劉 雷，張崗平，徐啟良，劉家俊

（浙江華東工程建設(shè)管理有限公司，浙江 杭州 311122）

0 引言

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市人口的增加，城市地鐵的建設(shè)蓬勃發(fā)展，各大型城市既有地鐵線路均高達(dá)數(shù)百公里，地鐵網(wǎng)絡(luò)日益密集。在既有運(yùn)行地鐵附近或者上方修建建筑物已成為越來(lái)越多城市不可避免的問題，由于建筑物基坑開挖導(dǎo)致土體卸荷必然會(huì)引起對(duì)周邊地層的擾動(dòng)，致使地鐵區(qū)間隧道隆起變形，嚴(yán)重威脅地鐵隧道安全。為確保地鐵隧道結(jié)構(gòu)的安全，對(duì)地鐵隧道的變形要求極為嚴(yán)格，其容許變形量與隧道的直徑、管片結(jié)構(gòu)及連接方式等密切相關(guān)。而投入運(yùn)行中的地鐵隧道結(jié)構(gòu)位移可能產(chǎn)生軌道偏差從而影響線路平順性，嚴(yán)重時(shí)將影響列車的運(yùn)行安全，隧道容許變形量往往要求更嚴(yán)格。因此，既有運(yùn)行地鐵隧道上方建筑物施工技術(shù)的合理性、可行性以及對(duì)地鐵隧道變形的控制措施是此類工程的重點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)。

本文針對(duì)杭州市文一西路提升改造工程項(xiàng)目施工的特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)上跨已經(jīng)運(yùn)行的地鐵五號(hào)線創(chuàng)景路-葛巷站盾構(gòu)區(qū)間上方的快速路隧道基坑開挖方案研究，結(jié)合相關(guān)地基加固、基坑圍護(hù)措施并采用二維計(jì)算軟件進(jìn)行基坑開挖模擬分析，提出適合軟土區(qū)域類似項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)、合理、安全的技術(shù)方案。

1 工程概況

文一西路提升改造工程明挖隧道沿文一西路東西向布置，途經(jīng)創(chuàng)景路路口需正交上跨杭州地鐵五號(hào)線創(chuàng)景路站～葛巷站盾構(gòu)區(qū)間隧道，區(qū)間隧道沿創(chuàng)景路成南北向布置，目前已正常投入運(yùn)營(yíng)。上跨隧道基坑樁號(hào)為k3+184.2～k3+229.4，基坑長(zhǎng)43.7 m，寬29.3 m，深9.3 m～10.0 m，基坑底部距離地鐵區(qū)間隧道頂部最小凈間距為4.9 m，隧道結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。文一西路隧道基坑與杭州地鐵五號(hào)線區(qū)間隧道相對(duì)關(guān)系見圖1、圖2。

圖1 文一西路隧道基坑與杭州地鐵五號(hào)線區(qū)間隧道相對(duì)關(guān)系平面圖圖

文一西路項(xiàng)目隧道基坑范圍場(chǎng)地為湖沼積平原區(qū)，地貌類型單一，土層為典型的杭州地區(qū)軟弱土層。上跨基坑處地質(zhì)情況由上至下為：①1雜填土、③淤泥質(zhì)粘土、④2粉質(zhì)粘土與粉土互層、⑤淤泥質(zhì)粘土、⑥1粉質(zhì)粘土、⑥2粉質(zhì)粘土、⑧4圓礫、⑩22強(qiáng)風(fēng)化角礫巖、⑩23中風(fēng)化角礫巖，各層土的物理力學(xué)性能指標(biāo)見表1。其中上跨基坑主要位于：①1雜填土、③淤泥質(zhì)粘土、④2粉質(zhì)粘土與粉土互層土中。本場(chǎng)地承壓水主要分布于⑧4層圓礫中，由圖2可知上跨基坑位于承壓水位以上。

表1 土層物理力學(xué)性能表

圖2 文一西路隧道基坑與杭州地鐵五號(hào)線區(qū)間隧道相對(duì)關(guān)系立面圖

2 關(guān)鍵施工技術(shù)

