地鐵暗埋矩形隧道施工及周圍環(huán)境保護技術(shù)
【摘 要】 天津市地鐵號線第9合同段是隧道股份承建的。采用明挖法施工的地下區(qū)間結(jié)構(gòu)用φ800鉆孔灌注樁與外側(cè)的φ700雙軸水泥土攪拌樁相結(jié)合作隔水帷幕，為確保周邊居民的正常生活和錯綜復(fù)雜的各類管線的安全，采取了一系列的保護措施。文章對施工中采用的技術(shù)措施加以敘述，希望對今后天津地鐵施工有所幫助。?
【關(guān)鍵詞】 地鐵基坑 圍護結(jié)構(gòu) 支撐 土體加固 降水 監(jiān)測
一、工程概況
天津市地鐵號線第9合同段（勤儉道站～洪湖里站地下區(qū)間），由勤儉道車站開始，沿丁字沽三號路向東、過勤儉道十字路口后向南拐入民房區(qū)到光榮道，穿過光榮道后到達洪湖里車站。地下區(qū)間為地下一層雙線雙孔現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式（見圖）。
本地下區(qū)間地面較為平坦，地面標高在+3.9～+4.6m之間，暗埋矩形隧道結(jié)構(gòu)位于第Ⅰ陸相層（Q43al）和第Ⅰ海相層（Q42m）中，以淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粘土、粉質(zhì)粘土、粉土為主，土質(zhì)比較松軟。本施工區(qū)域地下水埋藏淺且豐富，基坑易發(fā)生坍塌變形和不均勻沉降，基底易產(chǎn)生涌泥、涌水和隆起等不利現(xiàn)象。各土層的詳細描述見表。
距離地鐵基坑邊0m范圍內(nèi)有多棟居民樓房，其中天驕公寓6＃、5＃、4＃、7＃、8＃樓距離基坑邊分別為8.5、9.3、7.0、6.5、9m，風(fēng)尚公寓6＃樓距離基坑邊僅有4.5m。這些房屋基礎(chǔ)比較差，地基加固是采用粉噴樁或高壓旋噴注漿；各樓房都為6層的磚混結(jié)構(gòu)，是20世紀90年代后期建造的，且存在一些質(zhì)量問題。
本施工段位于中環(huán)線勤儉道、丁字沽三號路以及光榮道等路口，管徑從0.～.2m的各類管線錯綜復(fù)雜，大部分管線都要求在施工過程中進行現(xiàn)場保護。該工程環(huán)境保護等級為二級。
表1 工程地質(zhì)情況表
二、深基坑施工技術(shù)
１、施工方案
天津地鐵暗埋矩形隧道大多采用明挖法施工，埋深一般在10m左右，最大深度達2m；基坑圍護結(jié)構(gòu)采用φ800鉆孔灌注樁與外側(cè)的φ700雙軸水泥土攪拌樁相結(jié)合作隔水帷幕。基坑開挖采用明挖順筑法施工，鋼支撐體系由φ609鋼管支撐和雙榀40＃工字鋼圍檁組成，在基坑深度方向設(shè)３道支撐，各道支撐的水平間距為3.5m。
２、施工技術(shù)措施
該工程的D5+800～D6+00從風(fēng)尚公寓、天驕小區(qū)內(nèi)穿過，小區(qū)內(nèi)預(yù)留的區(qū)間穿越通道非常狹小，寬度不到30m。鑒于居民樓距離基坑比較近，為了確保居民的正常生活，因此，在進行圍護結(jié)構(gòu)施工及基坑開挖過程中，必須采取穩(wěn)妥的施工技術(shù)措施。
(1)減小鋼支撐間距
為了加強支撐效果，控制因基坑開挖造成的周邊土體的變形量，故將該施工區(qū)段內(nèi)（D5+800～D6+000）的鋼支撐間距減小，鋼支撐間距由普通段的3.5m縮小為3.0m。實踐證明，圍護結(jié)構(gòu)的變形是造成坑外地表沉降的主要因素，縮小支撐的間距，同時適當(dāng)提高支撐的軸力值，可以有效地控制圍護結(jié)構(gòu)的變形量，從而達到減小坑外地表沉降的效果。
(2)坑底土體加固
