明挖结构上跨盾构隧道施工上浮问题研究

袁 博

（中铁南方投资集团有限公司，广东 深圳 518000）

1 工程概况

1.1 工程概述

厦门轨道交通2号线高林停车场出入场线设计为两条并行区间隧道，位于高林站—湿地公园站正线区间内侧，四线盾构隧道并行约300m后，采用明挖法跨越高林站—湿地公园站区间左线隧道进入高林停车场。出入场线设计长度约490m,采用盾构法施工并行段约300m，采用明挖法施工上跨段月190m。出入场线上跨区间正线隧道平面示意图如图1所示。

图1 出入场线上跨区间正线隧道平面示意图

高林停车场出入线明挖区间上跨高林站—湿地公园站正线区间左线长度约90m。区间正线先于上跨段明挖区间施工，为防止明挖区间施工对正线盾构区间影响，需将对正线有影响的围护结构先期施工完成后，方可盾构掘进。待盾构掘进完成后，将正线盾构区间管片内堆载2/3砂袋进行加载后方可进行基坑开挖。

本工点范围内自上而下地层主要是填土、粉质黏土、残积砂质黏性土、全风化花岗岩、散体状强风化花岗岩、碎裂状强风化花岗岩、中风化花岗岩、微风化花岗岩。明挖区间底板持力层主要位于残积砂质黏性土、全风化花岗岩和散体状强风化花岗岩中。

地下水主要有第四系孔隙水、基岩裂隙水。第四系孔隙潜水主要赋存于黏性土层中，以孔隙潜水为主。人工填土层中局部存在上层滞水，地下水位埋深0.5～5.3m，均位于设计底板以上。基坑开挖施工时，采用井点降水与明排相结合，并在围护桩间设置截水帷幕。

明挖区间施工前，周边低矮建筑部分拆除，现存在1栋4层民房住宅与1栋2层简易棚房距基坑较近。基坑边缘靠近建筑时物采用变形控制严格的钻孔灌注桩+锚索（内支撑）的支护体系，围护结构阴角增设咬合旋喷桩进行土体加固，局部采用袖阀管注浆加固。

1.2 明挖结构上跨盾构区间的风险分析

高林停车场出入线明挖区间在80m范围内上跨高湿区间左线，上跨段基坑底标高为正线盾构管片顶部，即基坑开挖时揭露盾构管片。主要风险有以下几个方面：（1）盾构管片上浮对已完工的盾构隧道造成破坏性影响，考虑到正线盾构管片作为高湿区间永久性结构，一旦在明挖结构施工中造成管片上浮，将对盾构隧道结构和线性造成不可逆的破坏。（2）上跨段基坑底标高为正线盾构管片顶部，开挖过程中要破除盾构管片背后的同步注浆及二次注浆材料，对盾构隧道的防水结构造成较为严重的影响。（3）基坑底部隆起对基坑稳定性造成很大的影响，在基坑周边依然存在大量民用建筑的情况下，基坑安全面临的风险极高。

2 施工过程论述

2.1 施工方案编制审批和执行情况

根据设计单位的计算书，设计经过计算，在采取设计措施后可确保受影响盾构管片在明挖基坑开挖减少管片覆土过程中管片上浮、水平位移、收敛变形等均在规范许可范围内。

出入线区间明挖基坑开挖前编制了基坑开挖及降水安全专项施工方案，并进行了专家评审；同时针对该区域的正线管片情况，又单独编制正线管片保护安全专项方案，并进行了专家评审。针对明挖区间上跨盾构隧道施工主要有以下几点要求：

（1）地下水位控制。基坑开挖时严格控制地下水位，通过地面降水井将地下水位控制在管片底以下1.0m。地下水位不满足要求时禁止揭露管片，并保持3.0m的管片覆土。

（2）管片内监测。基坑开挖过程中在上跨段正线管片内布设洞内监测点，主要进行管片内部收敛及沉降观测。

（3）开挖作业。上跨高湿区间左线部分采用分段分小块开挖、快速施工底板的施工方法，与设计对接综合底板各工序施工时间，拟将上跨段明挖区间主体结构底板分段，每段长度为5m。根据设计计算书，在基坑开挖深度距盾构管片顶部以上3m时，对正线盾构管片无影响。基坑开挖顺序：分层开挖至管片顶部3m→加载对应下方段及下一段管片→对应分段底板施工完成（5d）→依次开挖下一段。开挖过程中严格按照分层、分段开挖要求施工。对明挖段盾构上跨正线部分，正线管片3m以上土方采用PC220挖机进行开挖，管片以上0.5～3m部分采用PC120挖机进行开挖，基坑底以上0.5m部分采用人工开挖。

