淺埋運營地鐵隧道上方大面積基坑施工技術 【摘要】本文介紹了在埋深較淺的已投入運營的地鐵隧道上方大面積基坑施工技術,解決了基坑開挖卸載后可能造成地鐵隧道上浮引起變形的問題,為今后類似工程提供一定的借鑒作用。 【關鍵詞】淺埋地鐵隧道;基坑施工;變形控制;監測 一、工程概況 南京路下沉式廣場位于南京西路和西藏中路口,地處本市鬧市中心。下沉式廣場建筑面積近8000平方米,與建成的南京路地下人行通道、地鐵1號線、2號線、M8線出入口相連,建成后可解決地鐵一號線、二號線、M8線三線車站進出客流與過西藏路、南京路客流的交匯,形成區域性的客流中心。 下沉式廣場基坑絕大部分位于運營中的地鐵一號線、二號線區間隧道上方,地鐵一號線、二號線上下行線共四條區間隧道在下沉式廣場中心區域底板下呈“井”字型穿越。其中,下沉式廣場范圍內地鐵二號線隧道埋深較深,隧道頂部絕對標高-11.162m,地鐵一號線隧道埋深相對較淺,下沉式廣場范圍內隧道頂部絕對標高僅為-3.85m,下沉式廣場底板的絕對底標高為-0.623,距一號線隧道頂部僅3m左右。 二、施工難點 (一)下沉式廣場地理位置十分特殊,地鐵一號線、二號線四條區間隧道在其底板下呈“井”字型穿越。尤其是埋深較淺的一號線區間隧道頂部距底板底的距離最小處僅3m左右。整個下沉式廣場底板結構施工幾乎均位于地鐵區間隧道上方施工。因此,一、二號線運營區間隧道上方大面積卸載后對隧道變形的控制是本工程的難點。尤其是對地鐵一號線區間隧道的保護,也是我們施工中必須進行重點監護的對象。 (二)運營地鐵隧道變形控制指標要求非常高。根據《上海市軌道交通安全保護區暫行管理規定》以及地鐵運營主管部門對本工程的《上海市軌道交通安全保護區作業方案技術審核意見書》等要求,為確保運營地鐵隧道的安全運行,施工過程中必須按照如下變形控制指標對運營地鐵隧道進行保護。①兩軌道橫向高差≤2mm,軌向偏差和高低差最大尺度值≤4mm/10m。②地鐵結構最終絕對沉降量及水平位移量≤5mm,日地鐵結構沉降量和水平位移量≤0.5mm,變形曲線的曲率半徑≥15000m,結構相對彎曲≤1/2500,隧道收斂日變化量≤2mm,結構最終收斂變化值≤10mm。③報警值:監測值超過日指標或地鐵結構總變形控制量的1/2時立即報警。 (三)施工時間緊,限制條件嚴格。根據運營部門及設計要求,下沉式廣場在地鐵一號線兩條區間隧道上方范圍內的底板必須分塊施工。每一施工塊必須在一號線有地鐵監護點的日期時進行施工。同時,分塊底板挖土、截樁、鋼筋綁扎、支模、混凝土澆筑等各道工序必須緊密銜接,一氣呵成,必須在當日運營結束至次日運營開始的8個小時內完成所有工序。 (四)分塊底板間施工縫防水要求高。由于下沉式廣場面積非常大,一號線隧道上方底板分成近30塊小施工塊,因此形成了眾多的施工縫,必須加強施工縫防水處理,若處理不當,將造成底板滲漏水。 三、關鍵性技術措施及施工方案 通過對工程難點仔細深入分析不難看出,施工期間運營地鐵隧道的抗浮是施工關鍵。尤其是地鐵一號線隧道,本身埋置深度較淺,自然地面下僅7m左右,下沉式廣場基坑開挖深度雖然只有3m多,但基坑底距一號線頂部僅僅3m,開挖卸載面積也相當大。如此大面積卸載后對淺埋的一號線隧道安全影響極大,必須嚴格控制一號線隧道的結構變形與上浮變形。地鐵隧道作為相對柔性的結構,若控制不力使其發生較大的上浮,將導致隧道相鄰管片產生差異變形,繼而破壞管片接縫處的防水措施,使隧道發生滲漏水現象,甚至將嚴重影響到地鐵運營安全。 經與設計、地鐵運營部門以及各方面專家的反復論證后,隧道抗浮控制通過鉆孔灌注樁抗拔樁、地基加固、底板結構限時完成,以及結構完成后及時回壓等措施來進行控制。下沉式廣場使用期間隧道的抗浮通過足夠數量的鉆孔灌注樁及