2.1 地基加固及圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

上跨基坑位于5 號(hào)線隧道正上方，基坑長(zhǎng)43.7 m，寬29.3 m，深9.3 m～10.0 m，采用鉆孔灌注樁/雙排樁+內(nèi)支撐的支護(hù)體系，隧道兩側(cè)采用鉆孔灌注樁，隧道上方采用雙排樁。鉆孔灌注樁樁徑Φ1000 mm，間距1200 mm；雙排樁樁徑Φ1000 mm，間距1200 mm，兩排樁間距3200 mm。位于隧道上方雙排樁樁底距離隧道頂1.5 m，位于兩隧道之間區(qū)域雙排樁樁長(zhǎng)25 m，其余圍護(hù)結(jié)構(gòu)鉆孔灌注樁樁長(zhǎng)均為25 m?；迂Q向共設(shè)兩道混凝土支撐，支撐尺寸800 mm×1000 mm；基坑底采用MJS滿堂強(qiáng)加固，水泥摻量40%，φ2200@1800，加固深度至隧道底以下3 m（隧道頂 1m，兩側(cè)1.5 m～2 m范圍內(nèi)不加固）；雙排樁區(qū)域采用MJS強(qiáng)加固，加固深度從地面至隧道上方1 m；基坑以上第二道支撐以下土采用MJS滿堂弱加固，水泥摻量20%。基坑底設(shè)置3 排φ1100抗浮樁，間距3 m，樁長(zhǎng)25 m，樁底進(jìn)入8-4圓礫層，樁基距離隧道最小凈距約3.0 m。

圖3 上跨基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及支護(hù)平面圖

圖4 上跨基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及支護(hù)縱斷面圖

2.2 基坑開挖施工技術(shù)方案

2.2.1 總體原則

本次施工以“分層、分塊、分段、對(duì)稱、平衡、限時(shí)”為總體原則進(jìn)行基坑開挖施工，基坑面積約1300 m2，分兩次開挖到底：第一次開挖至第二道混凝土支撐底部，分成5 小塊開挖，基坑挖至支撐標(biāo)高后，6 小時(shí)內(nèi)完成鋼支撐架設(shè)，36 小時(shí)內(nèi)完成砼支撐澆筑；第二次開挖至基坑底部，分成20 小塊進(jìn)行對(duì)稱跳倉(cāng)開挖，每塊開挖后立即澆筑底板進(jìn)行封閉，并于抗拔樁相連，每塊底板達(dá)到強(qiáng)度后采用配重塊增加堆載，確保土地均勻、均速卸荷，保持地鐵盾構(gòu)區(qū)間穩(wěn)定。

2.2.2 第一次土方開挖

（1）基坑分層分塊開挖，每層開挖深度不超過(guò)3 m，第二道混凝土支撐底部距地面約5.1 m，這部分土方分兩層進(jìn)行開挖，第一層開挖深度3 m，第二層開挖深度2.1 m。整體開挖順序?yàn)椋孩?①第一層、Ⅰ-②第一層、Ⅱ-①第一層、Ⅱ-②第一層、Ⅰ-①第二層、Ⅰ-②第二層、Ⅱ-①第二層、Ⅱ-②第二層、Ⅲ開挖。

（2）第二道支撐底部以上土方分兩層進(jìn)行開挖，Ⅰ、Ⅱ開挖時(shí)，采用一臺(tái)PC200 挖機(jī)站在地面從北往南進(jìn)行土方開挖，第一層開挖深度3 m，開挖出的土方直接裝車外運(yùn)；第一層開挖完成后，挖機(jī)進(jìn)入坑內(nèi)進(jìn)行第二層土方開挖，開挖深度2.1 m，開挖的土方轉(zhuǎn)運(yùn)至基坑邊，由站位于地面基坑邊的另一臺(tái)PC200 挖機(jī)裝車外運(yùn)。

（3）土方分層開挖時(shí)，先開挖的Ⅰ、Ⅱ處土方與后開挖的Ⅲ處土方按照1∶1進(jìn)行放坡。土方開挖時(shí)，支撐下的土方進(jìn)行掏挖。

（4）Ⅲ處土方開挖時(shí)，先采用PC200 挖機(jī)從北往南開挖第一層土（3 m），開挖一段距離后，另一臺(tái)PC200 挖機(jī)進(jìn)入基坑內(nèi)，開挖剩余2.1 m深度土方，與第一臺(tái)挖機(jī)形成臺(tái)階開挖，開挖出的土體由站位于地面的挖機(jī)裝車外運(yùn)。開挖示意圖見圖5。

圖5 第一次土方開挖平面示意圖

2.2.3 第二次土方開挖

（1）第二道砼支撐施工完成并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，開始進(jìn)行基底以上土方開挖。該層土方按照Ⅰ-①…Ⅰ-④、Ⅱ-①…Ⅱ-④、Ⅲ-①…Ⅲ-④、Ⅳ-①…Ⅳ-④、Ⅴ-①…Ⅴ-④的順序分塊進(jìn)行土方開挖。

（2）第二道支撐底至基底以上土方分層分塊進(jìn)行開挖，每層開挖深度不大于3 m，該層土方深度約4.1 m，分兩層進(jìn)行開挖，第一層開挖深度2 m，第二層開挖深度2.1 m。