（4）盾构管片加载。在基坑开挖前在盾构管片内堆载沙袋压重，堆载高度为洞身2/3高，在局部监测点位置可适当调整堆载高度。

（5）管片的加固和防水保护。出入线与正线交叉段及相邻30m范围内对正线管片进行加固，在管片内部用8根[20a槽钢将管片纵向连接，加强管片连接整体性和稳定性。正线管片上方土方开挖过程中，对原管片外注浆层进行保护，使其对管片仍有防水效果，管片顶以上50cm部分土方采用人工开挖，开挖过程中对漏出的管片及管片注浆层进行清理及保护。对露出的正线管片清理干净后，采用水泥基渗透结晶防水涂料涂刷，或者采用防水喷涂进行防水处理，同时施作防水保护层，使其起到加强管片防水功效的作用。

2.2 施工方案的调整

由于该工程位于城中村棚户区，明挖段拆迁工作严重滞后，又需在正线贯通后方可施工。建设单位已制定了全线轨通的节点目标，设计单位和原方案制定的管片内沙袋加载保护措施将影响铺轨施工，要求方案进行调整。

调整思路参考：该工程相邻车站高林站位于高林停车场出入线小里程方向150m处，高林站车站主体结构施工采用“先隧后站”法施工。高林站车站范围内盾构区间贯通后进行高林站基坑开挖，基坑开挖过程中需要将站内盾构管片揭露和挖除，且高林站地质与明挖区间地质相近，施工参数可以借鉴。

基坑开挖和管片挖除已全部完成，基坑开挖过程中施工单位对站内盾构管片在整个基坑开挖过程中各个工况进行了施工监测，其中监测项目有地下水位、管片收敛、管片的水平位移、管片的竖向位移以及管片揭露后在雨天的上浮情况。

高林站在基坑降水至正线管片底部以下，管片内部采用拉紧装置拉紧效果可以满足管片之间不发生松弛而导致引起渗漏。基坑开挖至管片顶部过程中管片内部监测结果均未超过规范要求，且在揭露管片后在管片顶部进行监测。

高林站与明挖区间地质相近，在采取以上措施后可保证明挖基坑开挖过程对高湿区间正线管片的影响在可控范围之内。

建设单位总体安排要求优先保证轨通节点，同时要求铺轨单位预留对应段落道床不浇筑砼，采用枕木临时通过，用调线调坡，消除管片上浮对线路的影响。

针对不压载的施工方案调整，项目部制定了提前准备了水袋压载的应急措施可在管片上浮时有效控制管片上浮的风险，并在出现上浮情况下12h内完成水袋压载，控制了管片上浮现象，后经专家同意对方案进行了调整。

2.3 管片上浮事件的发生

2018年11月17日出入线明挖段第一段5m基坑开挖到底，第二段浮土（2m～3m）管片顶部土方卸载20m，基坑见底期间10h管片内部监测数据显示管片上浮28.5mm（3个点最大值），累计值37mm，超过控制值30mm。

针对管片上浮情况，项目部立即启动了应急处置措施，采用水袋进行压载，先压载基坑开挖对应范围，压载长度50m，搭接未开挖卸载土方两侧各10m。具体措施为：（1）加强度管片内部的监测，基坑开挖时按6次/d，对管片的水平及竖向位移进行监测；（2）对上跨段左侧坡顶上5m范围原挡土墙和围墙进行拆除，减少坡顶的堆载；（3）按照施工方案对基坑土方进行分段、分层开挖，待底板施工完成后在进行下一段的土方开挖，防止一次开挖对正线管片顶部卸载长度过大；（4）对管片内部拉紧锁定进行加固,对管片内部的拉紧锁定槽钢增加横向支撑。（5）按照应急预案对管片进行压载，完成施工方案中管片保护措施；（6）对第一段前后30m基坑土方进行平整，减小土方对管片造成偏压；（7）加快明挖段第一段底板施工，将管片内临时压载转换为管片顶设计结构压载。

2018年11月18日3:00开始压载，11:30监测数据基本稳定，17:30全部压载完成。11月26日第四段底板浇筑完成，已将管片内临时压载转换为管片顶设计结构压载，洞内管片目前基本稳定。

3 结束语

该工程明挖基坑开挖过程中未对正线管片采用压载措施，基坑开挖见底后，正线管片顶部无覆土，管片顶部土方卸载，导致管片内力释放，造成管片局部段落上浮变形，加之该段基坑开挖见底后出现降雨，加剧了管片的上浮。对此，原高林站“先隧后站”施工，在盾构隧道拆除的过程中管片未发生上浮，为明挖段结构施工提供了一定的施工经验。但由于“先隧后站”法施工，盾构隧道外侧1m范围内，有明挖基坑施工的围护桩+混凝土支撑（钢支撑）采取的支护方式，从一定程度对盾构隧道周边荷载形成了“卸载”作用，所以受力情况又不能完全等同对待。在施工过程中一直进行有效的监控量测，发生异常后立即启动应急预案，上浮得到了快速、有效的控制，未造成不良后果，并今后的施工提出了借鉴，积累了宝贵经验。