明挖基坑对地铁盾构隧道影响的风险分析与控制

杨仕彬

中铁十四局集团有限公司 山东 济南 310051

引言

伴随着我国城市交通建设进一步发展，新建隧道线路穿越城市项目存在环境复杂，施工难度大等问题，需要对既有线路进行勘察，做好选线，围绕复杂环境开挖以及维护结构安全保障的技术，本文对上跨既有地铁隧道沉降控制技术进行分析，提出施工过程中需要注意的事项，以期能够推动类似施工技术提高，为隧道工程结构稳定安全，控制好隧道开挖和既有线的施工提供参考。

1 上跨地铁隧道基坑工程概况

1.1 项目基本情况

艮山东路过江隧道工程隧道在YK0+674～YK0+736上跨地铁1号线云水站～下沙江滨站区间隧道。该段隧道采用明挖法施工，基坑深度9.6m～9.8m，基坑宽度47.9m，基坑底部距离隧道约5.2～5.3m，主线隧道上方基坑（YK0+674～YK0+736）围护采用MJS+800mm钻孔灌注桩结合1道钢筋混凝土支撑+1道800mm钢支撑的围护型式，开挖范围内地基强加固（MJS满堂加固）竖向高程范围-3.8m～-8.8m/-20.2m；主线隧道西侧旁侧基坑（YK0+674～YK0+736）采用 800mm 地下连续墙结合1道混凝土支撑+1道钢支撑的围护型式；主线隧道东侧旁侧基坑（YK0+674～YK0+736）采用800mm地下连续墙结合1道混凝土支撑+2道钢支撑+1道钢支撑换撑的围护型式。主线隧道交叉段围护结构平面布置如图1所示。

