两层,其余部分为地下一层。具体平面布置如图1所示。

图1中，南北走向的双线线路为宁波地铁2号线环城西路站至铁路宁波站站区间盾构隧道。该隧道从南广场地下空间和永达路下立交隧道下方穿越。盾构顶部距南广场地下空间结构底板9.6 m,距永达路下立交隧道底板3.7 m,其空间位置关系如图2所示。

图1 宁波市铁路宁波站南广场及配套工程平面位置示意图

图2 宁波地铁2号线下穿永达路下立交隧道剖面位置关系图

1.2 水文地质

本工程项目位于宁波断陷向斜盆地中部,地形平坦开阔,地貌类型单一,属第四系冲积平原、属于典型的软土地区。基坑开挖影响范围内广泛分布着具有压缩性高、强度低、灵敏度高、流变触变性大、透水性低的厚层状淤泥质黏土层,中间有粉性土层或粉砂层,属于软弱围岩地区。各地层的岩性、沉积年代、成因、状态及物理力学性质存在差异。自上至下的地层具体情况见表1。

地表水主要有护城河和祖关河。两河道是场地内地表雨水向外排泄的重要通道,且与场地浅部的潜水有着较密切的水力联系。潜水主要存在于浅部黏性土、粉性土中,地下水位随降雨、潮汛影响略有变化。潜水位埋深一般为0.9～1.2 m,标高为2.10 m左右。微承压水主要在③1层粉质黏土层,对基坑开挖存在一定的不利影响。承压水赋存于⑧1层粉砂层中,其含水层顶埋深一般为48.0～55.0 m左右,含水层厚10.0～18.0 m,承压水位埋深4.5～5.5 m。

1.3 工程特点

此工程如先完成盾构区间再开挖南广场地下空间结构，则易引起盾构区间上浮破坏；但若等全部地下空间施工完成再穿越盾构，则会大大延后宁波地铁2号线的通车时间。所以，要首先尽快完成南广场Ⅲ-1区的底板结构,再立即施作宁波地铁2号线盾构穿越地下空间结构。此施工阶段临近春节,劳力短缺,使工期十分紧张。

表1 工程地质情况表

工程的基坑开挖及盾构穿越均在软土中进行。周边管线众多,包括给水管、燃气管、电力管线、电信管线等。该工程东邻某小区高层建筑,且距围护结构仅15 m,故对基坑周边地表沉降、侧向位移、扬尘控制、噪声控制等的要求极高。此外，本工程周边施工项目较多,南邻甬水桥路施工工程,北靠铁路站房工地,西边是苍松路下穿隧道工地。项目地处市中心,其场地有限,与周边单位的场地协调及衔接较多,其材料进场、渣土外运等运输工作对整体进度影响很大。

2 盾构穿越施工安全保障措施

为确保盾构穿越南广场地下空间及下立交隧道期间不影响工程质量及进度,将盾构穿越区域约100 m长范围分成Ⅲ-1a区和Ⅲ-1b区两个独立施工区域。先施工底板及部分中板,待盾构施工完后,再进行立柱及顶板施工。施工时要做好盾构穿越过程中结构变形的监控量测工作。区域划分如图3所示。

Ⅲ-1a区基坑开挖深度为4.65 m,结构底板底与盾构顶部距离为9.6 m。Ⅲ-1b区基坑开挖深度为10.4 m,结构底板底与盾构顶部距离仅为 3.7 m。盾构穿越时应采取相应的施工安全保障措施。

(1) 先行施工穿越影响区的围护结构。根据施工区域划分(见图3),先进行盾构影响区域的Ⅲ-1a区和Ⅲ-1b区的围护桩基、止水和坑内加固施工。优化后的施工工艺流程为:场地平整→围护桩、重力坝、工程桩→坑内加固→降水施工→冠梁施工→土方开挖→垫层防水施工→底板、下翻梁施工(预埋泄压孔)→砂包堆载→盾构穿越→砂包卸载→柱、顶板结构施工→外包防水、保护层施工。

(2)盾构穿越区坑底加固。由于Ⅲ-1b区结构底板底距盾构仅有3.7 m,故为保证基坑稳定和已完成结构稳定,在影响段以下用三轴搅拌桩坑内加固。三轴搅拌桩桩径为850 mm,桩心距为600 mm,搭接250 mm,加固深度为垫层底下13 m，如图2所示。

(3) 盾构穿越区域采用SMW(劲性水泥土墙)工法。Ⅲ-1a区和Ⅲ-1b区底板有高差,故相接普通区域采用钻孔灌注桩加三轴搅拌桩止水,盾构穿越区域采用SMW工法桩施工,角落采用高压旋喷桩止水(如图4所示)。

