武天宇，嚴(yán)若明

（中鐵第六勘察設(shè)計院集團有限公司，天津 300308）

1 引言

地下結(jié)構(gòu)加層問題作為地下空間規(guī)劃的主要內(nèi)容，已成為當(dāng)前軌道交通工程進一步發(fā)展的重要課題。根據(jù)國外研究情況來看，因為地質(zhì)條件、施工工藝等因素的限制，有關(guān)地下結(jié)構(gòu)加層施工都需要占用路面，重新開挖進行施工?；诖?，為了解決傳統(tǒng)地下結(jié)構(gòu)加層時占用地面空間的問題，研究如何在現(xiàn)有基礎(chǔ)上探究一種新型的地下空間加層技術(shù)至關(guān)重要。本文主要探討了軌道交通工程中既有地下空間暗挖加層關(guān)鍵技術(shù)。

2 既有地下空間暗挖加層技術(shù)的相關(guān)概述

既有地下空間暗挖加層施工直接在地下土體內(nèi)部開挖，不涉及地面開挖工作。本項目所在區(qū)域水文地質(zhì)條件影響較大，并且存在工作環(huán)境不佳、施工面較窄[1]，但該工程同樣具有不影響周邊市民活動、交通工程以及城市運行的特點，目前在軌道交通工程中應(yīng)用較多。有關(guān)施工單位需要注意的是，在應(yīng)用該技術(shù)前需要對項目地下施工區(qū)域的周圍介質(zhì)進行監(jiān)測，結(jié)合工程實況合理引進施工手段，也可以在傳統(tǒng)施工技術(shù)的基礎(chǔ)上進行創(chuàng)新，促使地下空間暗挖加層工作順利開展。

3 工程項目

某軌道交通工程為換乘樞紐，位于該城市重要的商業(yè)中心，對于城市發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實意義。為滿足軌道交通工程的發(fā)展，現(xiàn)需在地下1層（商場）、地下2層（地鐵設(shè)備用房）的基礎(chǔ)上向下加層，形成新的地下3層，包含換乘大廳、南區(qū)地下空間層。結(jié)合項目需求，向下加層深度為6.8 m，新結(jié)構(gòu)底板埋深為12.5 m。該軌道交通地下結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 軌道交通地下結(jié)構(gòu)圖

4 工程地質(zhì)

該軌道交通項目所在區(qū)域為典型的軟土地基，土層從上到下分別為雜填土、粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)黏土、砂質(zhì)粉土、粉砂。地基土物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

表1 軌道交通工程地基土物理力學(xué)指標(biāo)

5 既有地下空間暗挖加層關(guān)鍵技術(shù)

5.1 共板共墻共柱理論

通常情況下，開展地下空間暗挖加層施工需要解決既有結(jié)構(gòu)的托換、改造以及周邊環(huán)境保護、協(xié)調(diào)問題。想要充分利用既有結(jié)構(gòu)資源，需要在施工規(guī)劃階段合理應(yīng)用共板共墻共柱理論，充分應(yīng)用既有結(jié)構(gòu)頂板與結(jié)構(gòu)立柱、結(jié)構(gòu)外墻等，與暗挖施工蓋板、托換加層臨時支柱與新設(shè)支護共用[2]。

5.2 低凈空下的支護樁技術(shù)

在本工程案例中，由于支護結(jié)構(gòu)長度不能滿足加層開挖工作的實際需求，為了不占用地表面積，新增支護結(jié)構(gòu)需要在既有地下空間內(nèi)進行施工，由于既有空間層高的限制，施工單位要保障施工效率，需要選擇合適的支護樁技術(shù)。根據(jù)以往的支護施工情況，常見的鉆孔樁支護、SMW工法等都無法滿足施工需求。基于此，施工單位結(jié)合項目施工實況，通過插入H型鋼旋噴加固的復(fù)合支護工藝進行處理，這一工法即IBG工法。施工單位首先需要分節(jié)壓入H型鋼，隨后在各型鋼間設(shè)置噴漿孔，開展旋噴加固工作，形成擋土止水的支護體。這一工法的有效應(yīng)用能夠有效解決因漿液凝固導(dǎo)致無法插入型鋼的問題，此外，該支護樁技術(shù)還具有平整度良好、垂直度優(yōu)良、水泥土均勻性良好的特點[3]。

