基坑開挖引起下方地鐵隧道位移的控制措施論文

時間：2024-09-04 02:12:43 其他類論文我要投稿

　　摘要在進行上海東方路下立交工程大面積深基坑開挖期間,須嚴格控制由于上方基坑開挖卸載引起的地鐵隧道的位移量,才能保證下方地鐵二號線的正常運營。從施工工藝的角度分析了開挖卸載對下臥隧道的影響,提出了減小隧道位移的施工措施。

基坑開挖引起下方地鐵隧道位移的控制措施論文

　　關鍵詞地鐵隧道基坑開挖位移控制

　　1 引言

　　基坑開挖卸載必然引起下方已有建筑物的位移,對下方建筑物的使用功能和安全性產生影響甚至造成嚴重危害[1]。控制上方卸荷對下方已有建筑物的影響以及合理選擇控制地下建筑物位移的工藝,保證下方建筑物的正常使用,成為工程界急需解決的一個難題。

　　上海東方路下立交工程基坑開挖位于已運營的地鐵隧道二號線之上。在地鐵隧道上方開挖寬達18m、深6.5m的深基坑工程,基坑坑底距隧道頂部的最近距離只有2.8m。常規的大面積開挖不能滿足地鐵隧道的容許變形要求,故采用考慮時空效應的施工方法進行開挖。基坑開挖必然引起下方建筑物的位移,下方建構筑物位移量的大小與許多因素有關[2～4],如:基坑卸荷量(開挖深度)、卸荷模量、開挖方式(時空效應)等等。然而,下方建筑物所允許的位移量是非常小的。我們從施工工藝上分析開挖卸載對下臥隧道的影響,并提出控制措施,取得了成功。

　　2 工程概況

　　東方路下立交工程位于上海東方路、世紀大道和張楊路交叉口(見圖1)。下立交工程下方有已建及規劃建設的3條軌道交通線穿過,自北向南依次為明珠線二期、地鐵二號線及規劃地鐵R4線區間隧道(見圖2)。工程范圍全長600m。其中N1、N2分段位于正在運營中的地鐵二號線上方,施工過程中必須對地鐵線進行保護。運營地鐵二號線隧道距地道底板最近處為2.8m,隧道大多位于④灰色淤泥質黏土中。工程地質特性見表1。

　　3 減小隧道位移的施工控制措施

　　3.1 加固地基

　　為了確保下立交工程的施工安全,也確保運行中地鐵二號線的安全,本基坑工程采用了水泥攪拌樁加固、三重管高壓旋噴樁加固和雙液注漿加固。通過加固軟弱地基,提高土體強度,防止土體液化,從而增加基坑的抗浮性能,提高基坑的穩定,減小坑底的回彈及下方隧道的隆起變形。

　　③-1層為灰色淤泥質粉質黏土,飽和,含水量50%,土質不均,③-2、③-3層為粉土和粉質黏土,土層也飽和,該三層土層正好在下立交底板的位置。在施工期間,如果這三層土受到擾動或遇到水,極容易液化,進而引起基坑塌方,造成事故。我們對這三層土也進行加固,注入了大量水泥漿,提高了土層的土體強度和密度以及回彈模量。

　　3.2 施作攪拌樁

　　在隧道上方攪拌樁施工時,攪拌樁施工的卸荷量也受攪拌樁的水灰比和注漿量的影響,通過調整注漿量和控制水灰比可以調整卸荷量。并且根據攪拌樁的擠土效應的力學模型,深層攪拌樁的擠土效應與貫入的“泥漿樁”的等效半徑和樁長有關,控制注漿量和控制水灰比可以調整“泥漿樁”的等效半徑,從而控制攪拌樁的擠土效應。

　　下行線隧道兩側分別連續施作了2根、6根、21根深層攪拌樁,其隧道隆起增量值見圖3。隧道隆起增量值隨著連續成樁數量的增加呈現增加的趨勢,但并不是線性增加,而是逐漸地減緩。從圖3可以看出,減少每次連續成樁數量,待打樁產生的孔隙水壓力部分消散后繼續進行深層攪拌樁施工是控制隧道隆起值的有效途徑。

　　進行大面積深層攪拌樁加固時,在不同打樁條件下,上下行線底隆起值比較見圖4。下、上行線隧道實測值分別是在N1區、N2區(如圖2)深層攪拌樁施工過程中,下(上)行線隧道的實測隆起值。上下行線隧道隆起實測值相差如此大(其相對隧道位置、樁長、等效樁數相同)的主要原因是下行線隧道邊加固采取了下列措施。

　　(1)充分利用遮攔效應

　　由于在下行線隧道外側已經打了一排遮攔樁,遮攔樁施工完畢到靠近遮攔樁的深層攪拌樁施工已有20d左右的時間,遮攔結構達到了比較高的強度,水泥土和型鋼形成一個整體,能承受一定的水平荷載;而上行線隧道外側的遮攔樁施工完畢到靠近遮攔樁的深層攪拌樁施工只有3d,水泥土還遠沒有達到強度,其遮攔效果不好。

　　(2)控制連續成樁數量

　　N1區的深層攪拌樁每天施工7～14根,共施工了11d,而N2區相同樁數的深層攪拌樁只施工了3d,幾乎是連續施工。由于隧道的變形主要是由深層攪拌樁施工產生的孔隙水壓力引起,N1區攪拌樁的施工速度很慢,先前打樁產生的部分孔隙水壓力已經消散,因而隧道的隆起值較N2區施工時的小得多。N2區的深層攪拌樁幾乎是連續成樁,其產生的超孔隙水壓力來不及消散,隧道隆起較大。

