地铁矿山法隧道穿越物业基坑设计与实践探讨

2019-03-06周勇全赵磊军

山西建筑 2019年6期

周勇全赵磊军龚拼

(1.中铁第六勘察设计院集团有限公司，天津 300000；2.湖南工程职业技术学院，湖南长沙 410000)

0 引言

城市建设中，物业基坑工程位于地铁隧道上方的情况经常出现[1,2]。目前，业内对物业基坑开挖对地铁隧道影响的研究成果不少，但针对物业开挖后地铁隧道为超浅覆土、后综合体物业加载对地铁隧道安全分析成果较少且多为基于理论的数值模拟分析结果，缺少以工程实践作为支撑的成果[3-6]。本文通过实际工程，研究基坑开挖、回筑对下穿既有地铁隧道的影响。

1 工程概况

1.1 隧道工程概况

岗头站—雪象站区间隧道下穿佳兆业城广项目综合物业，隧道最小埋深19 m，地层自上而下为：素填土、砾质粘性土、全风化花岗岩、强风化花岗岩、块状强风化花岗岩。隧道洞身所处地层为全、强、中风化岩层，围岩等级为Ⅵ级。隧道衬砌支护措施为：φ108大管棚(t=8 mm)，环距0.4 m；拱部120°φ42小导管(t=3.5 mm)，L=3.5@1.5 m，每三榀打一次，环距0.4 m；双层Φ8钢筋网150 mm×150 mm；型钢钢架，纵向间距500 mm；C25，P6湿喷早强混凝土350 mm厚；拱顶400 mm，仰拱500厚C35,P10模筑衬砌。其平面及断面图见图1，图2。

1.2 基坑工程概况

佳兆业城市广场物业拟建地下2层、地面5层综合商业体，基坑深度16 m。该基坑围护结构采用φ1.0 m@1.8 m,C25灌注桩加旋喷桩桩间止水帷幕，竖向设置2道4×15.2预应力锚索L=26 m@2.0 m锚固长度20 m、间距5.5 m,4.0 m,4.1 m。基底设置φ1.8 m桩基础桩长不小于12 m按嵌入中风化端承桩设置，底板结构厚度为1.8 m，为上部受力转换结构，物业基础与地铁隧道受力分离。

1.3 隧道与基坑位置关系及建设时序

此隧道在基坑内左线长度135 m，右线长度203 m，隧道洞身原状埋深12 m，佳兆业物业开挖后最小覆土为3 m。基坑开挖至地面以下7 m时因故停工，经双方协商后明确先地铁施工、后佳兆业物业施工。地铁区间洞通后两个月，基坑复工开挖、计划两个月后开始物业主体回筑。

2 风险识别与处理措施

2.1 自身风险

隧道自身风险分析如下：下穿物业基坑地段隧道位于风化槽上方，洞身围岩为全、强风化岩层及残积土层，其天然状态下物理力学性质较好，遇水易崩解，饱和状态下受扰动后，易软化变形，强度、承载力骤减，造成围岩失稳。物业基坑开挖降水和回筑过程会对地下水位产生影响可改变围岩强度使隧道发生变形。

设计措施为地铁隧道施工时采取洞内止水帷幕及大管棚支护，开挖时采取超前支护系统，加强围岩稳定；采取初支钢架加密、加强纵向连接筋设置以增强结构强度、刚度。

2.2 外部风险

1)开挖工况风险。

隧道上部基坑最大开挖深度达16 m，基坑开挖后地铁隧道覆土仅3 m，存在隧道上浮变形过大甚至结构破坏的风险；针对开挖工况风险分析如下：开挖后的卸载引起的回弹量引起基底隆起。

2)回筑工况风险。

基坑物业回筑加载过程，隧道周边围岩应力场变化影响隧道结构安全。针对物业回筑工况风险分析如下：桩基随上部荷载增加达到稳定受力过程会产生位移；物业底板与桩基节点形成有效受力体系时结构产生变形。

外部风险处理措施见表1。

表1 外部风险处理措施方案

3 现场实测及分析

为确保施工期间地铁隧道结构的安全，对地铁隧道左、右线进行监测。设置的隧道监测项目如下：沿隧道纵向每10 m布置一个监测断面，每个监测断面包含2个拱顶下沉监测点及2个周边收敛监测点[10]，监测结果如图3，图4所示。

由开挖完成的左右线拱顶累积沉降曲线可知，隧道纵向隆起曲线基本呈正态分布的结论；基坑开挖完成之后，基坑范围内，隧道拱顶产生竖直向上的累积位移，而基坑范围之外，隧道拱顶出现向下的累积位移，这种情况符合前文的分析：基坑内土体开挖引起隧道上方卸载，基底回弹，隧道拱顶产生向上的位移，而隧道的拱顶位移量并未超过地铁隧道的允许变形量，证明抗浮锚杆措施可有效控制隧道上浮变形。

由回筑完成之后的拱顶下沉累积曲线可知，回筑过程中基坑范围内的隧道拱顶下沉，而基坑范围之外的隧道拱顶基本上稳定。而回筑过程中，位移较小，证明采取的临时支架措施取得了较好的效果。

由现场的拱顶位移监测结果分析可知，在既有隧道上面开挖基坑时应及时回筑，以限制隧道上浮较大。

由基坑开挖结束时的隧道周边收敛曲线可知，基坑开挖导致开挖区域的隧道的水平向收敛绝对值减少，即水平向向内收敛(产生压缩)减少，经过分析得出如下结论：基坑内土体开挖引起隧道上方卸载，基底回弹，隧道结构受到的侧向压力减少，隧道结构及围岩的部分弹性变形恢复。由回筑后的隧道周边收敛曲线可知，开挖范围外隧道段已经基本稳定。而回筑的过程中，开挖区域的隧道周边收敛绝对值增大。经过分析可知，回筑造成隧道结构所受的水平荷载增大，隧道收敛增大，这一点与前文得到的基坑内回筑对隧道的影响的结论相同。