搅拌桩地基加固施工对下方地铁隧道的影响及应对措施

谢章建

（广州地铁设计研究院股份有限公司，广东 广州 510010）

0 引言

在当前城市建设过程中，基坑上跨运营地铁隧道的工程越来越多。为控制基坑开挖对下方既有地铁线路的不利影响，可在基坑内采取搅拌桩加固措施以加强对基坑下方地铁隧道结构的变形控制。软土区域搅拌桩施工本身又会对周围土体造成不利扰动，进而增大下方地铁隧道变形的可能，甚至威胁地铁安全运行。为此，必须积极探索有效的施工方法，并确定对下方运营地铁隧道影响最小的搅拌桩地基加固施工参数，以指导工程实践。

1 工程概况

厦门马銮湾护岸工程场地红线内为正在运营的地铁2号线，该地铁线路和护岸工程垂直交叉，护岸工程基坑开挖深度为6.5m。地铁2号线隧顶埋深12.2m，基坑底与地铁隧道顶部的距离为5.7m。为保证地铁正常运行，避免上方地基加固施工对地铁运行产生不利扰动，地基加固施工期间地铁隧道绝对位移最大值应控制在10mm以内，日变形量应不超出0.5mm。本护岸工程施工场地内土层为典型的软弱土层，分布有以下几种岩组：

（1）第四系松散岩类孔隙含水岩组：主要由上部人工填土层及第四系全新统或上更新统冲洪积的中粗砂组成，其中人工填土层主要分布于塘堤，该含水层中地下水属上层滞水，渗透性较好，但富水性一般。

（2）砂层场地内广泛分布，含水层厚度为2～6m，地下水类型主要为承压水，局部为潜水，是场区内的主要含水层和强透水层，水量丰富。

（3）风化残积孔隙裂隙含水岩组：全线均有分布，岩性一般由砂质黏性土或黏性土组成，厚度一般为8～20m，属弱透水及弱含水层，富水性差。

（4）基岩构造裂隙含水岩组：主要分布于下部岩体，岩性由凝灰熔岩或花岗岩组成，全～散体状强风化岩属弱透水、弱含水层，富水性差。

本段地铁隧道主要位于粉质黏土、残积砂质黏性土及全风化花岗岩地层范围内，上部分布有素填土、淤泥、砂层，土体物理力学属性具体见表1。

2 搅拌桩地基施工

2.1 施工参数

该护岸工程基坑搅拌桩设计桩径为600mm，使用强度等级32.5的普通硅酸盐水泥材料，水泥掺量20%，设计水灰比为1.2，即搅拌土掺加水泥360kg/m³；设计桩长9.5m，喷浆搅拌过程中钻头升降速度在0.5m/min以内，且钻头每旋转1周实际升降距离为10～15mm；搅拌桩28d抗压强度应达到1.5MPa。

2.2 对下方地铁隧道的影响

根据类似工程施工经验，搅拌桩地基加固施工过程中可能造成下方地铁隧道的隆起，其施工对下方原土体结构会造成一定程度的破坏，使原状土失去自稳性。地铁隧道属于密封结构，在原状土压力、水浮力及隧道结构自身重力等的共同作用下，处于应力平衡状态，但其上方搅拌桩地基加固施工会打破这种平衡，使下覆土体和隧道结构应力重新分布，进而引发下方地铁隧道不同程度的隆起。

3 施工工艺改进

3.1 控制连续成桩数量

搅拌桩地基施工过程中间隔跳打，则土体变形的叠加效应并不明显，而当施工间距减小后土体变形的叠加效应就会更加显现，增大土体变形。通过控制搅拌桩连续成桩数量，并待其施工中所产生的孔隙水压力消散后再施作搅拌桩，能有效控制土体变形及地铁隧道的隆起。分别在隧道两侧连续施作2根、3根、6根深层搅拌桩，随着连续成桩量的增加，隧道隆起的最大值起初以较快速度增加，而当连续成桩数量达到并超过3根时，隧道隆起的最大值增长速度逐渐减缓。

