地铁明挖区间隧道结构上浮处置方案

刘 毅

（中设设计集团股份有限公司，江苏 南京 210000）

随着我国城市人口逐渐扩大、私家车保有量暴增，市内交通日益拥堵已经成了全国各大城市的一大棘手问题，而地铁具有安全、舒适、环保、不拥堵的特点，可以极大方便广大市民的出行。因此，当下地铁建设已经成为各大城市解决城市交通拥堵的重要举措。同时，为满足城市的扩张，大部分城市提前对初始开发区域进行地铁建设，为减少建造成本，明挖区间成了优先的选择，但区间结构上浮问题往往容易被施工建设者所忽视，结构上浮若处理不当，轻则造成地铁开通运营后的舒适度及维护难度，重则造成列车行车安全、甚至人员伤亡的重大问题。文章分析了区间明挖隧道结构上浮的原因，并以实际工程的结构上浮事件为背景，提出了处理措施及要点，尽量还原区间结构设计原状，恢复后续地铁各项运行功能。

1 依托工程概述

某城市地铁延长线位于前期开发区域，道路及排水等市政设施极不完善，地铁结构设计为矩形双洞框架结构，每42m 左右设置一道变形缝，采用明挖法施工。建设过程中，为满足建设期间交通功能，采取分段开挖的组织方式，在某区间段结构完成后，因基坑回填高度不足、积水抽排不及时，造成区间结构上浮，最大上浮量达77cm，严重影响地铁结构开通运营的设计要求，且现状情况下，无法通过设计调坡调线进行解决[1]。为恢复区间结构地铁运营设计功能，同时最大可能减少处理费用投入，上浮段区间结构需最大程度进行复位，通过调坡调线等技术措施，以此满足地铁运营功能设计要求。

2 结构上浮原因分析

上浮是结构出现高程隆起现象，主要是结构自重、抗拔力小于上浮力造成的。本案例区间结构上浮的主要原因包括以下几点：

（1）该上浮区间段结构两侧空间狭小，大型机械无法有效碾压，上部道路存在修筑后下沉的严重病害隐患，为保证回填质量，结构两侧采用中粗砂回填；同时，结构顶板以上计划采用黏土回填，因天气原因，实际未回填。

（2）该上浮区间段市政排水管不完善，基坑地势低洼。

（3）长时间暴雨恶劣天气，基坑外雨水一直涌向基坑，造成水位持续上升，且未采取有效措施应对，未能及时排除基坑积水。

（4）回填的中粗砂孔隙率和存水量大，透水性强，基坑水位超过顶板时，此时每延米结构自重599.625kN，浮力约为683.55kN，浮力大于结构自重，造成结构上浮；同时结构两侧回填砂下陷，并进入结构底板以下，积水抽排水位下降后，结构无法复位[2]。

（5）区间结构每42m 左右设置一道变形缝，为柔性连接，在不利工况下，促进了结构上浮的隐患；同时设计风险考虑不足，未充分考虑结构上浮风险，并进行抗拔设计。

3 区间隧道结构上浮处置方案

根据本工程的实际现状，结构完全复位至原设计的难度、代价过大，且几乎不可能，经充分研究，特制定了“尽量复位、满足设计调坡调线、结构鉴定安全”的关键原则，具体处理方案如下：

（1）基坑积水抽排。采用水泵将基坑内明水及中粗砂内的孔隙水抽排干，同时在积水疏干过程，让结构得到一定程度复位。

（2）挖除结构两侧中粗砂。随着基坑积水的抽排，采用长臂挖机、普通挖机及人工配合的方式，对结构两侧中粗砂进行挖除，挖除过程应对称进行。

（3）结构限位装置施工。为避免处理过程中结构平面位置朝不利方向发展，结构变形缝、施工缝侧墙两侧需设置结构限位装置；限位装置由两部分组成，底部为C20 砼固定墩，尺寸为1.5m（长）×1.2m（高），变形缝处固定墩宽度（线路方向）为2m，施工缝处固定墩宽度（线路方向）为1m。另外，限位装置与结构接触面距离2cm，限位装置内侧设置1cm 厚四氟板，如图1 所示。

（4）底板底部中粗砂清理。该处理过程主要包括局部清砂及设置杉木支垫、底部全面清砂两个步骤：第一步，将方木支垫空间范围的中粗砂掏出，然后将杉木支垫塞入结构底板以下，并与底板密贴；杉木支垫每3m左右对称设置一道，支垫长1200mm，宽500mm，高度根据结构剩余上浮高度进行确定，如图2 所示。第二步，杉木支垫布置完成后，开始组织人工手持高压水枪朝底板以下中粗砂进行冲洗，冲洗过程结构两侧应同时对称进行；冲洗过程对中粗砂及时进行清理，并安排技术人员对结构进行连续监测，防止结构两侧发生倾斜。此步骤是整个上浮复位处理过程的关键，意在充分利用中粗砂遇水自稳性差、流动性较强及杉木材质硬度较低、受压较易变形特点，将区间结构尽量朝原始设计进行高程复位。