需要注意的是，應(yīng)用該支護樁技術(shù)時，需要充分考慮旋噴樁直徑，明確噴射過程中型鋼遮擋帶來的影響。IBG工法中的支護樁的剛度EI可以通過式（1）計算：

式中，E為支護樁的彈性模量，MPa；I為支護樁的慣性矩，m；Es為支護樁型鋼彈性模量，MPa；Is為支護樁型鋼，m；α為水泥土剛度，通常取0.2。

5.3 既有結(jié)構(gòu)托換技術(shù)

在既有結(jié)構(gòu)底部暗挖加層施工過程中，施工單位需要重視施工過程中的卸載、加載過程對既有結(jié)構(gòu)以及周邊環(huán)境帶來的影響。在托換加層過程中，施工人員要始終保障既有結(jié)構(gòu)頂板體系不變，條件允許的情況下可以采用碳纖維進行加固，結(jié)合既有結(jié)構(gòu)配筋以及頂板剛度對相關(guān)樁基沉降控制要求進行明確。在本工程項目中，樁基沉降單柱不得大于10 mm。

若既有結(jié)構(gòu)頂部載荷不大，或為單建式地下結(jié)構(gòu)，施工單位可以選擇被動托換技術(shù)，對既有支柱進行處理，每根既有支柱應(yīng)用2～3根托換樁，并在周邊設(shè)置鋼筋混凝土承臺。在托換既有支柱時可以采用靜壓鋼管樁，分節(jié)施工完成托換工作。在此過程中可以應(yīng)用對稱跳樁施工工藝，以減少樁體對周邊環(huán)境帶來的影響。此外，還需嚴(yán)格把控靜壓鋼管樁的送樁壓力，確保壓力低于鋼管樁樁身承載力的0.9倍。此外，鋼管樁承載力的特征值還需要考慮土塞效應(yīng)，鋼管樁承載力估算公式為：

式中，Q為鋼管樁承載力，kPa；u為鋼管樁周長，m；qsik為單樁第i層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值，N；qpk為單樁極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值，N；li為第i層土厚度，m；Ap為鋼管樁端面積，m2。

既有結(jié)構(gòu)托換技術(shù)應(yīng)用施工主要程序為：施工區(qū)域清理，地下結(jié)構(gòu)局部處理→制作圍護→托換樁施工→在既有結(jié)構(gòu)底部開洞→對土地逐片旋噴加固→向下放坡開挖制作底板→制作拋撐以及側(cè)墻→原位恢復(fù)柱網(wǎng)與樓板，完成加層工作[4]。

5.4 軟土條件下加層基坑的微擾動開挖加固技術(shù)

根據(jù)該軌道交通工程項目所處區(qū)域地質(zhì)情況來看，軟土地基處理是既有結(jié)構(gòu)地下空間暗挖加層需要重視的問題之一。若下挖區(qū)域與建筑物或運營線路距離過近，基坑中則需要存在大方量地基，以此保障基坑施工安全。此外，加固設(shè)備也要滿足凈空施工，對周邊環(huán)境不能造成影響。根據(jù)以往軟土條件下地下結(jié)構(gòu)加層施工情況來看，若采用傳統(tǒng)旋噴施工技術(shù)將會對周邊環(huán)境帶來較大影響，基于此，要采用微擾動開挖與加固技術(shù)，該工法對設(shè)備機架高度要求不高，僅為3.85 m。結(jié)合項目第3層結(jié)構(gòu)需求與實際土方開挖工程來看，采用盆式開外或分塊施工的手段能夠在很大程度上控制施工周邊既有結(jié)構(gòu)的變形現(xiàn)象，

