浅埋运营地铁隧道上方大面积基坑施工技术 【摘要】本文介绍了在埋深较浅的已投入运营的地铁隧道上方大面积基坑施工技术,解决了基坑开挖卸载后可能造成地铁隧道上浮引起变形的问题,为今后类似工程提供一定的借鉴作用。 【关键词】浅埋地铁隧道;基坑施工;变形控制;监测 一、工程概况 南京路下沉式广场位于南京西路和西藏中路口,地处本市闹市中心。下沉式广场建筑面积近8000平方米,与建成的南京路地下人行通道、地铁1号线、2号线、M8线出入口相连,建成后可解决地铁一号线、二号线、M8线三线车站进出客流与过西藏路、南京路客流的交汇,形成区域性的客流中心。 下沉式广场基坑绝大部分位于运营中的地铁一号线、二号线区间隧道上方,地铁一号线、二号线上下行线共四条区间隧道在下沉式广场中心区域底板下呈“井”字型穿越。其中,下沉式广场范围内地铁二号线隧道埋深较深,隧道顶部绝对标高-11.162m,地铁一号线隧道埋深相对较浅,下沉式广场范围内隧道顶部绝对标高仅为-3.85m,下沉式广场底板的绝对底标高为-0.623,距一号线隧道顶部仅3m左右。 二、施工难点 (一)下沉式广场地理位置十分特殊,地铁一号线、二号线四条区间隧道在其底板下呈“井”字型穿越。尤其是埋深较浅的一号线区间隧道顶部距底板底的距离最小处仅3m左右。整个下沉式广场底板结构施工几乎均位于地铁区间隧道上方施工。因此,一、二号线运营区间隧道上方大面积卸载后对隧道变形的控制是本工程的难点。尤其是对地铁一号线区间隧道的保护,也是我们施工中必须进行重点监护的对象。 (二)运营地铁隧道变形控制指标要求非常高。根据《上海市轨道交通安全保护区暂行管理规定》以及地铁运营主管部门对本工程的《上海市轨道交通安全保护区作业方案技术审核意见书》等要求,为确保运营地铁隧道的安全运行,施工过程中必须按照如下变形控制指标对运营地铁隧道进行保护。①两轨道横向高差≤2mm,轨向偏差和高低差最大尺度值≤4mm/10m。②地铁结构最终绝对沉降量及水平位移量≤5mm,日地铁结构沉降量和水平位移量≤0.5mm,变形曲线的曲率半径≥15000m,结构相对弯曲≤1/2500,隧道收敛日变化量≤2mm,结构最终收敛变化值≤10mm。③报警值:监测值超过日指标或地铁结构总变形控制量的1/2时立即报警。 (三)施工时间紧,限制条件严格。根据运营部门及设计要求,下沉式广场在地铁一号线两条区间隧道上方范围内的底板必须分块施工。每一施工块必须在一号线有地铁监护点的日期时进行施工。同时,分块底板挖土、截桩、钢筋绑扎、支模、混凝土浇筑等各道工序必须紧密衔接,一气呵成,必须在当日运营结束至次日运营开始的8个小时内完成所有工序。 (四)分块底板间施工缝防水要求高。由于下沉式广场面积非常大,一号线隧道上方底板分成近30块小施工块,因此形成了众多的施工缝,必须加强施工缝防水处理,若处理不当,将造成底板渗漏水。 三、关键性技术措施及施工方案 通过对工程难点仔细深入分析不难看出,施工期间运营地铁隧道的抗浮是施工关键。尤其是地铁一号线隧道,本身埋置深度较浅,自然地面下仅7m左右,下沉式广场基坑开挖深度虽然只有3m多,但基坑底距一号线顶部仅仅3m,开挖卸载面积也相当大。如此大面积卸载后对浅埋的一号线隧道安全影响极大,必须严格控制一号线隧道的结构变形与上浮变形。地铁隧道作为相对柔性的结构,若控制不力使其发生较大的上浮,将导致隧道相邻管片产生差异变形,继而破坏管片接缝处的防水措施,使隧道发生渗漏水现象,甚至将严重影响到地铁运营安全。 经与设计、地铁运营部门以及各方面专家的反复论证后,隧道抗浮控制通过钻孔灌注桩抗拔桩、地基加固、底板结构限时完成,以及结构完成后及时回压等措施来进行控制。下沉式广场使用期间隧道的抗浮通过足够数量的钻孔灌注桩及