图1 限位装置大样图（单位：m）

图2 杉木支垫示意图（单位：mm）

（5）待结构高程稳定后，委托第三方结构鉴定单位，对结构进行安全鉴定；在对现场检测后，采用有限元方法对结构在上浮与回落过程中的损伤状况进行深入的计算分析和研究，并对结构现状及后期使用的安全性进行分析评估，鉴定结果若满足设计要求，对区间结构平面、高程进行贯通测量，在不影响地铁运行功能情况下，对隧道线路进行调坡调线设计[3]。

（6）底板下部空隙填充。区间结构复位到一定程度后，结构底板与原垫层间存在一定高度，为保障结构的稳定性，需对其进行有效填充[4]。回填填充顺序按照从低向高的原则，根据不同的间隙厚度采用两种方案处理。总体原则：①对于底板底空隙大于10cm 部分，采用C30 微膨胀自密实砼进行回填；②对于底板底空隙小于10cm 部分，考虑到自密实砼可能无法完全实现空隙填充，采用M30 微膨胀自密实砂浆进行回填。

（7）底板底回填情况检测。为保证结构底板以下回填属于密实状态，回填材料终凝后，采用地质雷达对底板进行扫描，如发现存在孔隙，则从结构内侧在结构底板上钻孔，孔径为φ50mm，并向孔内灌浆，灌浆材料采用高强无收缩水泥灌浆料。

（8）防水修复及土方回填。对结构受损部分防水按照设计要求重新进行修复，并组织对基坑按照分层、分段的方式进行回填，回填过程保证均匀、对称，分层回填厚度不超过30cm[5]。回填料采用密实的黏性土，压实度不小于87%，回填高度为规划地面高程。

4 施工要点和质量保障措施

本项目主要的质量问题是结构上浮后不满足轨道运营设计规范要求，因此需要对上浮后的结构进行复位处理，确保复位后经过设计调坡调线能满足轨道运营功能要求。

（1）该区间上浮段已无法复位到原始状况，因此要做到处理方式的经济、可行性，必须从设计的角度掌握结构可调坡调线的结构工况，施工处理做到超前谋划，做到心中有底。整个处理过程，绝对不可以按照走一步、算一步的思路进行处理，不然对后续整个处理过程难以做到指导意义，因此处理前要掌握该结构复位、下降多少可以通过设计来解决，充分利用外界的技术措施来解决问题。

（2）对上浮结构复位处理过程，要求对结构做好限位措施，处理须同步、对称，预防上浮结构在处理过程中形成二次伤害，或向不利方向发展，保证结构基本同步、均匀的向下复位，朝着设计可调坡调线的高程处理。此项工作也异常重要，一旦处理过程出现意外，结构发生较大倾斜，则对于一直想通过后续调坡调线的措施则可能大概率前功尽弃。

（3）结构复位到允许位置后，必须保证底板底部处于密实状态。若回填不密实，存在大面积孔洞，后期运营过程，受列车长期振动荷载影响，容易出现结构开裂、下沉，轨道变形，进而威胁到地铁轨道运营安全。因此，对底板以下部分空隙回填材料把控、处理及回填后雷达扫描检测，是整个处理结果的重中之重。

上浮结构整个处理过程，存在几项关键施工过程，如图3、图4 所示。

图3 中粗砂挖除

图4 杉木支垫设置

最后，为确保结构上浮复位处理后质量满足各方要求，各参建单位对该结构进行了全面验收，经评定，验收程序到位，质量符合相关规范验收标准要求，验收合格。

5 结束语

由于该区间段结构出现了上浮质量问题，若对上浮段结构进行破除、返工处理，将在经济、工期上带来极大的损失。因此，在遇到这个国内地铁明挖区间上浮质量处理可参考案例几乎没有的情况下，我们需要及时厘清思路，采取最经济、工期可接受的方式，对结构进行复位处理，确保后期地铁运营的舒适度、安全等功能需求。文章分析了该明挖区间结构上浮的原因，并提出了该案例的解决方案，同时给出了施工要点和相关的质量保障措施，经过第三方结构安全鉴定，同时经过地铁开通运营的长期检验，可以得出本案例处理是成功的，取得了良好的经济和社会效应，对类似结构的施工，提供了不利工况的风险参考依据，特别是对地铁明挖区间类似结构上浮处理具有较强的参考价值。