基坑开挖引起下方地铁隧道位移的控制措施

1 基坑开挖引起下方地铁隧 道位移的控制措施 摘 要 在进行上海东方路下立交工程大面积深基坑开 挖期间 须严格控制由于上方基坑开挖卸载引起的地铁隧道的 位移量 才能保证下方地铁二号线的正常运营 从施工工艺的 角度 分析 了开挖卸载对下卧隧道的 影响 提出了减小隧道 位移的施工措施 关键词 地铁隧道 基坑开挖 位移控制 1 引言 基坑开挖卸载必然引起下方已有建筑物的位移 对下方 建筑物的使用功能和安全性产生影响甚至造成严重危害 1 控制上方卸荷对下方已有建筑物的影响以及合理选择控制地 下建筑物位移的工艺 保证下方建筑物的正常使用 成为工程 界急需解决的一个难题 上海东方路下立交工程基坑开挖位于已运营的地铁隧 道二号线之上 在地铁隧道上方开挖宽达 18m 深 6 5m 的深 2 基坑工程 基坑坑底距隧道顶部的最近距离只有 2 8m 常规的 大面积开挖不能满足地铁隧道的容许变形要求 故采用考虑时 空效应的施工 方法 进行开挖 基坑开挖必然引起下方建筑 物的位移 下方建构筑物位移量的大小与许多因素有关 2 4 如 基坑卸荷量 开挖深度 卸荷模量 开挖方式 时空效应 等 等 然而 下方建筑物所允许的位移量是非常小的 我们从施 工工艺上分析开挖卸载对下卧隧道的影响 并提出控制措施 取得了成功 2 工程概况 东方路下立交工程位于上海东方路 世纪大道和张杨路 交叉口 见图 1 下立交工程下方有已建及规划建设的 3 条轨 道 交通 线穿过 自北向南依次为明珠线二期 地铁二号线及 规划地铁 R4 线区间隧道 见图 2 工程范围全长 600m 其中 N1 N2 分段位于正在运营中的地铁二号线上方 施工过程中 必须对地铁线进行保护 运营地铁二号线隧道距地道底板最 近处为 2 8m 隧道大多位于 灰色淤泥质黏土中 工程地质特 性见表 1 3 减小隧道位移的施工控制措施 3 1 加固地基 3 为了确保下立交工程的施工安全 也确保运行中地铁二 号线的安全 本基坑工程采用了水泥搅拌桩加固 三重管高压 旋喷桩加固和双液注浆加固 通过加固软弱地基 提高土体强 度 防止土体液化 从而增加基坑的抗浮性能 提高基坑的稳定 减小坑底的回弹及下方隧道的隆起变形 1 层为灰色淤泥 质粉质黏土 饱和 含水量 50 土质不均 2 3 层为粉土 和粉质黏土 土层也饱和 该三层土层正好在下立交底板的位 置 在施工期间 如果这三层土受到扰动或遇到水 极容易液化 进 而引起基坑塌方 造成事故 我们对这三层土也进行加固 注入 了大量水泥浆 提高了土层的土体强度和密度以及回弹模量 3 2 施作搅拌桩 在隧道上方搅拌桩施工时 搅拌桩施工的卸荷量也受搅 拌桩的水灰比和注浆量的影响 通过调整注浆量和控制水灰比 可以调整卸荷量 并且根据搅拌桩的挤土效应的力学模型 深 层搅拌桩的挤土效应与贯入的 泥浆桩 的等效半径和桩长 有关 控制注浆量和控制水灰比可以调整 泥浆桩 的等效半 径 从而控制搅拌桩的挤土效应 下行线隧道两侧分别连续施作了 2 根 6 根 21 根深层 搅拌桩 其隧道隆起增量值见图 3 隧道隆起增量值随着连续 4 成桩数量的增加呈现增加的趋势 但并不是线性增加 而是逐 渐地减缓 从图 3 可以看出 减少每次连续成桩数量 待打桩产 生的孔隙水压力部分消散后继续进行深层搅拌桩施工是控制 隧道隆起值的有效途径 进行大面积深层搅拌桩加固时 在不同打桩条件下 上下 行线底隆起值比较见图 4 下 上行线隧道实测值分别是在 N1 区 N2 区 如图 2 深层搅拌桩施工过程中 下 上 行线隧道 的实测隆起值 上下行线隧道隆起实测值相差如此大 其相对 隧道位置 桩长 等效桩数相同 的主要原因是下行线隧道边 加固采取了下列措施 1 充分利用遮拦效应 由于在下行线隧道外侧已经打了一排遮拦桩 遮拦桩施 工完毕到靠近遮拦桩的深层搅拌桩施工已有 20d 左右的时间 遮拦结构达到了比较高的强度 水泥土和型钢形成一个整体 能承受一定的水平荷载 而上行线隧道外侧的遮拦桩施工完 毕到靠近遮拦桩的深层搅拌桩施工只有 3d 水泥土还远没有 达到强度 其遮拦效果不好 5 2 控制连续成桩数量 N1 区的深层搅拌桩每天施工 7 14 根 共施工了 11d 而 N2 区相同桩数的深层搅拌桩只施工了 3d 几乎是连续施工 由于隧道的变形主要是由深层搅拌桩施工产生的孔隙水压力 引起 N1 