明挖基坑上跨既有运营地铁隧道施工关键技术与实践

魏新立

（中铁十四局集团大盾构工程有限公司，江苏 南京 210000）

0 引言

明挖基坑作为隧道主要的施工工艺，不可避免会遇到上穿既有隧道的施工环境，既有隧道上部荷载的变化和施工过程中的振动及压力将对其造成不利影响，有可能导致既有隧道发生上浮、横移及变形。本文基于工程实例，分析明挖基坑上穿既有地铁隧道施工过程中，采取有效措施控制地铁隧道的位移和变形。

1 工程概况

1.1 工程与地铁保护对象相对关系

该项目为艮山东路过江隧道，主线工程全长4616m。其中，隧道段4462.26m，路基段153.74m，设风塔2 座，管理中心1 座。艮山东路过江隧道工程上跨杭州地铁1 号线云水站—下沙江滨站区间，交叉段与地铁隧道接近呈90o正交，主线隧道交叉段基坑开挖深度9.6～9.8m，坑底距离地铁隧道最小净距约5.2m。

1.2 水文与地质情况

根据钻探揭露及经原位测试和室内试验结果，依据工程特性及成因条件，将场区地基划分为13 个工程地质层、34 个工程地质亚层及5 个工程地质夹层，如图1 所示。

图1 地质结构分析

1.3 施工中的重、难点

地铁隧道变形控制是该工程重、难点，对隧道的变形控制要解决以下几个问题：

第一，隧道上方土体卸荷比不可过大；第二，增强隧道上部及两个土体的强度；第三，控制施工过程中对隧道的压力和振动；第四，防止隧道在施工及运行过程中发生上浮。

2 专项方案

为控制隧道变形采用了以下四种措施结合进行：第一，上方基坑土体进行MJS 加固处理，增强隧道上方土体的强度和稳定性；第二，隧道两侧及隧道中间设置MJS 加固和围护桩形成门式框架结构抑制隧道变形；第三，增加了抗拔桩防止隧道因荷载变化而上浮；第四，基坑采用分坑分块开挖，减小大面积开挖对地铁隧道的影响。施工过程中严格控制MJS 旋喷桩、钻孔桩、土方开挖等高程、深度和垂直度等；此外，自动化监测系统的设置尤为重要，是防止发生事故的重要的手段。施工顺序为：对地铁隧道上方、两侧、中间土体进行MJS 加固—分坑围护桩和抗拔桩—分坑分层开挖—混凝土支撑、钢支撑—主体结构施工—回填[1]。

2.1 MJS 土体加固

MJS 工法在传统高压喷射注浆工艺的基础上，采用了独特的多孔管和前端造成装置，实现了孔内强制排浆和地内压力监测，并通过调整强制排浆量来控制地内压力，使深处排泥和地内压力得到合理控制，由于地内压力的稳定减小了施工中出现的各种变形，减小对周边管线及建构筑物的影响。施工过程中严格控制加固深度，避免注浆压力影响既有地铁隧道。

基坑工程采用灌注桩围护加MJS（2400@1800，桩长13.3～27m）做止水帷幕，既有地铁上方基坑采用MJS 满堂加固（2400@1800，桩长3.5～4.22m），两侧采用MJS 门式加固（2400@1800，桩长17.29～17.69m和1400@1000，桩长17.52m）。为避免MJS 的注浆压力对隧道产生影响，将隧道两侧门式加固的顶部及底部3.2m 设计为全圆桩型，剩余部分设计为半圆桩型，背向隧道成桩。先进行MJS 土体加固，再施工灌注桩，如图2 所示。

图2 MJS 土体加固范围

2.2 增加抗拔桩数量

明挖隧道与既有地铁隧道交叉段抗拔桩验算结果如表1 所示。

表1 抗拔桩验算

根据计算，此段需要设置抗拔桩，在该段设置28根Φ1200、长度20m 的抗拔桩。

2.3 分坑分块开挖

基坑采用分坑分块开挖，降低卸荷比，减小大面积开挖对地铁隧道的影响，围护结构采用钻孔灌注桩和MJS 满堂加固结合的形式。主线隧道上方基坑围护采用MJS＋800mm 钻孔灌注桩的围护型式，如此形成门式框架结构抑制隧道位移和变形，分块方式见图3，开挖顺序为A1—A2—A3—A4—B。交叉段坑内设置疏干降水，坑外设置应急降水井[2]。

图3 分块分坑平面布置图

2.4 隧道内自动化监测

结合实际工程质量检测标准以及相关需求，该工程中的隧道自动化监测内容为：水平位移、竖向位移、收敛变形、裂缝宽度、道床与轨道变位。当采用自动化监测时，另外，频率不低于1 次/4 天，其余情况则不低于1 次/1 天。隧道50m 保护区范围内进行基坑施工前开始地铁保护监测，待隧道完成后，仍需以不低于1 次/2 天的频率保持监测，持续时间不小于30 天，监测时间应根据隧道变形稳定情况酌情延长。监测单位监测数据时应与外部作业时序一致，确保监测数据能真实反映外部施工作业的影响规律，可根据监测数据，实时调整设计方案及施工措施。相关单位应收集地铁结构变形等相关资料，分析监测数据的变化规律，共享相关工程的监测数据信息，确保监测数据第一时间内到达相关单位。

3 过程控制及结论

在施工过程中，应按照方案的要求严格控制MJS的标高、垂直度和注浆压力等，控制钻孔灌注桩的标高和垂直度等。

3.1 MJS 质量控制

MJS 工法桩，桩径∅2400，拟采用P.O42.5 级普通硅酸盐水泥，水泥掺量不低于40%，水灰比1∶0，施工参数见表2。

表2 MJS 施工技术参数

表2续表

试桩施工过程中，按照表3 进行质量检查和控制工作。

表3 质量检查表

引孔垂直度是控制旋喷桩偏差的关键，引孔必须满足1/200 要求，在引孔过程中需确保钻机水平状态及钻杆垂直，引孔采用导向钻头，钻孔定位后采用全站仪进行垂直度复核，确保满足要求。

下杆之前对钻头的地内压力传感器进行测试、校核。施工过程中利用信息化设备全程对地内压力进行监测，可以有效保证8h 内地内压力数据情况可回溯。成孔机械在成孔作业过程中，实际成孔深度每根钻杆都进行测量复核，避免对地铁管片产生不良影响。

3.2 施工过程位移监测

根据国家行业标准《城市轨道交通结构安全保护技术规范》（CJJ/T202—2013）中城市轨道交通结构安全控制指标值的控制要求，见表4。

表4 城市轨道交通结构安全控制指标值

施工过程中上行线水平位移和竖直位移的监测点数据汇总如图4 所示。

图4 上行线水平位移和竖直位移监测点分布曲线图(FC1-1 为上行线水平位移，FC1-2 为竖直位移)

3.3 结论

从图中可以得出，施工过程中，既有地铁隧道位移在相关规范要求之内，施工满足要求，此专项方案切实可行有效。

4 结语

近些年，随着城市发展的不断推进，地下空间利用率也在逐步提升，大量的轨道交通成为了利用地下空间的主要工程。针对当前的明挖基坑上跨既有运营地铁隧道施工项目来讲，必须要结合具体的施工现场情况分析多种影响因素，打造全过程控制体系，落实好自动化监测。本文中MJS 施工工法在基坑维护结构施工中具有较强的应用效率，能够有效减少对周边环境的影响，提升基坑稳定性，从而为工程提供良好的安全保障。