　　(3)隧道上方加固

　　在地鐵隧道兩側進行抗拔樁施工前,先在隧道上半圓環圈采用雙液注漿加固,雙液注漿厚度1m。雙液分別為A液和B液,A液為水∶水泥∶膨潤土∶外摻劑=0.7∶1.0∶0 .03∶0. 03,水泥采用42.5普通硅酸鹽水泥;B液為水玻璃;A液∶B液=1∶1。

　　地基加固的作用:首先,增大土體的C、φ值,增大土體的彈性模量,使得基床系數k增大,進而使得隧道縱向彈性特征值增大,從而隧道的變形減小;其次,加固體形成的整體性很好的空間厚板體系,在打樁產生擠土作用時,增大土體對隧道的約束,從而可以有效地限制隧道的隆起。

　　合理安排打樁順序,先在地鐵隧道上方進行地基加固,然后打靠近隧道的深層攪拌樁(內插型鋼)作為遮攔結構,利用先打樁自身的遮攔作用,可以減小隧道的隆起值。

　　在N1區施工之前,在隧道上半圓環圈采用雙液注漿加固,加固已有25d左右的時間,而在N2區深層攪拌樁施工前,下行線隧道上方沒有進行加固。隧道上方加固提高土體的強度,增大了土體對隧道的約束,從而可以有效地限制隧道的隆起。

　　從圖4中可以明顯看出,采取上述打樁措施具有很好的效果,可以減小攪拌樁施工引起隧道的變形。

　　3.3 基坑土體分層、分條開挖

　　基坑開挖前對施工范圍內土體(包括坑內土體、坑底土體及隧道周邊土體)進行加固,使土體具備自立性,以利土體開挖。待坑內土體、坑底土體及隧道周邊土體、卸載抗拔樁達到設計強度(底板以上土體強度達到1.0MPa,底板以下土體強度達到1.2MPa)后才進行開挖。N1、N2兩個基坑均長約26m,寬18.1m,與地鐵二號線近于垂直,出于保護地鐵線,不能按照常規方法進行土方開挖,必須考慮分層、分小段、分條開挖。

　　(1)分層開挖

　　基坑深達6.5m,不應一次開挖到底,一次大面積卸荷會使得地鐵隧道的回彈量過大,超過地鐵保護的要求限制。對于N1段,因為加固的時間相對較短,坑內土體的強度相對較小,故分4層開挖,上面的3層(D1、D2、D3)采用整體挖除(圖5),下面的一層分條開挖。破土削掉0.5m土層D1,監測數據在控制范圍以內再挖D2層,D2層厚1m,地鐵隧道回彈量為0.75mm,而后挖D3,D3層厚2m,地鐵隧道回彈量為1.98mm,很明顯,大面積卸荷時,卸荷量對地鐵隧道的影響非常的大。N2段一方面由于土體加固的時間相對較長,坑內土體的強度也就相對較大,另一方面受實際的施工條件和工期的限制,決定分三層開挖(圖6),一二兩層為一次性挖除,第三層分條開挖,相應調整了每層開挖土體的厚度,監測結果顯示地鐵隧道的回彈量完全在控制的范圍內。

　　(2)分條開挖

　　以前楊高路下立交開挖基坑的分條方式為土條的中線與地鐵隧道基本平行,開挖時地鐵隧道的回彈較大。本工程施工中,為減小各條土體開挖對地鐵隧道的影響,基坑土條與隧道成斜交,如圖7所示,基本垂直。這種分條方式相當于土條中只有一部分土體開挖會對隧道回彈產生較大的影響,同楊高路下立交相比,相當于減小了地鐵隧道上部的卸荷量,從而使得隧道的回彈量小些。

　　(3)加設支撐

　　為了減少基坑暴露時間,按照設計要求,土方開挖分段、分層、分小段,并限時完成每小段的開挖、開挖后加支撐1～2道,縱向間距4m。

　　3.4 監測及信息化施工

　　隧道上方的基坑開挖是高風險性工程,下立交通道底離運營地鐵隧道頂最近只有2.8m,運營地鐵隧道的變形控制要求極高,因此跟蹤監測十分重要。東方路下立交工程中采用了自動監測系統,進行信息化施工技術。

　　地基加固和基坑開挖期間,根據大量的監測數據,利用理論和數值反分析工具預測預報下一步施工引起隧道位移,隨時掌握隧道位移情況,及時預報施工中出現的問題,信息化指導施工。

　　4 控制效果

　　在東方路下立交工程的施工過程中,緊密結合工程,提出基坑施工對下方運營地鐵隧道變形的控制方法,解決了隧道上方近距離基坑開挖的施工這一國內外罕見的技術難題,成功地將運營地鐵隧道的位移控制在20mm之內。運營地鐵隧道下行線最終隆起12.25mm,上行線最終隆起11.79mm,確保了地鐵的運營安全。

　　參考文獻

　　1 吉茂杰.地鐵隧道上方基坑施工影響研究：［學位論文］.上海：同濟大學，2000

　　2 陳永福.深基坑開挖回彈計算的探討.見：首屆全國巖土工程博士學術討論會論文集.上海：同濟大學出版社，1991

　　3 劉純潔.地鐵車站深基坑位移全過程控制與基坑臨近隧道保護：［學位論文］.上海：同濟大學，2000

　　4 況龍川.深基坑施工對地鐵隧道的影響.巖土工程學報，2000（3）