6 應(yīng)用效果

本工程項目位于軌道交通工程換乘樞紐，既有地下結(jié)構(gòu)分2層，一層為地鐵商場，一層為其他線路換乘大廳。由于施工現(xiàn)場周邊環(huán)境較為復(fù)雜，涉及城市商業(yè)中心等多個建筑，因此，施工單位需結(jié)合項目實況合理規(guī)劃地下空間結(jié)構(gòu)加層施工。根據(jù)地下空間暗挖加層關(guān)鍵技術(shù)的實際應(yīng)用情況來看，在施工期間，該項目所在區(qū)域的所有軌道線路正常運行，并且路面沉降情況屬于正常范圍，項目既有地下1層與2層結(jié)構(gòu)均未受到影響，無論社會效益還是經(jīng)濟效益都取得了預(yù)期效果。

7 注意事項

7.1 安全問題

由于地下空間暗挖加層技術(shù)在應(yīng)用過程中會對地表造成一定影響，導(dǎo)致地表出現(xiàn)沉降現(xiàn)象，進而埋下安全隱患。基于此，施工單位需要在施工過程中做好以下4點：（1）始終遵守我國有關(guān)部門出臺的法律法規(guī)，以“預(yù)防為主”為施工原則，在施工活動中要嚴(yán)格遵守安全生產(chǎn)、文明施工的規(guī)定，為施工人員營造安全的施工環(huán)境。（2）需要結(jié)合項目實況構(gòu)建完善的安全生產(chǎn)責(zé)任制度，促使安全管理工作有據(jù)可依[5]。（3）一旦發(fā)生安全事故，有關(guān)人員一定要嚴(yán)肅徹查，以儆效尤的同時，將施工活動中的安全隱患扼殺在源頭。（4）加強安全教育與培訓(xùn)工作，無論是對施工人員還是工程監(jiān)理人員都需要定期開展監(jiān)理工作，通過以往施工安全事故案例明白安全施工的重要性，提高工作警惕性，培養(yǎng)安全施工意識，使其能夠規(guī)范自身施工行為，保障工程項目施工活動開展。

7.2 環(huán)境問題

由于地下空間暗挖加層技術(shù)在軌道交通工程中應(yīng)用時會對周邊環(huán)境造成影響，施工單位針對這一現(xiàn)象要樹立綠色施工意識。首先，在施工活動中盡量采用新施工技術(shù)，比如，應(yīng)用IBG工法代替?zhèn)鹘y(tǒng)鉆孔樁技術(shù)，以減少對周邊環(huán)境的損害。使用新型材料代替舊材料，降低施工活動對環(huán)境的污染。其次，雖然該項目為地下空間施工，但是為了減少地表沉降，為施工人員營造良好的施工環(huán)境，需要對噪聲污染進行控制，盡量避免采用噪聲大的設(shè)備施工，在夜間禁止噪聲大的設(shè)備運行。最后，合理布置地下空間施工現(xiàn)場，有關(guān)施工材料、設(shè)備等都需要嚴(yán)格按照項目平面規(guī)劃要求擺放，確保施工現(xiàn)場整潔有序。

8 結(jié)語

綜上所述，要將既有地下空間暗挖加層關(guān)鍵技術(shù)有效應(yīng)用于軌道交通工程中，施工單位需要結(jié)合項目需求提前做好規(guī)劃工作，科學(xué)引進并運用共板共墻共柱理論、重視低凈空下支護樁技術(shù)、既有結(jié)構(gòu)托換技術(shù)的應(yīng)用條件，嚴(yán)格把控各施工環(huán)節(jié)，對安全問題、環(huán)境問題引起重視并采取科學(xué)合理的對策進行防治，確保地下空間結(jié)構(gòu)加層施工活動能夠順利開展，為軌道交通工程后期運行奠定基礎(chǔ)。