快速路上跨地铁隧道MJS加固技术研究

陈杰华

（广东华隧建设集团股份有限公司 广州510800）

0 引言

我国作为建筑大国，在技术、数量、规模等方面均处于世界前列，而近几十年以来我国建筑越见繁荣，在形式上更是多种多样［1］。在房屋建筑领域，城市快速发展，楼房越来越多，楼层越建越高，而随之地基也是越打越深；在交通建设领域，道路、桥梁、地铁、高铁、火车等现在已经非常发达，在数量上我国处在世界前列。但现有的繁荣并非建筑领域的终点，我国还将大力发展建筑，新建建筑的同时必然要考虑已有建筑的保护，保护已有建筑的同时继续大力发展建筑是必然的选择［2］。

在很多时候，由于诸多考虑，设计阶段无法避免地出现新建建筑与已有建筑出现交叉且间距较小的情况，例如上跨地铁明挖建设行车隧道、顶管下穿高速公路、盾构下穿飞机场等［3］。

近年来，众多学者对地铁上方基坑施工引起的隧道上浮及控制措施，进行了大量的研究和应用［4、5］。对于基坑直接开挖对既有隧道的上浮问题，常见的处理方法有地层加固、分段跳槽开挖和设置抗拔桩等［6］。张滔等人［7-9］提出了上跨既有运营隧道的基坑“弹钢琴式”开挖方法。吴剑秋等人［10］通过三维有限元分析，验证了利用转换板结构保护地铁设置的可行性。

本文在结合前人研究的基础上，以长沙湘府路（湘江大道-浏阳河西岸）快速化改造工程为背景，研究如何解决直接开挖基坑将会引起隧道上浮的问题，提出采取上跨隧道使用沉降可控的MJS 垂直桩加固方式后，跳糟分段开挖基坑，在施工完后进行沉隆数据的总结分析，满足设计要求范围，说明MJS 垂直桩加固方式能有效减少基坑卸载引起的隧道上浮，为今后类似工程提供借鉴。

1 工程背景

长沙湘府路（湘江大道-浏阳河西岸）快速化改造工程在书香路西侧～刘家冲北路东侧段采用隧道方式敷设，隧道全长约2 150 m，双向六车道，隧道宽约29.2 m，采用明挖顺筑法施工。该快速化改造工程在芙蓉南路口上跨长沙市轨道交通1 号线友谊路站-省政府站区间隧道为A53节段。施工平面示意图如图1所示。

长沙地铁1 号线目前已经投入运营，湘府路隧道A53 节段基坑若直接开挖将会引起1 号线友谊路站-省政府站区间此段盾构隧道的上浮以及管片的附加应力，影响运营安全。因此在湘府路隧道A53 节段开挖前需对1 号线友谊区间此段隧道进行加固处理，同时考虑到本段地质条件较差，圆砾与砂卵石层较厚，加固效果有限，仅凭加固难以实现保护的目的，在1号线隧道两侧施做三排抗拔桩，在湘府路隧道A53 节段开挖时，采用跳糟分段开挖，将同一排抗拔桩采用板连成整体，形成板凳桩，板凳桩的刚度较大，从而可以抵抗开挖土体产生的回弹，以确保地铁1 号线的安全运营。

图1 施工平面示意图Fig.1 Construction Plan

2 工程概况

2.1 加固概况

MJS垂直桩加固，加固体竖向范围为拱顶以上4 m，两侧加固至盾构隧道底，东西向两侧加固范围为隧道两侧3.7 m。加固体距既有地铁隧道保持1.5 m（水平）及1 m（竖向）的安全距离。MJS垂直桩咬合不小于0.4 m，加固的有效直径为2.0 m。本工程MJS 垂直桩共有336 根，包括A、B、C 共3 种桩型，A 型桩89 根（桩长14.85 m，其中空桩4.85 m，全圆实桩10 m，编号A1～A89）、B型桩71根（桩长14.85 m，其中空桩4.85 m，全圆实桩3 m，半圆实桩7 m，编号B1～B71）、C 型桩176 根（桩长7.85 m，其中空桩4.85 m，全圆实桩3 m，编号C1～C176）。在施工过程中先施工B 型桩体，再施工A 型桩体，最后施工C 型桩体。MJS 加固平面布置如图2a 所示，剖面（垂直地铁方向）如图2b所示。

2.2 施工监测

MJS 加固阶段风险源主要为1 号线运营隧道，业主方委托第三方自动化监测单位对隧道进行过程监测。1号线区间隧道检测控制指标参考如表1所示。

监测点覆盖范围55 m，即加固范围外扩约10 m范围。监测范围共分为11个监测断面，每个断面间隔5 m各设7 个监测点。隧道监测点平面布置如图3a所示，剖面布置如图3b所示。