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下沉式廣場底板一體化結構來實現。 (一)鉆孔灌注樁抗拔樁 考慮到下沉式廣場底板結構上浮問題將會帶動底板下一號線區間隧道的上浮,因此在下沉式廣場底板下,特別是在一號線隧道兩側設置了一定數量的Φ600鉆孔灌注樁作為抗拔樁。一號線隧道兩側的灌注樁樁身長度30m(一號線、二號線隧道重疊處縮短為10m),樁間距3m,灌注樁距隧道外邊僅500mm。底板施工時樁頂鋼筋錨入底板砼內,與底板結構聯結形成“門”式抗浮結構,共同作用。 由于一號線隧道兩側抗浮樁距隧道外邊僅有500mm,因此,抗拔樁的定位放線及成孔時樁身垂直度控制十分重要。施工中項目部對隧道邊線及隧道兩側抗拔樁樁位放樣采用極坐標法全站儀放測。放測完畢后除了要求監理單位進行復核外,還要求地鐵監護部門到場復核確認。樁身垂直度按不超過1/300控制,采用經緯儀對樁機垂直度和鋼筋籠垂直度進行校正,嚴格控制。為嚴防隧道兩側抗拔樁成樁期間塌孔,危及列車運行安全,單樁成樁時間嚴格控制在12小時之內,同時嚴格控制泥漿比重與粘度,適量增加泥漿比重,采用膨潤土泥漿護壁,在護壁泥漿內摻入2%的重晶石,穩定孔壁。 (二)地基加固 為密實隧道與底板之間的土體,減小隧道永久性卸載后的上浮,施工范圍內實施滿堂地基加固。考慮到場地地面下有大量埋深較深的地下障礙物,清障時隧道上方土體卸載較大,滿堂地基加固采用旋噴樁。旋噴樁加固深度為底板下3m,一號線隧道上方加固深度為地面到隧道上0.5m。同時,在一號線隧道兩側抗拔樁之間設3根高壓旋噴樁背向隧道作180°定向擺噴。加固后底板以下部分土體要求28天無側限抗壓強度qu≥1.2MPa,底板以上部分土體qu≥0.6MPa。加固時樁徑1.0m,樁間搭接0.2m,水泥摻量不少于20%。旋噴樁施工時嚴格控制各項施工參數,漿壓、氣壓、轉速、提升速度等尤為重要。特別是施工至隧道頂部時適當減小噴漿壓力,加快提升速度,減小隧道變形。定向擺噴時控制好擺噴方向及噴漿壓力,控制樁體垂直度。實施旋噴加固時再輔以壓力釋放措施,避免過大的壓力直接作用在隧道外壁上。加固順序沿一號線隧道縱向,按“先近后遠的”原則順序加固,最靠近隧道加固樁采用早強措施。灌注樁與旋噴樁均按要求在地鐵停運后至次日臨晨4點施工。 (三)底板分塊施工 下沉式廣場底板挖深3.5m,一次開挖到底。由于二號線隧道在一號線隧道下部,埋深較一號線深7m左右,因此,對一號線保護尤為重要,一號線隧道上方范圍內的底板必須分成小塊分塊施工。根據工程特點及交通組織安排,一號線上方范圍內的底板分兩個階段實施,劃分成3m×10m的小塊分塊施工,共計劃分了26塊施工塊。每一施工塊必須保證隧道兩側至少各有一根灌注樁與底板可靠連接,與底板共同抗浮。平面單次挖土寬度原則上不超過3m,局部視隧道變形情況調整挖土寬度。 隧道上方土體開挖及結構施工均安排在夜間列車停運至次日凌晨列車恢復運行的時間段內進行,整個過程控制在8個小時內完成。這就要求各工序間必須銜接緊密,減少工序搭接時間,為下道工序創造時間優勢。施工前各項準備工作必須到位,現場勞動力配置充足;機械設備進行檢修,確保正常使用;鋼筋、混凝土、回壓材料等物資必須提前落實到位。技術上也采取一定措施,加快施工進度。底板下100mm素砼墊層經與設計洽商取消,利用舊的九夾板代替;底板施工塊間的鋼筋連接由原設計的50%焊接、50%鋼筋接駁器連接調整為全部采用鋼筋接駁器連接,節約了鋼筋制作時間。與混凝土拌站保持緊密聯系,根據施工進度及時安排混凝土到場,鋼筋綁扎完畢立即澆注混凝土。底板施工縫處的防水采用雙重防水,即采用外貼式橡膠止水帶和BW遇水膨脹止水條形成兩道防水體系,確保底板不產生滲漏水。 (四)回壓 由于隧道上方永久性卸載,卸載量非常大,因此需要回壓堆載,以控制隧道卸載后的上浮。為此,項目部在每塊底板混凝土澆筑完初凝后即刻進行回壓堆載。回壓采用黃砂裝袋后進行,堆載高度一般控制在2m。待混凝土強度達到設計要求后方可搬移沙袋。 (五)施工監測 為確保運營地鐵隧道的安全,根據相關規定和技術要求,項目部委托了第三方專業監測單位對地鐵隧道尤其是地鐵一號線隧道的變形進行了監測,采用自動化程度較高的儀器進行即時監測。 南京路下沉式廣場屬于較早在運營地鐵上方基坑施工的工程項目,由于其地理位置特殊,底板下有地鐵一號線、二號線隧道穿過,尤其是一號線隧道,埋深較淺。因此,本工程在運營隧道上方施工,特別是在埋深較淺的地鐵隧道上方大面積開挖卸載施工的成功運用,可以為今后類似工程提供一定的借鑒作用和指導意義。
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