盾构隧道上方基坑施工对隧道变形的影响及其加固

　　1 工程概况

　　上海静安区大中里项目46#地块面积约4 300 m2,其中深基础范围(A区)基坑开挖深度为3.95~4.55 m,面积约3 810 m2;浅基础范围(B区)基坑开挖深度为1.55 m,面积约350 m2,其中A区的底板施工为本文的论述依据(图1).

　　2 隧道变形情况及分析

　　盾构隧道上方基坑施工一方面造成隧道上方卸载,诱发隧道上隆,另一方面在基坑内外两侧沿隧道纵向、横向形成偏压,从而导致盾构结构发生不均匀变形.

　　(a)基坑开挖土体卸荷使地铁隧道下部土体隆起,隧道随之隆起;(b)由于软土特有的流变性,使得基坑开挖卸荷越快,基坑暴露时间越长,基坑的稳定性就越低,对基坑下部地铁隧道的安全就越不利;(c)基坑工程降水引起地下水位变化,地下水浮力随之改变,这也会引起地铁隧道隆起;(d)基坑周边地面道路行驶车辆的动载、场地施工机械和材料的静载等,会增加基坑下方地铁盾构隧道的隆起量.46#地块首层板早已浇筑完成,同时上部结构将于5月份封顶,这段时间里地铁隧道的隆沉数据稳定,有一定的回落趋势.

　　经过观察分析,地铁正上方每块实际开挖时间对隆沉的影响并不大,由于施工要保证在23:00至次日6:00之间完成,所以每天的基坑裸露时间相差无几,只有非地铁正上方分块开挖时基坑裸露时间较长,其施工最好不要几个分块连续进行,易产生隆起达到报警值的情况,影响地铁隧道安全.

　　综合以上分析,并且考虑46#地块的实际情况,认为底板施工对隧道变形影响的主要原因有:

　　(a)基坑开挖引起土体卸载,从而导致隧道下方土体隆起,致使隧道隆起;(b)土体一经开挖,隧道将产生持续变形;(c)两侧土体的开挖施工会引起隧道隆起的加剧;(d)基坑周边所有对坑边形成压载的车辆或材料均会引起坑底隆起,从而导致隧道隆起变形;(e)各分块之间相互影响,最大隆起点随着底板分块施工的变化而变化,当底板形成整体后抵抗隆起能力变强.

　　3 施工技术措施[1-7]

　　3.1 土体加固

　　根据Winkler的理论,如果对基坑底部及隧道周边土体进行加固,可以提高土体的抗剪强度指标,增大地基土的基床系数,进而减小隧道的变形.现场土体加固如图2所示.

　　3.2 采用抗拔桩

　　在运营地铁隧道两侧设置抗拔桩并使其与底板有效连接后,就相当于在地铁隧道周围加了一道保护箍,限制了隧道和周围土体的变形.

　　本工程采用的SMW工法的深层搅拌桩对地铁影响较小,并且土体加固也采用深层搅拌桩方法,便于统一施工.实际工程中,位于隧道上方的各分块底板施工时,两端须与工程桩连接,共同抵抗隧道的上浮,抗拔桩示意见图2.

　　3.3 施工过程中对隧道变形全方位监控

　　除了上述措施外,对隧道全方位监控也是一个十分必要的施工技术措施.加强监控频率,提高监控报警值要求,防患于未然,确保工程施工中地铁结构的安全.确保地铁结构设施绝对沉降量及水平位移量≤20 mm,隧道变形曲线的曲率半径≥15 000 m,相对弯曲≤1/2 500.若检测结果显示变形过大,则应及时调整分块大小,减小每次开挖的卸载量,确保地铁设施的安全.

　　3.4 合理的分区分块和施工顺序

　　在底板施工过程中,分区分块合理与否直接影响了开挖过程中坑底隆起的程度,分块过大过宽,易导致每次开挖隆起过大,分块过小,又会拖延工期.此外,施工顺序也对底板施工过程中坑底隆起变形产生一定的影响,从一头直接按分块开挖到另一头,这种做法如不压载会导致坑底中心变形隆起过大,从最简单的纵断面考虑,单位均布荷载下,跨中挠度随着跨度的增加而增大.本工程中46#地块开挖和底板施工过程中,每1 个小分块都是在经过计算保证每次隆沉大小的前提下进行设计的,同时施工顺序也是经过理论分析后进行安排的.

　　4 经验与总结

　　大中里项目46#地块现底板施工完成,至今为止,施工单位通过调整施工方案、控制开挖挖土时间、缩短放钢筋笼时间与加强各环节的衔接性,尽可能提早了浇筑底板混凝土的时间,有效控制了隧道的隆沉和变形,保证了地铁隧道的累积隆沉值和收敛变形大小满足相关要求.

　　在底板施工过程中,有以下几个经验:

　　(a)建设单位、设计单位和施工单位必须要深刻认识和充分重视工程的风险性,以此来保证施工安全和地铁运营安全;(b)上海软土的特性导致基坑暴露时间越长,底板施工过程对隧道的隆沉和变形影响就越大;(c)对隧道上方即将施工的土体进行全面加固,并对隧道周边采用门式加固,此外采用抗拔桩设计,这是控制隧道隆起的一种较为有效并极为重要的手段;(d)严格控制单块土体的施工时间是十分重要的,但也要尽可能的缩短整个工程的施工工期.尽管在施工过程中各施工工序之间的搭接良好,缩短了单块的施工时间,控制了隧道隆起变形,但数据监测表明,一旦开挖土体,纵然底板施工完毕,隧道也将随之产生持续变形,因此,在条件许可的情况下,尽量保证连续高速施工;(e)不同块体施工会引起相邻块体下方隧道的持续隆起变形,隧道变形持续到结构完成后相当长一段时间;(f)隧道两侧土体的开挖施工会加剧隧道的隆起,因此,非隧道正上方土方开挖及结构施工也应尽可能缩短时间;(g)利用自动化即时监测系统掌握隧道变形情况,对监控施工过程、保证地铁运营安全十分重要.

　　综上所述,类似工程必须保证有绝对认真负责的全过程监控,时刻了解地铁隧道的变形情况,知己知彼,严格控制加固土质量,底板施工严格控制施工时间,只有这样,才能保证施工和地铁运营的安全.

　　参 考 文 献

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