3 加固方案确定

原加固方案采用地面注浆加固：①注浆加固体竖向范围为拱顶以上3 m，两侧加固范围为两侧各3 m。②注浆加固体距既有隧道保持水平方向1.5 m 及竖向0.8 m 的安全距离，避免加固时损伤现有管片结构。③在地铁开通运营前在隧道洞内适当采取压重及支撑措施。

图2 MJS加固平面及剖面布置Fig.2 MJS Reinforcement Plan and Section Layou

表1 1号线区间隧道检测控制指标参考Tab.1 Reference of Detection and Control Indexes of Tunnel in Line 1

图3 隧道监测点布置Fig.3 Layout of Tunnel Monitoring Points

后加固边界条件发生重大变化：①地铁1 号线净距由原要求不小于3 m，调至局部2 m，平均2.5 m；②地铁隧道已于2016 年6 月底开通运营，安全风险等级高，在地铁运营前完成加固未实施。由于地铁1 号线盾构隧道已经投入运营，确保运营地铁安全至关重要，若按原加固方案实施，工程存在重大风险。加固方案比选如表2所示。

采用MJS 工法存在以下优势，且能确保地铁隧道运营及结构安全：

⑴加固施工过程中采用置换的方式进行加固，相比旋喷可降低施工过程中对地铁的影响，同时通过定性、摆喷等方式可确保隧道周边不产生较大附加应力。

⑵MJS 工法对圆砾、卵石地层适应性强，能满足大桩径、施工质量高、加固强度高的要求。根据长沙地铁4 号线下穿2 号线的成功经验，加固体取芯强度可达到3～6 MPa，且取芯连续，可满足加固设计要求。

⑶MJS 施工精度高、施工质量可控，可确保地层加固完整、连续，确保地铁1号线运营隧道安全。

通过方案比选最终选取了MJS垂直加固的方式。

表2 加固方案比选表Tab.2 Comparison of Reinforcement Schemes

4 加固效果

4.1 隧道变化

在MJS 施工区域及邻近的隧道段设有11 个监测断面，其中监测断面3～9为MJS加固范围。

4.1.1 高程变化

MJS加固完成后，加固范围上行线隧道沉降：-0.93～0.83 mm；加固范围下行线隧道沉降：-0.65～0.99 mm。MJS施工期间隧道上、下行线沉降情况如图4所示。

图4 MJS施工期间隧道上、下行线沉降情况Fig.4 Settlement of up and down Lines of Tunnel during MJS Construction

4.1.2 道床沉降差

MJS 加固完成后，加固范围上行线隧道道床沉降差：-0.26～1.81 mm；加固范围下行线隧道道床沉降差：-1.59～0.26 mm。MJS 加固期间隧道上、下行线道床沉降差如图5所示。

图5 MJS加固期间隧道上、下行线道床沉降差Fig.5 Settlement Difference of Track Bed of up and down Line of Tunnel during MJS Reinforcement

4.2 桩体质量

MJS 垂直桩完成后应采用取芯等手段检测加固效果，抽芯检测沿东西方向按地铁1号线隧道西侧、中部、东侧每个横断面检测3 根，每5 m 一个断面，且不小于6 个断面。共取18 个位置进行抽芯检测抗压强度，结果均≥1MPa（设计要求），取5个位置进行压水试验检测渗透系数，结果≤5×10-5 cm∕s（设计要求），同时开挖过程中挖出大量的加固土体。

5 结语

本文以长沙湘府路（湘江大道-浏阳河西岸）快速化改造项目为依托，提出采取上跨轨道交通1 号线隧道使用沉降可控的MJS 垂直桩加固，跳糟分段开挖基坑的方式。探讨了MJS 垂直桩加固隧道的变形情况及桩体检测情况，解决直接开挖湘府路隧道A53 节段基坑将会引起1 号线友谊路站～省政府站区间隧道上浮以及管片附加应力影响运营安全的问题，得到结论如下：

⑴在上跨地铁隧道基坑开挖，会引起隧道的上浮，在基坑开挖前应做好加固等保护措施。

⑵提出一种沉降可控的MJS 垂直桩加固+板凳桩的施工方式。该加固方式在距离既有运营隧道很近的情况下，不影响隧道进行可靠的地层加固，结合板凳桩和跳糟分段开挖基坑，避免地铁隧道上浮。

⑶由MJS 垂直桩加固完成后的主要隧道检测值分析可知：加固范围上行线隧道沉降：-0.93～0.83 mm（控制值＜20 mm），加固范围下行线隧道沉降：-0.65～0.99 mm（控制值＜20 mm）；加固范围上行线隧道道床沉降差：-0.26～1.81 mm（控制值＜4 mm），加固范围下行线隧道道床沉降差：-1.59～0.26 mm（控制值＜4 mm）主要隧道检测值均满足设计要求，施工期间不影响既有线路的运营，证明MJS 垂直桩加固+板凳桩的施工方式对地铁隧道的抗浮是有效的，以上分析结果对今后的类似工程具有一定的参考价值。