紧邻地铁隧道的地下障碍物清障技术研究

2021-10-14丁剑磊

建筑施工 2021年6期

丁剑磊

上海建工一建集团有限公司上海 200120

随着上海浦东地区后世博时代的发展，众多地下空间被开发与再利用，很多项目在基坑施工过程中常遇到地下障碍物清理施工的难题[1-4]，特别是越来越多的项目地块紧邻地铁。邻地铁侧施工，保护要求高，施工造成的扰动要求小。如何在保证地铁安全的前提下，快速、经济、高效地完成地下障碍物的清理，是项目施工的关键所在。

1 工程概况

背景工程位于上海市浦东新区东育路杨思西路交界处，基坑北侧紧邻轨交8号线，南侧紧邻轨交6、11号线，与地铁隧道最近距离10 m。基坑开挖深度19.9～22.1 m，基坑分区及与邻近地铁的位置关系如图1所示。

图1 基坑分区平面示意

基坑沿济阳路一侧距本工程设计基坑3.5 m位置存在一组能源管线，由2根DN900冷水回水管和2根DN600热水供水管的压力管线组成，埋深约2.5 m，差异沉降及变形要求为每50 m不超过1 cm，保护要求极高。

现场围护槽壁加固在施工过程中发现1根直径1.8 m、壁厚16 mm的水管，该管线未在前期勘察资料中列出。经排摸后确定为废弃原水管，自济阳路侧能源管下方斜穿至东育路侧轨交8号线上方，管顶埋深3～4 m，红线范围内遗留管线影响基坑围护施工，水管与基坑的位置关系如图2所示。

图2 废弃原水管平面示意

2 清障施工难点

根据现场实勘，该原水管为废弃支管，东育路以西已截断，济阳路以东仍与主管连接。经排查，管内留有原水，故需将该支管与主管相连的阀门关闭并将管内残留原水抽排后，才能进行管线清理。由于待清管线较长，阀门较远，抽排时间较长，势必影响清障进度及周边环境安全。

由于水管埋藏较深，土方开挖量大，清障部位西侧靠近轨交8号线隧道及东育路人行道，东侧紧靠需保护能源管线。场地自然标高以下3.5～5.8 m为回填建筑垃圾，一般开挖极易引发坍塌，主要环境隐患如下：

1）济阳路侧原废弃水管下穿保护能源管，且能源管的回水管均为压力管道，清障开挖深度已超过能源管埋深，开挖势必影响能源管线安全。

2）东育路侧轨交8号线埋藏较浅，仅为10 m，清障施工极易对地铁区间隧道造成扰动，影响地铁安全。

3 清障施工方案

3.1 方案制定

由于需排空原水管内残留水后才能继续清障，为保证基坑围护施工进度不受影响，原水管清障自济阳路向东育路方向分4个阶段进行：济阳路侧管道开挖，抽排管内原水及清理部分水管→清理地铁保护区50 m范围外影响中隔墙施工范围内的管道→清理邻轨交8号线东育路侧影响地下连续墙和槽壁加固施工范围内的管道→剩余区域清障，在外圈地下连续墙完成后实施，减少开挖对周边管线的影响。

3.2 能源管侧临时支护

济阳路侧待清障碍物埋藏较深且下穿能源管，开挖采取临时钢板桩支护，基坑支护形式采用12 m长小企口拉森V号钢板桩＋2道型钢支撑，原水管处拉森钢板桩无法入土位置采用高压旋喷桩加固，具体管侧围护措施如图3所示。

图3 能源管侧临时支护

3.3 地铁侧临时支护方案比选

由于该位置障碍物靠近轨交8号线保护区，且埋藏较深，针对地铁方面保护要求及现场实际情况，采取以下3种方案进行比选：

1）采用全套管全回转钻机[2]（CD机），清理影响地下连续墙及槽壁加固施工范围内的原水管，待地下连续墙全部完成后，开挖清理剩余原水管。

2）采用12 m长小企口拉森V号钢板桩＋型钢支撑形式，开挖后切割原水管。

3）采用全方位高压喷射工法[3]（MJS），工法桩内插型钢＋型钢支撑形式，开挖后切割原水管。

方案1虽可避免因开挖清障的土体卸载造成的地铁管线上浮隐患，但由于CD机采用切削形式，强大的回转扭矩会带动水管扭动，造成地铁隧道上方土体扰动，影响地铁安全。方案2中拉森钢板桩采用1∶1插入比，插入深度与地铁埋深相同，振动法压桩可能会对隧道管片造成一定影响。方案3中MJS工法桩由于采用孔内强制排浆和地内压力监测等措施，可通过调整强制排浆量来控制地内压力，较常规高压喷射注浆工艺可大幅减少对环境的影响，从而有效地降低对地铁的扰动，但相较常规注浆工艺经济成本较高。

通过对上述方案的比较，结合地铁保护要求及经济效益分析，对邻地铁侧原水管清障方案进行优化，选用临时支护的开挖清障方式，临时基坑支护采用紧靠地铁侧MJS工法桩＋远离地铁侧拉森钢板桩＋2道钢支撑，MJS工法桩长根据地铁方要求减少至9 m，桩底深度不超过地铁管顶埋深。对于回填土位置，采用MJS工法桩替代三轴搅拌桩槽壁加固，桩深同原设计槽壁加固深度，确保后期地下连续墙施工质量（图4）。