(4)尽量防止坑底土扰动。Ⅲ-1a区基坑开挖根据施工图设计的膨胀加强带位置分块施工;基坑开挖采用分层放坡开挖的型式,每层开挖深度控制在2～3 m,土方纵向放坡坡度为1∶3,Ⅲ-1b区基坑根据施工图设计的变形缝、施工缝及后膨胀加强带位置分段施工。基坑平面开挖顺序为从Ⅲ-1b区中心往两侧开挖；Ⅲ-1b区施工结束后根据现场施工条件继续往两侧开挖。开挖、支撑施工遵循“分层、分块、留土护壁,对称、限时开挖支撑”的总原则,利用时空效应原理,减少基坑无支撑的暴露时间,严格控制基坑变形。机械挖土时,坑底保留一定厚度土层用人工挖除整平,防止坑底土扰动,确保盾构在原状土层穿越。

(5)为提高底板整体刚度增加多道下翻梁。Ⅲ-1a区结构底板先于盾构穿越前完成。为加强盾构穿越期间已完成结构的刚度和整体稳定性,在Ⅲ-1a区盾构隧道影响段设有下翻梁(见图5)。下翻梁宽1.6 m，其梁底比底板底低1.2 m,故基坑开挖时需掏槽开挖。同时,隧道影响段桩基及承台相应调整,以不侵入盾构影响范围为原则沿影响线布置。

图3 盾构穿越区域划分图

图4 Ⅲ-1a区与Ⅲ-1b区结构区相接段围护平面示意图

图5 下翻梁布置图

(6) 为控制穿越盾构前仓土压力应预先设置泄压孔。在Ⅲ-1a区与Ⅲ-1b区施工时,应在盾构正上方预留泄压注浆孔,以避免盾构施工对底板结构的不利影响。泄压注浆孔采用外径为325 mm、壁厚 11 mm的无缝钢管。沿盾构穿越线均匀布置三排泄压注浆孔,其竖向间距为 5 m,横向间距为 1.5 m,且中间一排与盾构中心线对齐。泄压注浆孔先用木塞棉絮塞紧;当盾构推进至此时及时取出塞子；当盾构推过后，根据盾构、底板变形沉降情况,在必要时进行注浆；待盾构及地下空间结构沉降稳定后，用C35素混凝土填实，并采用10 mm厚钢板焊牢封堵密实,以确保底板不渗漏。泄压注浆孔细部构造如图6所示。

(7) 为确保穿越盾构的顶部覆土压力平衡，采取沙包堆载。盾构穿越前需在影响段的底板上铺设1.5 m厚砂包。砂包需待宁波地铁2号线盾构施工完毕后方可分级卸载。

图6 泄压孔细部构造图

3 信息化施工管理控制

3.1 监测内容

项目监测主要内容包括基坑周边地表沉降剖面监测,围护结构顶部变形监测,围护结构侧向位移监测,支撑轴力监测,坑底土体回弹监测,坑内外潜水、承压水水位监测,沉降周边管线及建筑物变形监测等。盾构推进期间以底板沉降监测内容。以底板特征点SD2为例，其沉降监测结果如图7所示。

3.2 测点沉降检测沉降

由图7可见，盾构推进前，底板观测点沉降较小,最大土抬量为0.57 mm。盾构推进时,测点呈上抬趋势,最大上抬量为1.02 mm。盾构推进后，测点呈下沉趋势,最大下沉量为-1.01 mm;最终测点SD2的沉降量为-0.90 mm。

从整个掘进过程中测点的变化情况可以看出,盾构推进期间对基坑底板的影响较小,数据均在可控范围内。

图7 盾构推进期间底板特征点SD2沉降监测

4 结语

铁路宁波站及南广场地下空间、下穿城市快速通道、宁波地铁2号线等综合立体建设项目,通过科学的立体交叉施工组织可缩短建设时间和降低成本保障工程安全。依据严密的监控量测信息化风险管理,也是验证设计、施工方案可行性的重要手段。本工程作为在沿海地区软土区域内的城市轨道交通盾构近距离穿越施工中的大型地下空间的成功案例，也为其他城市立体综合体项目建设提供了借鉴。

[1] 中国建筑科学研究院.建筑地基处理技术规范 :JGJ 79-1991 [M].北京:中国计划出版社,1992.

[2] 龚晓南，复合地基[M].杭州:浙江大学出版社,1992.

[3] 国家质量技术监督局，建设部.地下铁道工程施工及验收规范：GB 50299—1999[S].北京：中国计划出版社，1999.

[4] 刘牧宇.浅埋暗挖法施工中的沉降控制[J].铁道建设,2003(9)：24.

[5] 吴全立,耿伟.浅埋暗挖隧道穿越名木古树保护方案的研究[J].地下空间与工程学报 2005(5)754.

[6] 郭士朋,何山.隧道工程联络通道施工信息化管控[J].建筑安全，2014(11)：15.

Engineering Practice of Large Underground Space Crossed by Short Distance Soft Soil Shield

SHI Lei, HE Shan

Based on an example of soft soil shield crossing the large underground space (the South Ningbo Railway Station Square and auxiliary projects) within short distance, the necessary safety measures to protect the underground structure in crossing construction are introduced. Through information monitoring and control in the whole construction process, the adopted measures are verified, which provide practical examples for the vertical design and construction of underground space.

soft soil; metro shield; short distance crossing; information construction

U 455.43

10.16037/j.1007-869x.2016.06.022

2014-10-27)