三轴搅拌桩近距离施工对既有运营地铁隧道的影响分析

2021-10-16史剑

工程质量 2021年9期

史剑

（江苏东印智慧工程技术研究院，江苏南京 210000）

0 引言

近年来，随着我国经济的快速发展，城市地下公路隧道和地下空间开发的规模日益增大，出现了不少靠近已运营地铁隧道的基坑工程，为了保证地铁隧道的正常运营，减少基坑施工引起运营地铁隧道的位移和变形，在基坑开挖前采用影响较小的搅拌桩对车站进行端头加固，可在开挖阶段起到一定隔离作用，但加固的同时也会引起地铁隧道的变形和位移［1-3］。

从三轴搅拌桩（以下简称搅拌桩）施工的工作原理可知［4-6］，其对周边环境的影响主要与浆液水灰比、提升和下沉速度、施工速率等施工参数有关，因此必须对三轴搅拌桩的施工工艺进行优化，减少其挤土效应，从而更好地控制其对邻近运营地铁的影响。本文以南京地铁 5 号线三山街站临近既有 1 号线三山街站及三山街站～张府园站区间，基坑开挖前三轴搅拌桩端头加固施工为例，分析现场施工过程中不同施工工序及施工参数下既有隧道区间变形影响与控制。

1 工程概况

5 号线三山街站主体结构（见图 1）位于中山南路与中华路间，沿升州路正下方敷设。升州路东西向，现状宽度 17 m，中山南路南北向，现状宽度 36 m，中华路南北向，现状宽度 32 m。车站中心里程为 K24+907.721，车站为中间站，地下 3 层岛式车站，站台宽度 14 m，标准段宽度 23.3 m，总长 167 m，底板埋深 23.3～26.2 m。车站与 1 号线三山街站通道换乘，车站西端设盾构接收井，东端设盾构始发井。总的不发育，③-4b2-3+d2 层粉质黏土夹团块状粉砂和③-4e 层含卵砾石粉质黏土层存在承压水，围护墙入岩隔断。

本站采用明挖顺做法施工，主体围护结构采用地下连续墙支护方式，分为 1 m 和 1.2 m 厚的地下连续墙，槽段深 40.19～42.19 m，地连墙入岩深度不小于 3.5 m。1 m 厚地下连续墙位置内支撑为 6 道支撑和 1 道换撑：第一、四道撑为钢筋混凝土支撑，支撑间距 6.3 m；第二、六道撑为 Ф800×20 钢支撑，其余均为 Ф800×16 钢支撑，支撑间距 3.35 m；1.2 m 厚地下连续墙位置内支撑，为 6 道支撑和 1 道换撑，第一、二、四、六道撑为钢筋混凝土支撑，支撑间距 6.3 m；其余为 Ф800×16 钢支撑，支撑间距 3.35 m。

2 施工工况及参数分析

5 号线三山街站南侧附属结构（见图 1）位于中山南路与中华路间，升州路南侧地块内，与 1 号线主体通道换乘，长为 153.6 m，宽为 37.6～55.5 m，附属一层基坑深约 10 m，二层基坑深约 18 m，二层基坑距离 1 号线车站主体基坑约 8.7 m。车站 6 号出入口位于主体结构西北侧，基坑长度 53 m、宽 6.2 m 、深 10.5 m，与 1 号线区间结构最近距离约 6.6 m。

三山街站地貌类型属秦淮河漫滩地貌单元，地势较平坦，地面吴淞高程为 11.05～11.73 m 左右。站址主要由填土、粉砂、淤泥质粉质黏土粉砂互层、粉质黏土、强风化～中风化泥岩组成。车站顶板主要位于填土层，底板主要位于粉质黏土土层。地下水位在地面以下 1.2～1.9 m，高程 9.71～10.53 m，地下水位线位于顶板上部。基岩裂隙水

为了尽量减小基坑开挖和盾构掘进施工对既有地铁一号线区间隧道的影响，车站主体基坑开挖前采取 1 排 MJS 隔离桩+三轴搅拌桩对施工影响区域进行预加固处置。如图 2 所示，加固区总宽度为 9.8 m，MJS 隔离柱为Φ2 600 mm@1 700 的半圆，与区间最近距离为 4.39 m。搅拌桩为Φ850 mm@600，地面以下 3 m 为次要加固区，水泥掺量 7 %，其下一直到洞门以下 3 m（约 28 m）为主要加固区，水泥掺量 20 %。为减小三轴搅拌对既有线区间的影响，施工顺序为 MJS 工法桩→靠近车站一排搅拌桩（兼做地墙槽壁加固）→北侧搅拌桩→南侧搅拌桩。

