雷 輝

（中鐵四局集團(tuán)有限公司，江蘇 南京 210000）

1 工程概況

城西干道清涼門隧道在漢中門段（里程K2+999~K3+043）上跨南京市地鐵二號線盾構(gòu)區(qū)間隧道。地鐵二號線該區(qū)域?yàn)閱味磫尉€盾構(gòu)隧道的區(qū)間，埋深為14.5m，現(xiàn)已開通運(yùn)營。沿線建構(gòu)筑物密集，地下管線眾多。交通繁忙，車流量較大。

上跨地鐵段隧道基坑最大開挖深度9.4m，平均挖深9.1m，開挖基坑底部距離地鐵頂部最小垂直距離5.1m，隧道與地鐵二號線斜交75°。

基坑開挖區(qū)域自上而下土層為：

①-1雜填土：由粉質(zhì)粘土混碎磚，厚度2.5-3.4m；

①-2素填土：粉質(zhì)粘土局部夾植物根系，埋深2.5-3.4m；

②-1粉質(zhì)粘土：含少量腐植物，局部夾薄層粉土，埋深5.4-7.3m；

②－2粉質(zhì)黏土：軟流塑、部分為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，韌性、干硬度中等，埋深7.5-9.5m。

③-1粉質(zhì)黏土：灰黃色-棕紅色，可塑，局部硬塑，含鐵錳結(jié)核，干強(qiáng)度中等，層頂埋深約12.7m，層厚約4m；

④-2殘積土：棕紅色，由泥巖、泥質(zhì)粉砂巖經(jīng)劇烈風(fēng)化而成，以硬塑狀態(tài)為主，土質(zhì)不均，浸水極易軟化。層頂埋深約20.8m，層厚約0.9m。

⑤－1強(qiáng)風(fēng)化泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、棕紅色、風(fēng)化強(qiáng)烈、局部夾少量中風(fēng)化巖塊，屬極軟巖，遇水極易軟化，層厚約2.5m；

⑤－2a中風(fēng)化泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、棕紅色、泥質(zhì)膠結(jié)，泥質(zhì)及粉粒狀結(jié)構(gòu)層狀構(gòu)造，巖質(zhì)軟硬相間，有裂隙發(fā)育，屬極軟巖，層厚約20m。

圖1 基坑圍護(hù)及加固平面圖

施工區(qū)域西側(cè)約60m為秦淮河，常年水位標(biāo)高約6.5m（吳淞高程）。對工程和施工有影響的地下水主要為淺層潛水、弱承壓水、基巖風(fēng)化裂隙水。淺層潛水主要賦存于人工填土及新近沉積的②層土中，人工填土厚度3-4m，水量豐富，透水不均，總體上屬于弱透水層~透水地層。潛水穩(wěn)定水位埋深在地面以下5m左右。

2 工程難點(diǎn)

2.1 隧道保護(hù)要求高

南京地鐵2#線隧道采用裝配式結(jié)構(gòu)，在保護(hù)區(qū)內(nèi)工程施工必將對其產(chǎn)生影響，輕則引起管片接縫張開、環(huán)縫或通縫漏水；重則引起管片開裂、鋼筋銹蝕縮短隧道使用壽命。為確保保護(hù)區(qū)內(nèi)工程施工對隧道不產(chǎn)生損壞，特制定以下標(biāo)準(zhǔn)：

（1）地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)施絕對沉降量及水平位移量≤20mm；

（2）隧道變形曲線的曲率半徑R15000m；

（3）相對彎曲不大于1/2500；

（4）收斂變形小于20mm。

2.2 基坑開挖引起隧道隆起量大

基底與隧道頂凈距僅5.1m，為接近工程實(shí)際，采用有限元法對基坑卸載過程進(jìn)行模擬，根據(jù)地層損失原理對實(shí)際荷載和相應(yīng)系數(shù)進(jìn)行修正。計(jì)算結(jié)果表明，僅開挖期間隧道頂部最大附加變形量為12.52mm，加之前期施工隧道隆起量，隧道結(jié)構(gòu)設(shè)施必將受到影響，甚至影響地鐵安全運(yùn)營。

2.3 施工區(qū)域地質(zhì)條件差

對應(yīng)地鐵隧道結(jié)構(gòu)施工區(qū)域狀況不良，歷史上曾發(fā)生過一定程度的沉降和變形，目前累計(jì)沉降量較大。

3 設(shè)計(jì)措施

3.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)

上跨地鐵二號線區(qū)段的隧道基坑四周采用φ1000@800的咬合樁圍護(hù)，形成封閉基坑。東西兩側(cè)為φ1000@2000的雙排樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)8m范圍兩地鐵盾構(gòu)隧道之間以及地鐵盾構(gòu)隧道兩側(cè)分別設(shè)三排φ1000@800的咬合樁與基坑圍護(hù)樁相連，其與圍護(hù)樁通過冠梁連接形成整體，成“丁”狀，以增強(qiáng)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