結(jié)構(gòu)底板下臥層為④層粉質(zhì)粘土層及④2層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層，由于采用雙液壓密注漿加固后的土體強度(28d)可以達到.2Ma以上，并提高了坑底土體的c、φ值，既可以防止坑底土體隆起，減少了坑外地表土體的沉降；又可以增加坑底土體的強度，起到類似于水平支撐的作用，從而減少圍護結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形。
D5+800～D6+00區(qū)間段進行坑底加固的注漿孔間距為m，注漿深度為坑底下3m(見圖2)。D5+800～D5+900區(qū)域旁有風(fēng)尚公寓6?#樓存在，采用滿膛注漿加固；位于天驕公寓內(nèi)的D5+900～D6+00區(qū)域，采用3m間隔抽條注漿加固處理。
注漿材料采用32.5級普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.5～0.6，單個注漿孔的擴散半徑不小于650mm，注漿壓力控制在0.2～0.4Ma。
(3)基坑開挖
根據(jù)軟土基坑開挖“時空效應(yīng)”原理，基坑開挖施工過程中，為了確保支撐安裝的及時性和減少圍護結(jié)構(gòu)在無支撐作用下的暴露時間，開挖施工現(xiàn)場必須配備足夠的鋼支撐和型鋼圍檁及完好的支撐預(yù)應(yīng)力施工設(shè)備。
為了控制基坑的變形，必須縮短基坑開挖到支撐安裝的時間。由于小區(qū)內(nèi)的支撐間距為3m，在施工過程中，以2根支撐作為個分層施工段，即每開挖6m長的一層土體，就必須及時安裝鋼圍檁，然后安裝鋼支撐并施加預(yù)應(yīng)力，整個小段施工時間應(yīng)控制在8～0h 內(nèi)。
(4)大口徑井點預(yù)降水
為了充分發(fā)揮坑內(nèi)土體的被動土壓力，坑內(nèi)擬采用大口徑井點降水措施。通過降低坑內(nèi)土體含水量，提高土體的自身強度，從而減少開挖過程中圍護墻體的變形。
降水井點深度必須合理，保證在攪拌樁隔水帷幕的保護下，坑內(nèi)土體降水對坑外地下水及周邊建筑不產(chǎn)生影響。根據(jù)圍護結(jié)構(gòu)攪拌樁隔水帷幕的深度（8m），在施工過程中將降水井點的深度控制在5～6m內(nèi)，這樣，既保證降水效果，又防止影響坑外土層中的地下水位。
降水過程中，對坑外的水位監(jiān)測孔進行嚴密的監(jiān)測，如果發(fā)現(xiàn)坑外土體中的水位下降超過警戒值，應(yīng)立即對隔水帷幕堵漏或在坑外土體中回灌水，以保證周邊建筑物的安全。
在基坑正式開挖前，大口徑降水井點應(yīng)提前2周左右進行降水，地下水位需降到坑底下m，以確保基坑降水的效果。
(5)施工監(jiān)測
監(jiān)測內(nèi)容有圍護結(jié)構(gòu)水平位移、圍護結(jié)構(gòu)頂部水平和垂直位移、支撐軸力、坑底回彈變形、地下水位、基坑周圍地表沉降、周圍建筑物沉降、周圍地下管線沉降等。
由于天津市目前還沒有相關(guān)監(jiān)測報警值的規(guī)范，參照上海市的相應(yīng)技術(shù)標準（基坑開挖引起的圍護結(jié)構(gòu)墻體最大水平位移不大于3‰，地面最大沉降量控制在2‰以內(nèi)，為基坑開挖深度），提出施工警戒值：地表最大沉降量為22mm，變化速率應(yīng)小于3mm/d；圍護結(jié)構(gòu)體最大水平位移為33mm，變化速率應(yīng)小于2.5mm/d；管線最大沉降量為0mm，變化速率應(yīng)小于3mm/d；建筑物沉降δ/L＜/300（δ為差異沉降值，L為建筑物長度）。
通過對各監(jiān)測項目的監(jiān)測，及時掌握基坑變形、地面沉降及房屋沉降等信息，并作為指導(dǎo)施工的依據(jù)。監(jiān)測工作必須貫穿施工的全過程，監(jiān)測頻率見表2。?