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下沉式广场底板一体化结构来实现。 (一)钻孔灌注桩抗拔桩 考虑到下沉式广场底板结构上浮问题将会带动底板下一号线区间隧道的上浮,因此在下沉式广场底板下,特别是在一号线隧道两侧设置了一定数量的Φ600钻孔灌注桩作为抗拔桩。一号线隧道两侧的灌注桩桩身长度30m(一号线、二号线隧道重叠处缩短为10m),桩间距3m,灌注桩距隧道外边仅500mm。底板施工时桩顶钢筋锚入底板砼内,与底板结构联结形成“门”式抗浮结构,共同作用。 由于一号线隧道两侧抗浮桩距隧道外边仅有500mm,因此,抗拔桩的定位放线及成孔时桩身垂直度控制十分重要。施工中项目部对隧道边线及隧道两侧抗拔桩桩位放样采用极坐标法全站仪放测。放测完毕后除了要求监理单位进行复核外,还要求地铁监护部门到场复核确认。桩身垂直度按不超过1/300控制,采用经纬仪对桩机垂直度和钢筋笼垂直度进行校正,严格控制。为严防隧道两侧抗拔桩成桩期间塌孔,危及列车运行安全,单桩成桩时间严格控制在12小时之内,同时严格控制泥浆比重与粘度,适量增加泥浆比重,采用膨润土泥浆护壁,在护壁泥浆内掺入2%的重晶石,稳定孔壁。 (二)地基加固 为密实隧道与底板之间的土体,减小隧道永久性卸载后的上浮,施工范围内实施满堂地基加固。考虑到场地地面下有大量埋深较深的地下障碍物,清障时隧道上方土体卸载较大,满堂地基加固采用旋喷桩。旋喷桩加固深度为底板下3m,一号线隧道上方加固深度为地面到隧道上0.5m。同时,在一号线隧道两侧抗拔桩之间设3根高压旋喷桩背向隧道作180°定向摆喷。加固后底板以下部分土体要求28天无侧限抗压强度qu≥1.2MPa,底板以上部分土体qu≥0.6MPa。加固时桩径1.0m,桩间搭接0.2m,水泥掺量不少于20%。旋喷桩施工时严格控制各项施工参数,浆压、气压、转速、提升速度等尤为重要。特别是施工至隧道顶部时适当减小喷浆压力,加快提升速度,减小隧道变形。定向摆喷时控制好摆喷方向及喷浆压力,控制桩体垂直度。实施旋喷加固时再辅以压力释放措施,避免过大的压力直接作用在隧道外壁上。加固顺序沿一号线隧道纵向,按“先近后远的”原则顺序加固,最靠近隧道加固桩采用早强措施。灌注桩与旋喷桩均按要求在地铁停运后至次日临晨4点施工。 (三)底板分块施工 下沉式广场底板挖深3.5m,一次开挖到底。由于二号线隧道在一号线隧道下部,埋深较一号线深7m左右,因此,对一号线保护尤为重要,一号线隧道上方范围内的底板必须分成小块分块施工。根据工程特点及交通组织安排,一号线上方范围内的底板分两个阶段实施,划分成3m×10m的小块分块施工,共计划分了26块施工块。每一施工块必须保证隧道两侧至少各有一根灌注桩与底板可靠连接,与底板共同抗浮。平面单次挖土宽度原则上不超过3m,局部视隧道变形情况调整挖土宽度。 隧道上方土体开挖及结构施工均安排在夜间列车停运至次日凌晨列车恢复运行的时间段内进行,整个过程控制在8个小时内完成。这就要求各工序间必须衔接紧密,减少工序搭接时间,为下道工序创造时间优势。施工前各项准备工作必须到位,现场劳动力配置充足;机械设备进行检修,确保正常使用;钢筋、混凝土、回压材料等物资必须提前落实到位。技术上也采取一定措施,加快施工进度。底板下100mm素砼垫层经与设计洽商取消,利用旧的九夹板代替;底板施工块间的钢筋连接由原设计的50%焊接、50%钢筋接驳器连接调整为全部采用钢筋接驳器连接,节约了钢筋制作时间。与混凝土拌站保持紧密联系,根据施工进度及时安排混凝土到场,钢筋绑扎完毕立即浇注混凝土。底板施工缝处的防水采用双重防水,即采用外贴式橡胶止水带和BW遇水膨胀止水条形成两道防水体系,确保底板不产生渗漏水。 (四)回压 由于隧道上方永久性卸载,卸载量非常大,因此需要回压堆载,以控制隧道卸载后的上浮。为此,项目部在每块底板混凝土浇筑完初凝后即刻进行回压堆载。回压采用黄砂装袋后进行,堆载高度一般控制在2m。待混凝土强度达到设计要求后方可搬移沙袋。 (五)施工监测 为确保运营地铁隧道的安全,根据相关规定和技术要求,项目部委托了第三方专业监测单位对地铁隧道尤其是地铁一号线隧道的变形进行了监测,采用自动化程度较高的仪器进行即时监测。 南京路下沉式广场属于较早在运营地铁上方基坑施工的工程项目,由于其地理位置特殊,底板下有地铁一号线、二号线隧道穿过,尤其是一号线隧道,埋深较浅。因此,本工程在运营隧道上方施工,特别是在埋深较浅的地铁隧道上方大面积开挖卸载施工的成功运用,可以为今后类似工程提供一定的借鉴作用和指导意义。
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