（3）因該層土體部分施工了MJS工法樁，土體已經(jīng)進(jìn)行了提前加固，穩(wěn)定性較高，因此該層土體開挖時(shí)各區(qū)塊之間按照1∶0.3進(jìn)行放坡，土方開挖時(shí)由站位于基坑內(nèi)的PC200挖機(jī)將單個(gè)區(qū)塊內(nèi)的土體分層開挖到基坑底，并將開挖出的土體轉(zhuǎn)移至基坑邊，由站位于地面基坑邊的另一臺(tái)PC200挖機(jī)裝車外運(yùn)。對(duì)于Ⅳ-①…Ⅳ-④、Ⅴ-①…Ⅴ-④位置的土體，直接采用長(zhǎng)臂挖機(jī)或液壓抓斗進(jìn)行該處區(qū)塊土方開挖外運(yùn)。

（4）每個(gè)區(qū)塊開挖到底，分塊施工墊層和底板，底板與抗拔樁相連，底板達(dá)到強(qiáng)度后，在底板上設(shè)置多塊預(yù)制混凝土塊進(jìn)行反壓，單塊預(yù)制混凝土塊尺寸1.5 m×1.5 m×1 m，單塊重量5.625 t，確保壓載不小于50 kPa后，再開挖下個(gè)區(qū)塊。開挖示意圖見圖6。

圖6 第二次土方開挖平面示意圖

3 數(shù)值模擬

3.1 地鐵區(qū)間隧道容許變形量

目前關(guān)于地鐵隧道結(jié)構(gòu)容許變形量研究較少，國(guó)內(nèi)不同城市結(jié)合當(dāng)?shù)氐慕ㄔO(shè)工程經(jīng)驗(yàn)給出了不同的標(biāo)準(zhǔn)。本項(xiàng)目位于杭州市余杭區(qū)，因此本次分析主要以浙江省工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)程》為準(zhǔn)，從《規(guī)程》中可以看出，區(qū)間隧道的保護(hù)范圍分2 個(gè)等級(jí)分別為控制保護(hù)區(qū)和特別保護(hù)區(qū)。本工程隧道上跨5 號(hào)線隧道，開挖部分位于隧道正上方，因此本工程位于杭州地鐵5 號(hào)線區(qū)間的特別保護(hù)區(qū)范圍，軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)等級(jí)為A級(jí)。

本工程上跨的地鐵創(chuàng)景路站～葛巷站區(qū)間盾構(gòu)隧道已運(yùn)營(yíng)，根據(jù)浙江省《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)環(huán)錯(cuò)縫隧道，當(dāng)水平位移、豎向位移、徑向收斂等累計(jì)變形均小于30 mm，但某一項(xiàng)指標(biāo)超過(guò)20 mm時(shí)，結(jié)構(gòu)安全狀況可劃分為Ⅱ類，盾構(gòu)隧道累計(jì)豎向位移控制值為10 mm，沉降控制值5 mm，水平位移5 mm，相對(duì)收斂5 mm。

3.2 數(shù)值模擬及分析

目前，計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)飛速發(fā)展，許多地下工程理論得以數(shù)值實(shí)現(xiàn)。本次二維數(shù)值模擬采用Plaxis2 D巖土有限元模擬軟件，計(jì)算主要是對(duì)區(qū)間盾構(gòu)隧道進(jìn)行二維數(shù)值模擬，并對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)及盾構(gòu)隧道的位移進(jìn)行驗(yàn)算。工況劃分表見表1。

表2 二維模型分析工況表

由于模型分析步數(shù)較多，在此僅表述控制性的“工況 7、9、11、13”工況下模型水平、豎向位移云圖，見圖7。

圖7 各工況水平、豎向位移圖

表3 各工況變形統(tǒng)計(jì)表 單位：mm

4 結(jié)論

由palxis有限元軟件模擬分析結(jié)果可知，文一西路隧道施工對(duì)杭州地鐵5號(hào)線創(chuàng)景路站～葛巷站區(qū)間盾構(gòu)隧道產(chǎn)生了一定影響，盾構(gòu)隧道出現(xiàn)了一定量的水平位移、豎向位移以及收斂變形。隨著隧道上跨基坑土方開挖，上方卸載，盾構(gòu)隧道隆起增大，收斂量增大。隨著開挖深度的加深，變形趨勢(shì)加劇，隧道水平變形峰值受開挖分區(qū)與隧道位置關(guān)系出現(xiàn)一定波動(dòng)。底板堆載對(duì)控制豎向變形具有一定效果。隨著主體結(jié)構(gòu)施工及覆土回填，隧道變形再次變小?？傮w結(jié)果顯示隧道變形水平位移、豎向位移以及收斂值均在控制值范圍內(nèi)，隧道結(jié)構(gòu)安全可控。本次開挖施工方法科學(xué)可行。

本次研究結(jié)果，解決了軟土地區(qū)低凈空上跨運(yùn)營(yíng)地鐵盾構(gòu)區(qū)間隧道的基坑開挖關(guān)鍵施工技術(shù)，可為軟土地圖同類型工程設(shè)計(jì)和施工提供有力參考和借鑒價(jià)值。