3.2 地基加固

φ850的三軸攪拌樁滿堂加固，樁底標(biāo)高為-9.5m，深入地鐵底板標(biāo)高以下至少0.7m，地鐵保護(hù)限界之內(nèi)的圍護(hù)樁樁底距離隧道頂1.0m。地基加固的目的是防止基坑開挖期間盾構(gòu)隧道上浮。

3.3 支撐體系

基坑深度范圍內(nèi)設(shè)三層支撐，其中第一層支撐為鋼筋砼支撐，共設(shè)4道支撐梁及6道輔助的琵琶撐。第二、三層均為Φ609mmδ16mm鋼管樁支撐。第二道支撐施加191.22kN，第三道支撐施加23.36kN。

3.4 主體結(jié)構(gòu)

圖3 基坑縱向開挖順序圖

上跨地鐵二號線段隧道主體分為三節(jié)施工，長度分別為15m、14m、15m。節(jié)與節(jié)之間做施工縫處理。

4 施工流程

兩側(cè)地基加固、圍護(hù)樁施工（地基加固完成后進(jìn)行雨污水管施工）→中間部分封堵頭、地基加固、抗拔樁施工→冠梁、第一層砼支撐施工→第一、二層土方開挖、鋼支撐安裝→第三層中間10m區(qū)域土方開挖→中間10m區(qū)域墊層、底板施工→分兩次開挖第三層兩側(cè)剩余的土方→兩側(cè)墊層、底板施工→拆第三層鋼支撐→邊墻施工→將第二道鋼支撐換撐至側(cè)墻位置→頂板施工→頂板防水層→拆第二道鋼支撐、鑿除第一道砼支撐→土方回填。

5 主要施工技術(shù)

5.1 地基加固

地基加固采用三軸攪拌樁。因地鐵保護(hù)限界內(nèi)地基加固樁底距離地鐵頂部最小距離僅1m，為確保施工精度，減小對地鐵的干擾，采用在三軸攪拌樁鉆桿上設(shè)橫向限位桿的方式確保精度，施工順序?yàn)椋?/p>

第一步：虎踞路車輛從中間通行，施工兩側(cè)的三軸攪拌樁。首先施工地鐵保護(hù)限界外的攪拌樁，然后再施工地鐵保護(hù)限界以內(nèi)的攪拌樁。樁基垂直于隧道布置，北半幅的樁基從南向北推進(jìn)，南半幅的樁基從北向南推進(jìn)。

第二步：虎踞路車輛從兩側(cè)通行，施工中間剩余的三軸攪拌樁，施工順序同第一步。

圖4 基坑開挖及底板施工順序圖

5.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)

三軸攪拌樁施工完成后方可進(jìn)行咬合樁的施工。地鐵保護(hù)限界之外的圍護(hù)樁φ1000@800的鉆孔咬合樁采用120°全套筒鉆機(jī)施工。地鐵保護(hù)限界內(nèi)的圍護(hù)樁樁底距離地鐵頂部僅1.5m，采用旋挖鉆施工，以減少對地鐵的影響。為防止旋挖鉆施工出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，待三軸攪拌樁樁體強(qiáng)度達(dá)到70%以上再采用旋挖鉆進(jìn)行咬合樁施工，如圖1、圖2所示。

5.3 支撐結(jié)構(gòu)

基坑深度范圍內(nèi)設(shè)三層支撐，其中第一層支撐為鋼筋砼支撐，共設(shè)4道支撐梁及6道輔助的琵琶撐。采用18mm的竹膠板做模型，對拉拉桿加固，鋼筋砼支撐達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%后方可進(jìn)行基坑土方的開挖。第二、三層均為Φ609mmδ16mm鋼管樁支撐。第二道支撐施加191.22kN，第三道支撐施加23.36kN。

5.4 基坑降水

為減少對地鐵的擾動，本區(qū)域基坑降水不采用井點(diǎn)降水方式，基坑開挖的同時(shí)采取挖集水坑明排的方式來解決地表水和地下水問題。

5.5 配重設(shè)置

主體土方開挖過程中，由于覆土被卸載，可能導(dǎo)致地鐵在地下水浮力作用下產(chǎn)生上浮或位移，在開挖階段通道內(nèi)配重、底板施工完成后將配重卸載，開挖及配重（主體結(jié)構(gòu)施工及卸載）同步進(jìn)行。配重根據(jù)與卸載土相同重量的原則，采用2m的預(yù)制混凝土塊加載實(shí)施。

5.6 基坑開挖

根據(jù)“時(shí)空效應(yīng)”理論和地下工程施工及驗(yàn)收規(guī)范的要求，嚴(yán)格遵守“開槽支撐、先撐后挖、分層開挖、嚴(yán)禁超挖”的施工原則。清涼門隧道和地鐵二號線交叉段的基坑尺寸為：長×寬×深＝43m×28m×9.1m，四周全是圍護(hù)樁，根據(jù)設(shè)計(jì)文件制定施工參數(shù)如下：