图2 新建 5 号线三山街站剖面图及地质概况

三轴搅拌桩分 3 个阶段施工。

1）槽壁加固搅拌桩施工阶段。该阶段主要施工靠近地连墙一排槽壁加固搅拌桩，深度同端头加固搅拌桩。

2）北侧搅拌桩施工阶段。该阶段主要施工北侧搅拌桩，施工顺序如图 3 所示，施工参数如表 1 所示。

表1 施工阶段及施工参数

图3 北侧搅拌桩施工顺序图

3）南侧搅拌桩施工阶段。该阶段主要施工南侧搅拌桩，结合前一阶段搅拌桩施工对既有线变形结构，适时调整了搅拌桩施工顺序（见图 4）及施工参数（见表 1）。

图4 南侧搅拌桩施工顺序图

3 监测结构分析

3.1 监测总体情况

根据《南京城市轨道交通设施保护区安全监控标准》，新建 5 号线工程处于秦淮河漫滩软土地区，地质复杂，基坑对应的监护范围内既有地铁隧道结构沉降较大，因此新建 5 号线车站主体基坑、南侧附属基坑、西北侧附属基坑对应一号线三山街站～张府园站区间隧道外部作业影响风险等级均为特级。

本工程加固阶段于 2020 年 4 月 2 日开始自动化监测，截至 2020 年 5 月 31 日共进行 60 次自动化监测。监测项目包括既有线道床竖向位移、框架墙竖向位移、管片结构竖向位移、附属结构竖向位移、道床脱空量、差异沉降、水平位移、水平收敛。监测累计最大值及标准控制值如表 2 所示，“-”表示下沉或收缩，“+”表示上抬或外扩。从表 2 中可以看出，在预加固阶段既有结构（包括既有隧道管片）的竖向位移变化最大，这是由于三轴搅拌桩施工对土体的搅拌和置换，对周围土体扰动较大，引起周边环境沉降明显。

表2 监测累计最大值及标准控制值 mm

加固阶段竖向位移相关监测点如图 5 所示，主体基坑对应段地铁隧道区域较近的既有线上行线（右线）每 5 m 布设一个监测点，为 SYJ10-SYJ17；较远的既有线下行线（左线）每 10 m 布设一个监测点，为 SZJ10、SZJ12、SZJ14、SZJ16、SZJ18。监测结果如图 6、图 7 所示，可以看出本工程加固阶段既有线区间隧道变形较大的为距离相近的右线区间，最大变形为-6.0 mmm。

图5 加固施工平剖面图

3.2 各阶段施工期间监测数据分析

坑外隔离 MJS 桩于 4 月 25 日施工完成，由图 6 和图 7 可以看出，此时各测点变化量均处于 2.0 mm 以内。分别选取槽壁加固搅拌桩、北侧搅拌桩、南侧搅拌桩施工阶段既有线上行线（右线）管片结构竖向位移监测结果如图 8～10 所示。

图6 既有线上行线（右线）管片结构竖向位移监测结果

图7 既有线下行线（左线）管片结构竖向位移监测结果

槽壁加固搅拌桩距离既有线上行线（右线）最近距离约 15 m，施工期间水泥浆液水灰比 1.5、提升速度 1 m/min、下沉速度 0.5 m/min、水泥掺量 20 %、泵送流量 150 L/min。施工时间为 3 d。该施工阶段变化量最大的上行线管片结构竖向位移如图 8 所示，可以看出此阶段累计变形量最大的点位为 SYJ14，累计值为-3.0 mm，变化量最大的点为 SYJ14，变化量均为-0.3 mm，变化速率为-0.1 mm/d。

图8 槽壁加固施工既有线上行线（右线）管片结构竖向位移监测结果

北侧搅拌桩距离既有线上行线（右线）最近距离约 6.5 m，施工期间水泥浆液水灰比 1.5、提升速度 1 m/min、下沉速度 0.5 m/min、水泥掺量 20 %、泵送流量 150 L/min。施工时间为 14 d。该施工阶段变化量最大的上行线管片结构竖向位移如图 9 所示，可以看出此阶段累计变形量最大的点位为 SYJ14，累计值为-4.6 mm，变化量最大的点为 SYJ15，变化量均为-1.4 mm，变化速率为-0.1 mm/d。

图9 北侧搅拌桩施工既有线上行线（右线）管片结构竖向位移监测结果

南侧搅拌桩距离既有线上行线（右线）最近距离约 6.5 m，施工期间水泥浆液水灰比 1.5、提升速度 0.5 m/min（靠近地铁侧两根 0.3 m/min）、下沉速度0.3 m/min、水泥掺量 25 %、泵送流量 180 L/min，施工时间为 17 d。该施工阶段变化量最大的上行线管片结构竖向位移如图 10 所示，可以看出此阶段施工期间变化量最大的点为 SYJ14、SYJ15，变化量均为-1.3 mm，变化速率为-0.076 mm/d。在降低搅拌桩提升速度和下沉速度，提升水泥掺量和泵送流量后既有区间隧道的变形速率有所下降，对既有区间隧道变形有一定的控制作用。