基坑开挖引起下方地铁隧道位移的控制措施

基坑开挖引起下方地铁隧道位移的基坑开挖引起下方地铁隧道位移的 控制措施控制措施 1 引言 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 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 3 减小隧道位移的施工控制措施 减小隧道位移的施工控制措施 3 1 加固地基 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 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 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