软土地区地下通道上跨运营地铁区间的保护措施研究

2017-06-26王维朋

城市道桥与防洪 2017年6期

关键词：坑底抗拔区间

王维朋

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市200092）

软土地区地下通道上跨运营地铁区间的保护措施研究

王维朋

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市200092）

近年来，地铁相关部门对于地铁保护区范围内的工程建设影响的控制要求日益严格。软土地区城市地下通道上跨运营地铁区间隧道保护措施复杂。从控制地下通道施工卸载的角度出发，对上海虹桥迎宾一路地下通道斜交上跨地铁10号线区间的保护措施进行研究分析，为类似上跨地铁区间的地下工程设计、施工提供有益参考。

软土地区；地铁区间；地下通道；上跨；卸荷；抗拔桩；保护措施

0 引言

随着城市基础设施大规模建设，市政交通地下通道上跨运营地铁区间的情况经常出现。上海软土地区地质条件差，地下通道上跨地铁区间工程难度较大。近年来，上海已有不少地下通道上跨地铁区间的案例，如东方路下立交上跨地铁2号线区间[1]、杨高路下立交上跨地铁2号线盾构区间[2]、大统路地下通道上跨地铁1号线区间[3]等。地下通道与地铁区间隧道净距均较小（不大于7 m），基本上采用对坑底以下土体加固配合抗拔桩等措施，施工中充分利用时空效应来控制运营隧道的变形和位移。以往对于地下通道与地铁隧道净距较大(10 m以上)的情况，基坑施工中多不对地铁隧道采取比较严格的附加保护措施。但是，近年来地铁管理部门关于地铁保护区范围内的工程建设对地铁隧道影响的控制要求日益严格，逐渐形成严格限制影响范围内加、卸载的地铁保护原则，要求地铁保护区范围内任何工程活动均应采取措施严格控制加、卸载量。本文从控制地下通道施工卸载的角度出发，研究迎宾一路隧道斜交上跨地铁10号线区间的保护措施，为类似上跨地铁隧道的地下工程设计、施工提供参考。

1 工程概况

该工程位于上海虹桥商务东片区，地下通道位于友乐路与迎宾一路交叉口处，与地铁10号线1号航站楼站—上海动物园站区间隧道约55°斜交（见图1）。地下通道上跨地铁10号线隧道，地下通道基坑宽度10 m，基坑深度在4～6.5 m，地铁隧道埋深约17 m，地下通道基坑底距离地铁区间隧道顶部最小净距约11.5 m（见图2）。依据相关要求，地下通道施工期间需要采取相关措施，不能影响地铁10号线正常运营。

图1 地下通道平面布置

图2 地下通道纵断面布置

2 工程及水文地质条件

场地内主要土层为：①1填土、②1黏土、③淤泥质粉质黏土、③t粘质粉土夹粉质黏土、④淤泥质黏土，⑤1-1淤泥质粉质黏土、⑤1-2粉质黏土、⑤2-1粘质粉土夹粉质黏土、⑤2-2粉砂、⑤2-3粉质黏土与砂质粉土互层、⑤2-4砂质粉土与粉质黏土互层、⑦2粉砂等土层。地下水埋深一般为地表下0.5～1.0 m。地层分布及物理力学参数见表1。

表1 土层物理力学性质参数表

该工程拟建地下通道与地铁隧道斜交，地层条件较差，地下通道底板以下为深厚淤泥质土层③、④层土，地铁隧道位于⑤1-2、⑤2-1层土，地层物理力学性能较差。

3 地铁隧道保护要求

根据《城市轨道交通结构安全保护技术规范》（CJJ T202—2013）的安全控制相关要求，在已建隧道两侧及上部加、卸载等工程施工活动，应满足如下隧道保护的控制指标：（1）任意点的附加位移和沉降小于等于2 c m；（2）施工引起的隧道的附加曲率半径大于15 000 m，相对弯曲小于1/2 500等。

从上海几十年来的地铁运营监护经验及相关研究资料发现，地铁隧道周边地层受工程活动扰动后，由于地层的蠕变性，地铁隧道变形、位移收敛缓慢。为此，近年逐渐形成控制地铁周边加、卸载的保护概念，严格控制地铁隧道周边工程活动对隧道周边土体加、卸载，避免隧道长期变形、位移值超出地铁隧道保护标准。

