上跨既有隧道的长大基坑间隔竖井施工技术

2017-01-09李晓东刘效成南京地铁建设有限责任公司江苏南京009西南交通大学四川成都6003

四川建筑 2016年6期

李晓东 , 刘效成(.南京地铁建设有限责任公司，江苏南京 009； .西南交通大学，四川成都 6003)

上跨既有隧道的长大基坑间隔竖井施工技术

李晓东1, 刘效成2
(1.南京地铁建设有限责任公司，江苏南京 210019； 2.西南交通大学，四川成都 610031)

文章结合深圳双界河路公路隧道同时上跨深圳地铁1号线、5号线和11号线的工程实例，综合采用工程类比、现场监测和现场试验的方法，对长大基坑的间隔竖井法施工技术进行了初步探讨，结果表明间隔竖井法施工技术较传统施工方法更能有效控制下卧隧道的上浮变形。

隧道工程；基坑开挖；近接施工；上浮变形

近年来，我国地铁建设快速发展，地铁网络不断扩大且日趋密集，很难完全避免隧道近接施工的情况出现。上方基坑开挖卸荷会引起已建下卧隧道变形，如何控制上方基坑开挖卸荷过程中下卧地铁隧道的上浮和变形是目前亟待解决的难题。以往学者开展过相关问题的研究工作。例如，郑刚等[1]以天津地铁1号线某基坑工程为背景，结合实测数据，采用数值分析对隧道箱体两侧土体加固、浇筑底板与抗浮桩形成“保护箍”以及堆载回压等措施进行了研究，验证了以上保护措施的有效性。李志高等[2]结合实际工程，分析了基坑开挖对下卧地铁隧道的影响，提出了加固隧道上侧土体、利用桩的遮拦效应且考虑时空效应的基坑开挖方法，同时结合信息化施工来减少下卧隧道的上浮和变形。应宏伟等[3]结合典型算例，详细比较了软土深基坑考虑分段施工与不考虑分段施工时，基坑支护结构、支撑系统的受力及变形的变化，验证了采取分段施工可以有效控制软土地基上深基坑变形。魏纲等[4]采用有限元方法，对某过街隧道基坑工程开挖进行二维有限元模拟，研究了分层开挖、堆载、抗拔桩和土体加固对隧道位移的影响，得出了组合使用上述措施可以有效控制隧道变形。从以上文献可以看出，为保护下卧地铁隧道，在基坑开挖过程中大多采用了土体加固、分层分块开挖、施做抗拔桩、堆载回填等措施。

1 工程概况

深圳双界河路公路隧道采用明挖法施工，同时近似垂直上跨深圳地铁1号线、5号线和11号线，其中公路隧道距地铁1、5、11号线最小间距分别为0.43 m、4.86 m、3.25 m(图1)。公路隧道施工期间地铁1号、5号线已投入运营，11号线已竣工，本段工程施工重点就是尽量减少对地铁线路的不利影响。

该地段原始地貌为滨海滩涂，后进行过人工填海造地。2008年开始地铁大面积施工，该区域土方挖填量较大，标高变化大且无规律，后经多次无序填筑，地表以人工填土为主，大部分区域较平整。地铁1号、5号线隧道埋深约5.2 m，11号线隧道埋深介于8.9～9.2 m之间。

结合本工程施工实例，综合采用工程类比、现场监测和现场试验的方法，对长大基坑的间隔竖井法施工技术进行了初步探讨。

(a)隧道与道路相互关系平面

(b)公路道路与地铁11号线竖向剖面图1 深圳双界河路公路隧道和已建地铁线的关系

2 施工方法优选

为控制上方公路隧道施工引起的下卧地铁隧道变形，根据以往经验，最初采用了地基加固和施做抗拔桩相结合的方法以约束下卧隧道的变形。基坑开挖采用分区、分层台阶递进式开挖方法，每一区开挖至坑底时立即施作该区抗拔桩冠梁、连梁及抗隆起板。然而，前期采用这一方法施工过程中，地铁11号线左线隧道累计上浮最大达16 mm，大大超过警戒值10 mm。后经降水和覆土反压等措施才临时控制隧道上浮。

通过现场情况调查和监测数据分析，对施工方法进行了优化，最终采用了间隔竖井开挖方法，有效的控制了下卧地铁隧道的上浮变形。具体施工流程如下：

(1) 分块施工抗拔桩和地基加固注浆钢管桩，抗拔桩沿地铁隧道两侧设置。

(2) 对地下道路1号、2号匝道范围沿竖井边开挖轮廓线1 m施工双管旋喷桩，保证竖井及放坡开挖安全。

(3) 间隔开挖竖井。地铁11号线左右线各分为7个竖井，施工时先开挖左线，后开挖右线。左右线开挖各分为3个阶段，左线竖井开挖顺序为：第一阶段11-1、11-5，第二阶段11-3、11-7、第三阶段11-2、11-4、11-6；右线竖井开挖顺序为：第一阶段11-8、11-12，第二阶段11-10、11-14，第三阶段11-9、11-11、11-13。竖井平面布置见图2，竖井施工现场见图3。

图2 11号线竖井平面布置

图3 11号线竖井施工现场

(4) 施工井身。进行井身初期支护，开挖到底后，及时施做抗拔桩连梁和抗浮板，待其强度达到设计要求后进行下一区段竖井开挖。

(5) 竖井间隔全部施工完后，对竖井中间基坑沿地铁隧道横向放坡分台阶进行开挖。土方开挖也按照先开挖左线，再开挖右线的顺序施工，每条线土方开挖分3个阶段，具体开挖顺序同竖井施工顺序。

(6) 放坡开挖到底后，施做抗拔桩连梁和抗浮板，使其与竖井内抗浮板形成整体。

施工中进行了下卧地铁隧道的变形进行了监测，数据表明，在采取间隔竖井方法开挖后，地铁11号线最大上浮发生在左线隧道，变形为8.4 mm，较前期采用的传统施工方法减少了47.5 %，且小于警戒值(10 mm)。

3 间隔竖井开挖方法的作用机理分析

抗拔桩摩擦阻力会对一定范围内的基底隆起有一定的限制作用，当抗浮桩与抗浮板形成有效连接后，相当于在既有隧道周围形成一道 “保护箍”，可适当限制隧道的变形。

未开挖土体的自身强度和质量相当于在基坑开挖后对坑底进行堆载以防止坑底的隆起，在未开挖土体总质量不变的情况下，堆载越平均地分布在坑底对限制其隆起越有利，基底的隆起量随着开挖面积的减小而减小[5]。本工程采用间隔竖井施工方法，每次开挖面积小，且未开挖土体分布均匀，所以能有效降低下卧隧道产生的上浮变形。在竖井开挖到底后施做抗拔桩连梁与抗浮板形成的“保护箍”与后期放坡开挖后施做的抗浮板形成一个整体以控制隧道变形，结合间隔竖井分块小面积开挖的时空效应和堆载作用，施工方法取得了良好的控制下卧隧道上浮变形的效果。