图1 主线隧道交叉段围护结构平面布置图

1.2 水文地质情况

基坑开挖范围内主要以①1杂填土、①2素填土、②4砂质粉土、②41砂质粉土、②42砂质粉土夹粉砂为主，坑底位于②42砂质粉土夹粉砂层[1]。地质情况。

1.3 地铁加强保护措施

1.3.1 分坑措施。基坑采用分坑分块开挖，基坑分为12个小基坑。减小大面积开挖对地铁隧道的影响。

1.3.2 地基加固。上方基坑坑底土体进行MJS加固处理（满堂加固）竖向高程范围-3.8m～-7.7m/-20.2m。

1.3.3 门式框架体系。隧道两侧及隧道中间设置MJS加固+围护桩形成门式框架结构抑制隧道变形。

2 基坑围护设计方案的风险辨识

工程为正在运营地铁盾构隧道的上方基坑，基坑坑底与盾构隧道顶的竖向净距小。上方基坑土方卸载引起的坑底土体隆起变形，将一定程度地影响下方盾构隧道的变形。

基于已运营盾构隧道的上方大面积土体加固方案，存在实施过程中土体扰动大，间接导致盾构隧道变形的风险。

隧道上方大面积MJS桩施工过程中，隧道管片由于上覆土压力增加，会导致隧道沉降，且收敛变形增加。

设计方案围护桩距离盾构隧道竖向净距约1.3m，隧道上方MJS搅拌桩距离盾构隧道最小竖向净距约0.8m，施工中存在打穿盾构隧道的风险。

设计方案隧道两侧桩基距离盾构隧道最小平面净距约2.5m，围护桩施工过程中易产生隧道较大变形。

基坑内设置多排分坑桩，桩顶同支撑顶，且设计要求结构完成后方可拆除桩基，由于桩基较密，可能导致施工进度缓慢，暴露时间长。

较多的分坑、基坑面积小，为保护盾构隧道，工况要求细致且必须连续，而现场情况多变，可能出现实际工况未达到设计要求。

基坑位于粉砂土地区，地连墙与围护桩交界处易产生渗漏水点，可能引起基坑漏水风险。

坑底满堂加固可以增强坑底土体的刚度，抵抗上方卸载后土体自身的卸载变形。然而坑外、坑外降水控制不当，易引起坑底隆起、涌水风险。

围护结构与盾构隧道相交位置，围护桩桩长短。插入深度不足，围护结构的稳定性以及坑内外不同水头作用下的抗渗透稳定性需可靠[2]。

3 基坑围护施工的风险辨识

3.1 地基加固的施工风险

MJS地基加固是控制盾构隧道隆起变形的重要手段。一旦施工速度过快，根据类似项目经验，可能导致隧道产生较大的沉降，甚至管片结构破坏；同时加固是在盾构隧道上方进行，若加固桩与隧道的相对空间关系控制不当，桩机可能直接对管片产生损害[3]。

3.2 围护桩施工风险

围护桩属于受力构件。围护桩质量存在缺陷，将产生受力问题，危及基坑自身的稳定和安全。周边存在地铁设施时，必须确保围护桩的质量。

3.3 地下墙或围护桩间漏水、涌砂的施工风险

地连墙施工过程中由于沉渣过厚，在混凝土浇筑时，部分沉渣被混凝土的流动推挤到墙段接头处和注浆导管之间，致混凝土内夹层渗水、浇筑混凝土时出现离析现象或者有空洞等现象产生时，地下墙或围护桩间可能产生漏水、涌砂现象。周边环境因水土流失带来的沉降等变形巨大。严重时将产生重大的经济损失和巨大的风险[4]。

3.4 坑底土体未能有效满堂加固的风险

本项目位于围护结构与盾构隧道相交位置，围护桩桩长短。插入深度不足，坑外不设置降水井，当坑底土体未能有效满堂加固时，坑底存在抗渗透稳定性问题。

3.5 未按设计及方案要求进行挖土

本项目地基土性质相对较好，基坑平面面积很小，支撑间距较密，挖土施工困难，超挖的可能性较大。而为保证地铁结构安全，轨道交通保护区内的土方必须严格按照“先撑后挖”和“分层分块”的原则[5]。

4 基坑工程风险控制

施工前加强对设计选用基础资料的复核、审查，避免选用基础资料的失误。如应进一步复核开挖范围内地铁隧道标高，复核围护桩及搅拌桩距离盾构隧道顶的净距等。

进一步细化基坑围护施工、基坑开挖方案，降低可能影响盾构隧道变形控制的施工风险。如细化土层分区分块开挖图等[6]。

严格施工管理程序和制度，从源头管控围护桩、止水帷幕、拆撑等的施工质量，严格控制土方开挖高度和范围，降低MJS加固桩施工対隧道的影响。

基坑开挖前应开展降水试验，检验止水帷幕及坑底满堂加固质量；基坑开挖过程中应动态监测隧道变形及坑内外水位变化，根据现场实际情况，进行降水动态管理。

建立监测信息的网络平台，确保监测数据在第一时间到达相关各方，便于相关各方根据监测信息，结合工地现场实际变化状态，调整设计和施工措施，真正实现动态监测、动态设计、动态施工等[7]。

5 结束语

对于新建明挖隧道上跨既有地铁区间工程，在主体隧道施工实施前，对设计方案和施工过程的风险进行辨识和分析，提出科学的控制和防范意见和预控，以降低风险带来的损失，对保护运营地铁隧道安全具有重大的意义。在开挖前加强风险的分析和预控也是整个明挖基坑上跨地铁隧道能否成功的有力保证。

建议在上跨既有隧道明挖基坑施工前，深入研究国家行业、地方规定以及地铁集团关于既有运营地铁线路的保护规定，落实设计方案和施工方案评审，严格进行风险评估和相关施工手续的办理，优化设计和施工方案，加强施工过程中基坑和运营地铁线路的监测，做好应急物资、应急演练等应急管理措施，最大限度减弱上跨地铁隧道基坑施工对既有盾构隧道的影响，确保运营既有地铁线路和明挖基坑的双安全。