地鐵礦山法隧道穿越物業(yè)基坑設(shè)計(jì)與實(shí)踐探討

周勇全 趙磊軍 龔 拼

(1.中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300000；2.湖南工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410000)

0 引言

城市建設(shè)中，物業(yè)基坑工程位于地鐵隧道上方的情況經(jīng)常出現(xiàn)[1,2]。目前，業(yè)內(nèi)對(duì)物業(yè)基坑開挖對(duì)地鐵隧道影響的研究成果不少，但針對(duì)物業(yè)開挖后地鐵隧道為超淺覆土、后綜合體物業(yè)加載對(duì)地鐵隧道安全分析成果較少且多為基于理論的數(shù)值模擬分析結(jié)果，缺少以工程實(shí)踐作為支撐的成果[3-6]。本文通過實(shí)際工程，研究基坑開挖、回筑對(duì)下穿既有地鐵隧道的影響。

1 工程概況

1.1 隧道工程概況

崗頭站—雪象站區(qū)間隧道下穿佳兆業(yè)城廣項(xiàng)目綜合物業(yè)，隧道最小埋深19 m，地層自上而下為：素填土、礫質(zhì)粘性土、全風(fēng)化花崗巖、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖。隧道洞身所處地層為全、強(qiáng)、中風(fēng)化巖層，圍巖等級(jí)為Ⅵ級(jí)。隧道襯砌支護(hù)措施為：φ108大管棚(t=8 mm)，環(huán)距0.4 m；拱部120°φ42小導(dǎo)管(t=3.5 mm)，L=3.5@1.5 m，每三榀打一次，環(huán)距0.4 m；雙層Φ8鋼筋網(wǎng)150 mm×150 mm；型鋼鋼架，縱向間距500 mm；C25，P6濕噴早強(qiáng)混凝土350 mm厚；拱頂400 mm，仰拱500厚C35,P10模筑襯砌。其平面及斷面圖見圖1，圖2。

1.2 基坑工程概況

佳兆業(yè)城市廣場(chǎng)物業(yè)擬建地下2層、地面5層綜合商業(yè)體，基坑深度16 m。該基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用φ1.0 m@1.8 m,C25灌注樁加旋噴樁樁間止水帷幕，豎向設(shè)置2道4×15.2預(yù)應(yīng)力錨索L=26 m@2.0 m錨固長度20 m、間距5.5 m,4.0 m,4.1 m?；自O(shè)置φ1.8 m樁基礎(chǔ)樁長不小于12 m按嵌入中風(fēng)化端承樁設(shè)置，底板結(jié)構(gòu)厚度為1.8 m，為上部受力轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，物業(yè)基礎(chǔ)與地鐵隧道受力分離。

1.3 隧道與基坑位置關(guān)系及建設(shè)時(shí)序

此隧道在基坑內(nèi)左線長度135 m，右線長度203 m，隧道洞身原狀埋深12 m，佳兆業(yè)物業(yè)開挖后最小覆土為3 m?；娱_挖至地面以下7 m時(shí)因故停工，經(jīng)雙方協(xié)商后明確先地鐵施工、后佳兆業(yè)物業(yè)施工。地鐵區(qū)間洞通后兩個(gè)月，基坑復(fù)工開挖、計(jì)劃兩個(gè)月后開始物業(yè)主體回筑。

2 風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與處理措施

2.1 自身風(fēng)險(xiǎn)

隧道自身風(fēng)險(xiǎn)分析如下：下穿物業(yè)基坑地段隧道位于風(fēng)化槽上方，洞身圍巖為全、強(qiáng)風(fēng)化巖層及殘積土層，其天然狀態(tài)下物理力學(xué)性質(zhì)較好，遇水易崩解，飽和狀態(tài)下受擾動(dòng)后，易軟化變形，強(qiáng)度、承載力驟減，造成圍巖失穩(wěn)。物業(yè)基坑開挖降水和回筑過程會(huì)對(duì)地下水位產(chǎn)生影響可改變圍巖強(qiáng)度使隧道發(fā)生變形。

設(shè)計(jì)措施為地鐵隧道施工時(shí)采取洞內(nèi)止水帷幕及大管棚支護(hù)，開挖時(shí)采取超前支護(hù)系統(tǒng)，加強(qiáng)圍巖穩(wěn)定；采取初支鋼架加密、加強(qiáng)縱向連接筋設(shè)置以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度。

2.2 外部風(fēng)險(xiǎn)