对试验桩数据进行拟合分析，可得出搅拌桩连续成桩量和隧道最大隆起的函数关系[1]，可表示为：y=0.583-2.61e-1.11x。可见，通过减少搅拌桩施工过程中每次连续成桩数量，并待打桩施工所产生的孔隙水压力消散后再恢复施工可有效控制隧道隆起。根据试验结果，本护岸工程搅拌桩施工过程中应按照跳一打一的流程每次连续施工3根搅拌桩。

3.2 调整打桩次序

水泥土搅拌桩若在淤泥等透水性不良土层采用块状加固形式，则在桩连续密集施工的影响下，土体内所产生的超静孔隙水压力不断累积后必将产生挤土效应。而当施工停止后，随着时间的推移，孔隙水压力将持续消散，搅拌桩结构强度也会不断增强，原状土变形将得到一定程度恢复。可见，地铁隧道上方搅拌桩施工时应利用先打桩的遮拦作用，有效控制隧道隆起等不利影响。

对于该护岸工程而言，应先进行隧道两侧原状土加固，再加固隧道上方。通过对大面积搅拌桩施工次序的优化，充分利用先打桩隧道两侧的遮拦作用，将搅拌桩地基加固施工对下方地铁隧道的不利影响降至最低。

3.3 严控浆液比重

通常情况下，水泥浆液比重越小，则水灰比越大，搅拌桩地基加固施工时需在地铁隧道周围同时注入大量水，这将增大隧道工后沉降和长期流变效应。浆液比重越大，虽然能抑制工后沉降和长期流变，但水泥渗量多，加固施工成本较高，且不利于施工进度控制。根据试验结果，本护岸工程搅拌桩地基加固水泥浆液比重应不小于1.5。

4 控制效果分析

为对以上改良措施效果进行分析，通过设置监测点，对搅拌桩加固施工引起下方地铁隧道纵向沉降情况进行了监测。具体而言，该护岸工程搅拌桩地基加固施工过程中主要设置隧道沉降监测点、收敛监测点和自动沉降监测点。

在搅拌桩基坑所对应的隧道上、下行线各100m范围内按照5.0m间隔设置长期沉降变形监测点，隧道上行线和下行线分别布置20个测点。在搅拌桩基坑所对应的隧道上、下行线各100m范围内按10m间隔设置隧道收敛变形监测断面，上行线和下行线分别设置10环监测断面，并保证监测断面与所对应的收敛监测点位于相同隧道环片。最后，在搅拌桩基坑所对应的隧道上、下行线各100m范围内按照5m间隔安装静力水准仪，上行线和下行线各安装20只，静力水准仪也应与所对应的自动沉降监测点位于相同隧道环片。

由搅拌桩施工影响下方地铁隧道沉降监测结果可知，最大沉降为-1.96mm且从变动趋势来看，隧道沉降量并非一直增大，而是呈上下起伏[2]变动态势。这也说明采取工艺优化措施后使下方地铁隧道最大沉降显著降低，搅拌桩地基加固施工所引起的土体扰动对下方地铁隧道的破坏影响减小。

对监测数据分析发现，该地铁隧道日沉降量绝对值在0.5mm以内，累计沉降量在2.0mm以内，满足±10mm的隧道保护标准。隧道收敛监测和自动沉降监测值很小，可忽略不计。以上结果均表明该护岸工程搅拌桩地基加固施工工艺优化措施效果良好。

5 结语

综上所述，搅拌桩地基加固施工过程中对运营中的下方地铁隧道的不利影响主要表现在隧道隆起方面，连续成桩数量的增加使隧道隆起最大值先快速增大，而后增速减缓，连续成桩数量和隆起最大值之间呈幂函数关系；通过打桩次序和浆液比重优化能取得较好的隧道最大沉降量控制效果；地铁隧道加固后沉降量呈上下起伏变动态势与优化后的施工措施密切相关，搅拌桩地基加固施工所引起的土体扰动在工艺优化后对下方地铁隧道的破坏影响减小。