4 基坑工程设计方案

4.1 总体方案分析

该工程地下通道上跨地铁区间隧道，基坑深度最大约6.5 m，坑边3 m外有通信、污水等管线，管线底埋深最小约1.5 m。综合基坑稳定性、变形及技术措施的经济性，基坑围护体系拟采用Φ650@450SM W工法桩，内支撑可采用Φ609钢管撑或钢筋混凝土支撑。

根据地铁保护相关要求，需对地铁采取变形控制措施。经研究，拟采用抗拔桩+压顶板的措施。抗拔桩设置在隧道边线外侧及上下行隧道之间，共三排；坑内及坑底土体采用水泥土搅拌桩加固。方案设计应采取措施保证基坑及地下通道施工不影响地铁运营。

4.2 基坑支护方案设计

基坑围护设计从工程实施角度出发，设计上结合现场施工条件，保证基坑分块、对称、快速施工，充分利用时空效应，以有效利用抗拔桩对地层变形释放的约束，达到利用抗拔桩补偿地下通道施工卸载的目的（见图3、图4）。以下详细介绍基坑支护设计方案及相应措施。

图3 基坑围护平面图

图4 基坑围护纵断面图

（1）基坑分块施工

为满足地铁10号线的安全运营，地铁运营期间不能施工，每天施工时间只有5 h。为此，根据该工程基坑的实际条件，上跨地铁区段基坑施工共分6个区块，分步、对称、快速施工。基坑分块如图5和图6所示，基坑分块施工工序如图7所示。

图5 基坑分块及支撑平面布置

图6 基坑分块横断面图

图7 基坑开挖施工流程

每个区块施工在一个地铁停运期间施工完成，主要工序有：土方开挖，破抗拔桩桩头，压板预制钢筋笼吊放，本区块压板钢筋笼与周边区块混凝土压板的钢筋连接，浇筑混凝土并养护。压板混凝土经过24 h养护，及时压载30 k N混凝土块。

按上述顺序施工直至完成地下通道上穿地铁隧道区域的基坑开挖及压板施工。最后一块压板施工完成并达到80%设计强度后，撤除压重，在已施工完成的混凝土压板上快速施工地下通道结构。

施工应保证工序之间的连续性，不得间隔过长时间。期间加强施工监测，尤其是地铁隧道的变形及位移监测，并根据监测结果采取必要的应急措施。

（2）抗拔桩设置

通过数值分析拟定采用600 mm直径钻孔灌注桩，有效桩长40 m，基坑范围内沿隧道每侧布置6根。桩径小有利于避免灌注桩成孔过程中塌孔，保证隧道安全，可以保证每根灌注桩能够在地铁一个夜间开天窗时间内施工完成。

（3）抗拔桩压顶板

地下通道底板下设抗拔桩压顶板，抗拔桩与压顶板可靠锚固，压顶板与地下通道结构脱开，减小地下通道的施工难度。为保证抗拔桩能够尽快发挥对坑底土体的约束作用和整体的施工速度，压板混凝土采用早强混凝土。

（4）基坑土体加固

为保证穿越段基坑分区开挖，需对坑底以上土体进行搅拌桩加固，保证分区开挖时周边土体稳定性。基坑加固采用三轴搅拌桩加固，竖向加固范围为地表以下1 m至坑底以下5 m。

在基坑分块开挖过程中，周边满堂加固区未开挖部分能有效约束开挖区块的底部土体的回弹隆起及变形释放。结合压顶板的及时浇筑和压重措施，能够很好地控制坑底土变形释放。

加大坑底土体搅拌桩加固深度，减小坑底土因开挖卸载导致的土体回弹变形，在一定程度上可以减小隧道以上浅层土体回弹导致的抗拔桩轴力的增加，降低抗拔桩设置的桩径和长度。

（5）围护及支撑布置

因每个分块的土方开挖及压板施工要在地铁夜间停运的5 h内完成，时间紧张。压顶板钢筋笼采用预制吊装的方案。为满足钢筋笼吊装要求，该节点基坑围护采用顶部一道钢筋混凝土内支撑，支撑间距增大到10 m。为保证坑外土体变形满足周边管线变形要求，采用650@450工法桩基坑围护形式，型钢跳一插二；增大冠梁水平面内的界面刚度，冠梁尺寸采用800 mm(竖向)×1 400 mm（水平）。