1)開挖工況風(fēng)險(xiǎn)。

隧道上部基坑最大開挖深度達(dá)16 m，基坑開挖后地鐵隧道覆土僅3 m，存在隧道上浮變形過大甚至結(jié)構(gòu)破壞的風(fēng)險(xiǎn)；針對(duì)開挖工況風(fēng)險(xiǎn)分析如下：開挖后的卸載引起的回彈量引起基底隆起。

2)回筑工況風(fēng)險(xiǎn)。

基坑物業(yè)回筑加載過程，隧道周邊圍巖應(yīng)力場(chǎng)變化影響隧道結(jié)構(gòu)安全。針對(duì)物業(yè)回筑工況風(fēng)險(xiǎn)分析如下：樁基隨上部荷載增加達(dá)到穩(wěn)定受力過程會(huì)產(chǎn)生位移；物業(yè)底板與樁基節(jié)點(diǎn)形成有效受力體系時(shí)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形。

外部風(fēng)險(xiǎn)處理措施見表1。

表1 外部風(fēng)險(xiǎn)處理措施方案

3 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)及分析

為確保施工期間地鐵隧道結(jié)構(gòu)的安全，對(duì)地鐵隧道左、右線進(jìn)行監(jiān)測(cè)。設(shè)置的隧道監(jiān)測(cè)項(xiàng)目如下：沿隧道縱向每10 m布置一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面包含2個(gè)拱頂下沉監(jiān)測(cè)點(diǎn)及2個(gè)周邊收斂監(jiān)測(cè)點(diǎn)[10]，監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖3，圖4所示。

由開挖完成的左右線拱頂累積沉降曲線可知，隧道縱向隆起曲線基本呈正態(tài)分布的結(jié)論；基坑開挖完成之后，基坑范圍內(nèi)，隧道拱頂產(chǎn)生豎直向上的累積位移，而基坑范圍之外，隧道拱頂出現(xiàn)向下的累積位移，這種情況符合前文的分析：基坑內(nèi)土體開挖引起隧道上方卸載，基底回彈，隧道拱頂產(chǎn)生向上的位移，而隧道的拱頂位移量并未超過地鐵隧道的允許變形量，證明抗浮錨桿措施可有效控制隧道上浮變形。

由回筑完成之后的拱頂下沉累積曲線可知，回筑過程中基坑范圍內(nèi)的隧道拱頂下沉，而基坑范圍之外的隧道拱頂基本上穩(wěn)定。而回筑過程中，位移較小，證明采取的臨時(shí)支架措施取得了較好的效果。

由現(xiàn)場(chǎng)的拱頂位移監(jiān)測(cè)結(jié)果分析可知，在既有隧道上面開挖基坑時(shí)應(yīng)及時(shí)回筑，以限制隧道上浮較大。

由基坑開挖結(jié)束時(shí)的隧道周邊收斂曲線可知，基坑開挖導(dǎo)致開挖區(qū)域的隧道的水平向收斂絕對(duì)值減少，即水平向向內(nèi)收斂(產(chǎn)生壓縮)減少，經(jīng)過分析得出如下結(jié)論：基坑內(nèi)土體開挖引起隧道上方卸載，基底回彈，隧道結(jié)構(gòu)受到的側(cè)向壓力減少，隧道結(jié)構(gòu)及圍巖的部分彈性變形恢復(fù)。由回筑后的隧道周邊收斂曲線可知，開挖范圍外隧道段已經(jīng)基本穩(wěn)定。而回筑的過程中，開挖區(qū)域的隧道周邊收斂絕對(duì)值增大。經(jīng)過分析可知，回筑造成隧道結(jié)構(gòu)所受的水平荷載增大，隧道收斂增大，這一點(diǎn)與前文得到的基坑內(nèi)回筑對(duì)隧道的影響的結(jié)論相同。

4 結(jié)論與建議

本文基于實(shí)際工程，對(duì)地鐵隧道完成初支洞通后基坑開挖至物業(yè)主體回筑全過程進(jìn)行分析，并設(shè)計(jì)保護(hù)方案。通過對(duì)方案實(shí)施前后的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)及分析，得到如下結(jié)論及建議：

1)當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)不具備分倉和注漿等地面措施的條件時(shí)，物業(yè)基坑開挖采取了設(shè)置抗拔錨桿、回筑過程采取洞內(nèi)支撐加載起到控制位移的作用。

2)在建設(shè)時(shí)序不定的情況下，采取礦山法實(shí)施確保地鐵建設(shè)洞通是可行的，并且能通過相關(guān)措施來保證后續(xù)建設(shè)對(duì)永久結(jié)構(gòu)的問題，為地鐵工程下穿在建建筑物提供了設(shè)計(jì)思路和成功案例。