淤泥质黏土层中盾构区间上方基坑开挖施工

2020-06-20杨泽民

工程建设与设计 2020年10期

杨泽民

（上海隧道工程有限公司浙江分公司，杭州310000）

1 引言

在社会经济快速发展的大环境下，轨道交通建设迎来爆发式增长，市区内工程施工面临地铁盾构区间的保护问题也越来越多[1]。本文以杭州南站东广场基坑开挖对已成型的盾构区间保护为契机，通过采取三轴搅拌桩土体加固及相应施工措施分析了基坑施工对盾构区间的保护，对后续类似工程具有借鉴作用。

2 工程概况

铁路杭州南站综合交通枢纽东西广场工程——东广场基坑南北宽388.2m，东西长365.4m，基坑深度8m，基底标高-12.00m，基坑面积110 308m2，桩筏基础，地下1 层，地上2 层。地铁5 号线火车南站站位于东广场内，地下3 层，地铁车站地下1 层结构属于东广场施工范围，东广场基坑开挖时，地铁车站地下第3 层、第2 层结构已完成，通火盾构区间正在掘进中，车站和站房之间的21.3m 长度（1～18 环）的盾构区间，位于3-2 淤泥质黏土层中，此层土物理力学性质差，具高压缩性，高灵敏度，盾构区间顶覆土16.32m，东广场基坑开挖8m，卸荷比约为1.63。通过盾构区间两侧非核心保护区土方开挖时的监测数据反馈，区间两侧土体卸荷的过程中，盾构区间向外侧有轻微位移，在灵敏度高、卸荷比大的条件下开挖盾构区间上方土体，需采取措施保证盾构区间的安全，如图1 所示。

图1 东广场与车站平面布置图

3 隧道保护措施

3.1 隧道内拉梁

隧道上方基坑土体加固前，在隧道内1 点钟、4 点钟、8 点钟、11 点钟方位用[22 的槽钢做联系梁，纵向加固30m，槽钢固定在隧道吊装孔上，使1～25 环隧道管片联系成整体，减少加固、开挖期间隧道纵向不均匀沉降[2]。

3.2 隧道外土体加固

为保证东广场基坑开挖期间隧道安全，设计采取φ850mm@600mm 门式三轴搅拌桩加固方案。加固范围为车站端头加固边至国铁围护结构边12.3m 范围，三轴搅拌桩水泥参量为20%。三轴搅拌桩加固宽42m，纵向长12.3m，加固至隧道顶1.5m，两侧加深段宽5m，加深段内侧距隧道边5m，加深段底与隧道底平，如图2 和图3 所示。

加固期间，采取以下措施保证减少隧道变形：（1）严格控制三轴搅拌桩技术参数，浆液流量：300～400L/min，钻杆下沉、提升速度：0.4～0.6m/min；水灰比：1.3～1.5；（2）搅拌桩施工时进行跳孔施工，跳孔距离横向不小于7m、纵向不小于4m，相邻桩施工间隔时间不小于3d；（3）使用6 块6×1m 路基箱均摊三轴搅拌桩基施工荷载，减少集中荷载对已成型盾构区间的影响；（4）配备三轴搅拌桩施工参数自动化质量监控系统，对成桩数据及时整理总结，并对成桩过程中各参数的异常情况及时采取有效措施，确保成桩质量；（5）加固期间采用自动化监测系统精准指导施工，如监测异常应停止施工，调整施工方案；（6）加固置换的土体及时翻至影响区外并外运[3，4]。

图2 通火盾构区间土体加固平面图

图3 通火盾构区间土体加固剖面图

3.3 开挖保护措施

结合盾构区间核心影响区21m×70m 范围内工程桩位置图，对于盾构区间核心影响区范围土体开挖总体顺序为：（1）第一阶段土方开挖从现状至标高-8m 处，土方量约5 000m3，采用机械开挖，共配置2 台PC320 挖机、45 台运输车，3d 完成。开挖过程中沿车站主体地墙边及时修筑10m 宽出土坡道，坡道坡度不大于1∶7。（2）第二阶段开挖至-12.0m，开挖厚度4m，分成5 个区块，总土方量约5 205m3。先开挖1#土块→施工1#垫层、防水、底板→同步对称开挖2#、3#土块→施工2#、3#垫层、防水、底板→同步对称开挖4#、5#土块→施工4#、5#垫层、防水、底板。如图4 所示。

图4 盾构区间影响核心区土体分块图

开挖过程中，采取以下措施保证减少隧道变形：（1）严格按“时空效应”原理，做到“分层、分块、分段、对称、平衡、限时”开挖土体；（2）盾构区间内安排专人24h 不间断进行巡查，并根据隧道内的监测数据，及时调整开挖工况并对隧道采取相应保护措施，保证隧道安全；（3）安排经验丰富的施工员指挥挖机，对于1#区块做到不超挖、不欠挖；对于2#、3#、4#和5#区块做到同步对称开挖，确保基坑开挖对坑外土体的扰动最小；（4）在东广场基坑东侧设置临时卸土点，确保核心区土方开挖快速、连续；（5）严格按照DB33/T 1139—2017《城市轨道交通结构安全保护技术规程》[5]相关规定利用时空效应开挖，挖至基底标高后6h 内完成30cm 厚C30 早强素混凝土垫层浇筑，5d 内施工完成相应区块底板。

4 监测

根据众多深基坑开挖的工程经验，现场监测对于深大基坑的土方开挖和地下室施工是必不可少的重要环节。现场监测，能及时获取基坑开挖过程中围护结构及周围土体的受力与变形情况，掌握基坑开挖对周围环境的影响，有效地指导施工，及时调整施工措施，确保周边建筑物、道路和地下管线的绝对安全。为保证监测数据的及时性和有效性，反应隧道变形的动态连续发展过程，便于及时指导施工，在隧道内采用自动化监测，沿隧道纵向每3 环布置一个监测断面，每个断面5 个观测点，如图5 所示。

图5 隧道横断面监测布点示意图

从2018 年12 月9 日开始加固施工，2019 年4 月7 日盾构区间核心影响区底板封底，至监测工作结束，隧道上方土体加固期间，隧道变形值控制在1mm 以内，土方开挖期间隧道整体轻微上浮，累计变形控制在6mm 以内，没有超过安评报告要求的隧道变形控制指标±8mm。隧道变形可分3 段，第1段（15～21 环）竖向位移变化最大，原因分析为国铁围护结构（对应18 环）是SMW 工法桩，核心区开挖时围护桩内插型钢已拔出，桩体加固土体可能被破坏，对盾构区间的约束较小；第2 段（9～15 环）竖向位移变化其次，原因分析为土体采用的“跳幅”加固方法，导致每幅桩不连续，加固土体整体性不好；第3 段（0～9 环）竖向位移变化最小，原因分析为此段为盾构始发前洞门加固，加固土体整体性好，对盾构约束较大[6]。