图4 地铁侧临时支护

4 施工关键技术

4.1 保护措施

MJS工法桩施工前，先进行现场放样，确定原水管及临时支护桩的具体位置，并上报地铁监护，对轨交8号线管线位置复核后再施工MJS工法桩。经2次勘探，东育路侧原水管位置如图5所示。

图5 原水管勘探点布置

4.2 邻地铁清障施工流程

先施工邻地铁侧MJS工法桩，再施工远离地铁侧钢板桩，减少因钢板桩压桩施工对地铁造成的扰动。临时支护完成后，在养护期间，管线切割设备提前进场，确保开挖当日完成管线切割及蒙板。清理完成后对基坑进行回填加固，靠近地铁侧钢板桩在土体回填加固后保留。

4.3 MJS工法桩内插型钢施工技术

4.3.1 施工工艺及参数

鉴于施工紧靠地铁，常规MJS工法桩内插型钢施工工艺采用先插后喷的方式，先插型钢造成的扰动可能对地铁管线结构产生不良影响，故本次施工采用先喷后插方式，以减少对土体的扰动。

MJS工法桩自远离地铁侧开始施工，同时针对施工参数进行试桩试验，试验为原位试验，根据试验结果调整注浆压力、提升速度等相关参数。同时由于MJS工法桩成桩速度缓慢，施工工艺及提升速度需要配合H700 mm× 300 mm×13 mm×21 mm型钢在水泥加固土硬化前完成就位，故对MJS施工参数进行优化，具体参数如下：桩径2 200 mm，水泥掺量35%，水灰比1∶1，水泥浆压力40 MPa±2 MPa，主空气压力0.7 MPa，主空气流量1.0～2.0 m3/min，倒吸水压力0～20 MPa，倒吸水流量0～50 L/min，提升速度29 mm/min，转速3～4 r/min，地内压力系数取1.3～1.8，成桩垂直度≤1/200。

4.3.2 MJS施工注意要点

1）引孔下杆：采用工程钻机引孔至设计深度后，成孔前要保证地面的平整，并要对钻机调平，垂直度≤1/150。钻头到达预定深度后，开始校零，然后设定各工艺参数。

2）定位置喷射：先开倒吸水流和倒吸空气，在确认排浆正常时，打开排泥阀门，开启高压水泥泵和主空气空压机。首先用水向上喷设50 cm，压力为10 MPa，然后把水切换成水泥浆，钻杆重新下放到位后开始向上喷射水泥。

3）提升喷射：在开启高压水泥泵时，压力不可太高，应逐步增压，直到达到指定压力，在达到指定压力并确认地内压力正常后，才可开始提升摆喷。水切换成水泥浆时，压力会自动上升，压力有突变时方可调节压力。

4）地内压力控制：施工时为保证压力不影响周边隧道管线，施工时密切监测地内压力，压力不正常时，必须及时调整排浆阀大小，控制地内压力在安全范围以内。

4.3.3 H型钢施工

型钢插入部分均匀涂刷减摩剂。安装好吊具及固定钩，然后用吊机起吊H型钢，用线锤校核其垂直度。在沟槽定位型钢上设H型钢定位卡，固定插入型钢平面位置，然后将H型钢底部中心对正桩位中心并沿定位卡徐徐垂直插入土内，采用线锤控制垂直度。H型钢下插至设计深度并达到一定硬化后，将吊筋及沟槽定位型钢撤除。管线切割基坑回填后，仅拔除影响地下连续墙施工的部分型钢，其余邻近地铁侧型钢保留，避免二次扰动。

4.4 拉森钢板桩间止水技术

本工程场地内潜水埋深0.60～1.60 m，埋藏较浅。由于远离地铁侧采用小企口拉森V号钢板桩作为临时支护，管线为整体穿越基坑状态，临时支护无法对基坑形成有效的止水封闭效果。故针对钢板桩无法入土位置，在待清管线外侧增加4根MJS工法桩，设计桩径2 400 mm，搭接800 mm，间距1 600 mm，桩长9 m。利用MJS工法桩止水加固[4]结合小企口拉森钢板桩的形式形成有效止水帷幕（图6）。

图6 止水帷幕设计

待全部MJS工法桩完成后对施工质量进行检验，对加固区域内取芯试验，检查内部桩体的均匀程度及其抗渗能力，加固土体28 d无侧限抗压强度≥1.5 MPa。

实际基坑开挖后，坑内无明显积水及坑外潜水流入，止水帷幕止水效果达到开挖要求。

5 管线开挖的施工要求

在基坑围护结构养护期间，土方开挖、原水管切割等设备进场，提前做好开挖准备工作，待围护结构养护达到强度后，即开始基坑开挖及原水管切割吊运，原水管吊运完成后随即进行土方回填。基坑土方开挖至土方回填须在24 h内完成，确保基坑的稳定性及施工过程对地铁隧道及能源管线无影响。水管清除后，立即用优质的土壤回填并压实，压实后的土壤再掺入8%普通硅酸盐水泥，加强土壤密度和稳定性，避免后期施工时出现坍孔、土方下沉等现象。为防止对能源管及地铁隧道区间的二次扰动，靠近能源管及地铁侧钢板桩在土体回填加固后不拔出，避免因拔出拉森钢板桩造成的土体扰动对能源管形成二次影响。