開挖分層的層數(shù)：每層開挖深度2m~4m，開挖層數(shù)3層，每段最后人工配合機(jī)械清底20cm；每層分4~5個(gè)區(qū)段，每個(gè)區(qū)段寬度8-10m，開挖完一個(gè)區(qū)段及時(shí)安裝鋼支撐。

圖5 底板施工及反壓預(yù)制混凝土塊布置圖

圖6 基坑豎向變形曲線圖

圖7 基坑測斜深度位移變化曲線圖

每層分部開挖的數(shù)量：V＝300~600m3；

分部開挖的時(shí)間限制：Tc＝12~14h；

分部開挖后完成支撐的時(shí)間限制：Ts＝1~2h；

鋼支撐預(yù)加軸力：N＝設(shè)計(jì)計(jì)算軸力的70%；

每部開挖的長度B和高度H：B＝8~10m（兩根鋼支撐），H＝鋼支撐層距3m。

每部開挖卸載后無支撐暴露時(shí)間：Tr＝14~ 16h；

選用2臺長臂挖掘機(jī)、2臺普通挖機(jī)、2臺小挖掘機(jī)進(jìn)行開挖，日完成挖土方約400 m3。在圍護(hù)樁兩側(cè)設(shè)隔離圍擋，作為機(jī)械運(yùn)行、停放和車輛行駛通道的場地，土方利用自卸汽車運(yùn)出，棄于指定地點(diǎn)。

每段縱向開挖分層長度最大10m、最小為8m，深度以每道鋼支撐的高度為一層，鋼支撐的安裝和預(yù)應(yīng)力的施加控制在16小時(shí)以內(nèi)，分段土方開挖到設(shè)計(jì)標(biāo)高后快速澆筑底板砼墊層及底板砼，確?；影踩?/p>

基坑底以上3m范圍內(nèi)土方開挖及底板施工：為減小地鐵上浮力，第三層土方分三次開挖，第一次開挖中間10m區(qū)域的土方，開挖完畢及時(shí)進(jìn)行該區(qū)域的底板施工，開挖的同時(shí)在兩側(cè)進(jìn)行堆載；第二、三次分別開挖兩側(cè)剩余的土方，開挖完畢及時(shí)進(jìn)行該區(qū)域的底板施工，開挖的同時(shí)在中間進(jìn)行堆載。如圖3、圖4所示。

5.7 底板混凝土澆筑

為節(jié)約單幅底板施工時(shí)間，鋼筋接頭采用機(jī)械連接，采用斜面分層下料，分層澆筑，踏步式向后推進(jìn)，每層厚度控制在50cm左右，每臺泵車配備4~6臺插入式振動棒，要求不出現(xiàn)夾心層。在單幅底板混凝土初凝前，隧道上方的混凝土表面鋪設(shè)九夾板，用預(yù)先準(zhǔn)備的預(yù)制混凝土塊進(jìn)行回壓，防止基底回彈帶動隧道隆起。從土體開挖至混凝土底板澆筑完畢，時(shí)間要求控制在7h內(nèi)。如圖5所示。

5.8 信息化施工

隧道內(nèi)采用人工及自動監(jiān)測相結(jié)合方式進(jìn)行信息化施工，確保數(shù)據(jù)及時(shí)準(zhǔn)確，能起指導(dǎo)施工的作用。

6 施工中各階段隧道變形情況分析

地鐵隧道上方進(jìn)行土體加固過程中，隧道產(chǎn)生下沉趨勢，最大沉降量約-3.4mm；第一層土開挖結(jié)束時(shí)，隧道隆起增量為1.6mm，第二層土開挖結(jié)束時(shí)，隧道隆起增量為2.86mm。整個(gè)挖土期間，隧道隆起量最大值為4.8mm。底板澆筑完畢后，結(jié)構(gòu)回筑至頂板的20d施工中，隧道呈現(xiàn)隆起趨勢，隆起量為1.36mm?；訌膰o(hù)施工開始至底板混凝土澆筑完畢后20d，地鐵隧道收斂變形、曲率半徑及相對彎曲等各項(xiàng)指標(biāo)均滿足地鐵安全運(yùn)營的保護(hù)要求。工程實(shí)施過程中，對該區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行普查，未發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫及滲漏水等異?，F(xiàn)象。如圖6、圖7所示。

結(jié)語

在施工過程中，部分監(jiān)測數(shù)據(jù)達(dá)到報(bào)警值，應(yīng)及時(shí)調(diào)整施工方案，通過合理安排施工進(jìn)度，尤其在開挖過程中通過控制挖土?xí)r間、做好開挖和配重的控制、預(yù)先放置模板、預(yù)制鋼筋籠、每小塊底板鋼筋采用機(jī)械連接、澆筑早強(qiáng)、微膨脹混凝土，并在16h內(nèi)完成預(yù)制混凝土塊回壓，最終有效控制了運(yùn)營中地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形，取得了一些可供參考的設(shè)計(jì)與施工經(jīng)驗(yàn)。

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