区搅拌桩的施工速度很慢 先前打桩产生的部分孔隙 水压力已经消散 因而隧道的隆起值较 N2 区施工时的小得多 N2 区的深层搅拌桩几乎是连续成桩 其产生的超孔隙水压力 来不及消散 隧道隆起较大 3 隧道上方加固 在地铁隧道两侧进行抗拔桩施工前 先在隧道上半圆环 圈采用双液注浆加固 双液注浆厚度 1m 双液分别为 A 液和 B 液 A 液为水 水泥 膨润土 外掺剂 0 7 1 0 0 03 0 03 水泥采用 42 5 普通硅酸盐水泥 B 液为水玻璃 A 液 B 液 1 1 地基加固的作用 首先 增大土体的 C 值 增大土体的 弹性模量 使得基床系数 k 增大 进而使得隧道纵向弹性特征 值增大 从而隧道的变形减小 其次 加固体形成的整体性很好 6 的空间厚板体系 在打桩产生挤土作用时 增大土体对隧道的 约束 从而可以有效地限制隧道的隆起 合理安排打桩顺序 先在地铁隧道上方进行地基加固 然 后打靠近隧道的深层搅拌桩 内插型钢 作为遮拦结构 利用先 打桩自身的遮拦作用 可以减小隧道的隆起值 在 N1 区施工之前 在隧道上半圆环圈采用双液注浆加 固 加固已有 25d 左右的时间 而在 N2 区深层搅拌桩施工前 下行线隧道上方没有进行加固 隧道上方加固提高土体的强 度 增大了土体对隧道的约束 从而可以有效地限制隧道的隆 起 从图 4 中可以明显看出 采取上述打桩措施具有很好的 效果 可以减小搅拌桩施工引起隧道的变形 3 3 基坑土体分层 分条开挖 基坑开挖前对施工范围内土体 包括坑内土体 坑底土 体及隧道周边土体 进行加固 使土体具备自立性 以利土体开 挖 待坑内土体 坑底土体及隧道周边土体 卸载抗拔桩达到 设计强度 底板以上土体强度达到 1 0MPa 底板以下土体强度 7 达到 1 2MPa 后才进行开挖 N1 N2 两个基坑均长约 26m 宽 18 1m 与地铁二号线近于垂直 出于保护地铁线 不能按照 常规 方法 进行土方开挖 必须考虑分层 分小段 分条开挖 1 分层开挖 基坑深达 6 5m 不应一次开挖到底 一次大面积卸荷会 使得地铁隧道的回弹量过大 超过地铁保护的要求限制 对于 N1 段 因为加固的时间相对较短 坑内土体的强度相对较小 故 分 4 层开挖 上面的 3 层 D1 D2 D3 采用整体挖除 图 5 下 面的一层分条开挖 破土削掉 0 5m 土层 D1 监测数据在控制 范围以内再挖 D2 层 D2 层厚 1m 地铁隧道回弹量为 0 75mm 而后挖 D3 D3 层厚 2m 地铁隧道回弹量为 1 98mm 很明显 大 面积卸荷时 卸荷量对地铁隧道的 影响 非常的大 N2 段一 方面由于土体加固的时间相对较长 坑内土体的强度也就相对 较大 另一方面受实际的施工条件和工期的限制 决定分三层 开挖 图 6 一二两层为一次性挖除 第三层分条开挖 相应调整 了每层开挖土体的厚度 监测结果显示地铁隧道的回弹量完全 在控制的范围内 2 分条开挖 8 以前杨高路下立交开挖基坑的分条方式为土条的中线 与地铁隧道基本平行 开挖时地铁隧道的回弹较大 本工程施 工中 为减小各条土体开挖对地铁隧道的影响 基坑土条与隧 道成斜交 如图 7 所示 基本垂直 这种分条方式相当于土条中 只有一部分土体开挖会对隧道回弹产生较大的影响 同杨高路 下立交相比 相当于减小了地铁隧道上部的卸荷量 从而使得 隧道的回弹量小些 3 加设支撑 为了减少基坑暴露时间 按照设计要求 土方开挖分段 分层 分小段 并限时完成每小段的开挖 开挖后加支撑 1 2 道 纵向间距 4m 3 4 监测及信息化施工 隧道上方的基坑开挖是高风险性工程 下立 交通 道底 离运营地铁隧道顶最近只有 2 8m 运营地铁隧道的变形控制 要求极高 因此跟踪监测十分重要 东方路下立交工程中采用 了自动监测系统 进行信息化施工技术 地基加固和基坑开挖期间 根据大量的监测数据 利用 9 理论 和数值反 分析 工具预测预报下一步施工引起隧道位 移 随时掌握隧道位移情况 及时预报施工中出现的 问题 信 息化指导施工 4 控制效果 在东方路下立交工程的施工过程中 紧密结合工程 提出 基坑施工对下方运营地铁隧道变形的控制方法 解决了隧道上 方近距离基坑开挖的施工这一国内外罕见的技术难题 成功地 将运营地铁隧道的位移控制在 20mm 之内 运营地铁隧道下 行线最终隆起 12 25mm 上行线最终隆起 11 79mm 确保了地 铁的运营