表2 監(jiān)測頻率一覽表?
(6)跟蹤注漿措施
在圍護結(jié)構(gòu)施工完成后，基坑開挖施工前，預(yù)先在圍護結(jié)構(gòu)外側(cè)打排注漿孔（深0～2m，略深于房屋基礎(chǔ)深度即可）；當(dāng)基坑開挖過程中，發(fā)現(xiàn)圍護樁變形趨勢較大，就及時進行跟蹤壓密注漿，通過對坑外土體的注漿加固，限制了坑外土體向坑內(nèi)變形的趨勢，從而保證了周邊房屋結(jié)構(gòu)的安全。
三、管線保護施工技術(shù)
為了有利于結(jié)構(gòu)施工及管線的安全，對斜穿、對穿基坑的各類管線均進行搬遷；對鉆孔灌注樁（已完成施工）上方的管線改成垂直橫過基坑；對影響施工的架空線，應(yīng)進行搬遷、改線或落地處理；對橫過基坑的φ000雨水管、φ000上水管、電信29孔箱涵、φ800上水管、9根電力管（密排），應(yīng)根據(jù)實際情況作改線處理；對于管徑比較小的35kV高壓電纜、過路電纜、自來水管、煤氣管等，采取懸吊保護的施工措施，盡可能地減少管線搬遷費用。
1、管線搬遷后，應(yīng)根據(jù)實際的樁位進行鉆孔灌注樁補樁；補樁結(jié)束后再進行攪拌樁補樁；攪拌樁間的冷縫，用三重管旋噴樁進行補漏處理（為確保管線下土體的抗?jié)B性能，必須進行復(fù)噴），旋噴樁的直徑為.2m，深度與設(shè)計的隔水帷幕一致。
2、對已經(jīng)暴露的φ300以下、無法搬遷的管線，根據(jù)現(xiàn)場管線位置，調(diào)整管線兩側(cè)未施工圍護樁的間距，進行鉆孔樁施工（在采取好保護措施并確保管線安全的前提下，管線兩側(cè)的鉆孔樁應(yīng)盡量貼近管線施工）；如果管線兩側(cè)的圍護樁缺口尺寸小于根樁的寬度（90cm），但大于40cm時，施工中擬在管線兩側(cè)各加根同深度、同直徑的鉆孔灌注樁，但位置應(yīng)向外側(cè)適當(dāng)偏移；兩樁間的隔水帷幕缺口采用三重管旋噴樁進行補漏，旋噴樁直徑為.2m，深度與設(shè)計隔水帷幕一致。
3、對已經(jīng)暴露的管徑在大于300mm、小于600mm的管線，在進行有效保護的前提下，管線兩側(cè)的鉆孔樁應(yīng)緊貼管線進行施工；管線下的隔水帷幕（攪拌樁）缺口采用三重管旋噴樁進行補漏；在基坑開挖的過程中，每開挖2m深的土體后，將管線左右兩側(cè)的鉆孔灌注樁主筋鑿出，用20mm厚的鋼板（配合型鋼）自上至下與主筋焊接，形成鋼封門，防止在施工過程中兩側(cè)土體的坍塌（見圖3）。
四、小結(jié)
地鐵9合同段正是按照上述的施工方法進行施工的，施工效果較好。目前，距離風(fēng)尚公寓6＃樓最近的施工段已經(jīng)完成，從監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，地鐵基坑施工對周邊環(huán)境造成的影響比較小：建筑物單點最大沉降量為26.63mm、圍護結(jié)構(gòu)最大水平位移為4.32mm、δ/L=0.084/3=0.042</300（δ為差異沉降值，L為建筑物長度），且各監(jiān)測項目每日的變化量均在控制范圍內(nèi)，滿足工程環(huán)境保護等級為二級的規(guī)范要求。
施工中所采用的管線保護措施也是切實可行的，在該工程中所有橫跨基坑的管線均采用安全、有效的方法進行處理，為建設(shè)方節(jié)約了大量的管線搬遷費用，取得了很好的經(jīng)濟效益。
來源：《上海隧道》2004年第4期
