明挖結(jié)構(gòu)上跨盾構(gòu)隧道施工上浮問(wèn)題研究

袁 博

（中鐵南方投資集團(tuán)有限公司，廣東 深圳 518000）

1 工程概況

1.1 工程概述

廈門軌道交通2號(hào)線高林停車場(chǎng)出入場(chǎng)線設(shè)計(jì)為兩條并行區(qū)間隧道，位于高林站—濕地公園站正線區(qū)間內(nèi)側(cè)，四線盾構(gòu)隧道并行約300m后，采用明挖法跨越高林站—濕地公園站區(qū)間左線隧道進(jìn)入高林停車場(chǎng)。出入場(chǎng)線設(shè)計(jì)長(zhǎng)度約490m,采用盾構(gòu)法施工并行段約300m，采用明挖法施工上跨段月190m。出入場(chǎng)線上跨區(qū)間正線隧道平面示意圖如圖1所示。

圖1 出入場(chǎng)線上跨區(qū)間正線隧道平面示意圖

高林停車場(chǎng)出入線明挖區(qū)間上跨高林站—濕地公園站正線區(qū)間左線長(zhǎng)度約90m。區(qū)間正線先于上跨段明挖區(qū)間施工，為防止明挖區(qū)間施工對(duì)正線盾構(gòu)區(qū)間影響，需將對(duì)正線有影響的圍護(hù)結(jié)構(gòu)先期施工完成后，方可盾構(gòu)掘進(jìn)。待盾構(gòu)掘進(jìn)完成后，將正線盾構(gòu)區(qū)間管片內(nèi)堆載2/3砂袋進(jìn)行加載后方可進(jìn)行基坑開(kāi)挖。

本工點(diǎn)范圍內(nèi)自上而下地層主要是填土、粉質(zhì)黏土、殘積砂質(zhì)黏性土、全風(fēng)化花崗巖、散體狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、碎裂狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、中風(fēng)化花崗巖、微風(fēng)化花崗巖。明挖區(qū)間底板持力層主要位于殘積砂質(zhì)黏性土、全風(fēng)化花崗巖和散體狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖中。

地下水主要有第四系孔隙水、基巖裂隙水。第四系孔隙潛水主要賦存于黏性土層中，以孔隙潛水為主。人工填土層中局部存在上層滯水，地下水位埋深0.5～5.3m，均位于設(shè)計(jì)底板以上?；娱_(kāi)挖施工時(shí)，采用井點(diǎn)降水與明排相結(jié)合，并在圍護(hù)樁間設(shè)置截水帷幕。

明挖區(qū)間施工前，周邊低矮建筑部分拆除，現(xiàn)存在1棟4層民房住宅與1棟2層簡(jiǎn)易棚房距基坑較近。基坑邊緣靠近建筑時(shí)物采用變形控制嚴(yán)格的鉆孔灌注樁+錨索（內(nèi)支撐）的支護(hù)體系，圍護(hù)結(jié)構(gòu)陰角增設(shè)咬合旋噴樁進(jìn)行土體加固，局部采用袖閥管注漿加固。

1.2 明挖結(jié)構(gòu)上跨盾構(gòu)區(qū)間的風(fēng)險(xiǎn)分析

高林停車場(chǎng)出入線明挖區(qū)間在80m范圍內(nèi)上跨高濕區(qū)間左線，上跨段基坑底標(biāo)高為正線盾構(gòu)管片頂部，即基坑開(kāi)挖時(shí)揭露盾構(gòu)管片。主要風(fēng)險(xiǎn)有以下幾個(gè)方面：（1）盾構(gòu)管片上浮對(duì)已完工的盾構(gòu)隧道造成破壞性影響，考慮到正線盾構(gòu)管片作為高濕區(qū)間永久性結(jié)構(gòu)，一旦在明挖結(jié)構(gòu)施工中造成管片上浮，將對(duì)盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)和線性造成不可逆的破壞。（2）上跨段基坑底標(biāo)高為正線盾構(gòu)管片頂部，開(kāi)挖過(guò)程中要破除盾構(gòu)管片背后的同步注漿及二次注漿材料，對(duì)盾構(gòu)隧道的防水結(jié)構(gòu)造成較為嚴(yán)重的影響。（3）基坑底部隆起對(duì)基坑穩(wěn)定性造成很大的影響，在基坑周邊依然存在大量民用建筑的情況下，基坑安全面臨的風(fēng)險(xiǎn)極高。

2 施工過(guò)程論述

2.1 施工方案編制審批和執(zhí)行情況

根據(jù)設(shè)計(jì)單位的計(jì)算書，設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)計(jì)算，在采取設(shè)計(jì)措施后可確保受影響盾構(gòu)管片在明挖基坑開(kāi)挖減少管片覆土過(guò)程中管片上浮、水平位移、收斂變形等均在規(guī)范許可范圍內(nèi)。

出入線區(qū)間明挖基坑開(kāi)挖前編制了基坑開(kāi)挖及降水安全專項(xiàng)施工方案，并進(jìn)行了專家評(píng)審；同時(shí)針對(duì)該區(qū)域的正線管片情況，又單獨(dú)編制正線管片保護(hù)安全專項(xiàng)方案，并進(jìn)行了專家評(píng)審。針對(duì)明挖區(qū)間上跨盾構(gòu)隧道施工主要有以下幾點(diǎn)要求：

（1）地下水位控制?；娱_(kāi)挖時(shí)嚴(yán)格控制地下水位，通過(guò)地面降水井將地下水位控制在管片底以下1.0m。地下水位不滿足要求時(shí)禁止揭露管片，并保持3.0m的管片覆土。

（2）管片內(nèi)監(jiān)測(cè)?；娱_(kāi)挖過(guò)程中在上跨段正線管片內(nèi)布設(shè)洞內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，主要進(jìn)行管片內(nèi)部收斂及沉降觀測(cè)。

（3）開(kāi)挖作業(yè)。上跨高濕區(qū)間左線部分采用分段分小塊開(kāi)挖、快速施工底板的施工方法，與設(shè)計(jì)對(duì)接綜合底板各工序施工時(shí)間，擬將上跨段明挖區(qū)間主體結(jié)構(gòu)底板分段，每段長(zhǎng)度為5m。根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算書，在基坑開(kāi)挖深度距盾構(gòu)管片頂部以上3m時(shí)，對(duì)正線盾構(gòu)管片無(wú)影響。基坑開(kāi)挖順序：分層開(kāi)挖至管片頂部3m→加載對(duì)應(yīng)下方段及下一段管片→對(duì)應(yīng)分段底板施工完成（5d）→依次開(kāi)挖下一段。開(kāi)挖過(guò)程中嚴(yán)格按照分層、分段開(kāi)挖要求施工。對(duì)明挖段盾構(gòu)上跨正線部分，正線管片3m以上土方采用PC220挖機(jī)進(jìn)行開(kāi)挖，管片以上0.5～3m部分采用PC120挖機(jī)進(jìn)行開(kāi)挖，基坑底以上0.5m部分采用人工開(kāi)挖。

（4）盾構(gòu)管片加載。在基坑開(kāi)挖前在盾構(gòu)管片內(nèi)堆載沙袋壓重，堆載高度為洞身2/3高，在局部監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置可適當(dāng)調(diào)整堆載高度。

（5）管片的加固和防水保護(hù)。出入線與正線交叉段及相鄰30m范圍內(nèi)對(duì)正線管片進(jìn)行加固，在管片內(nèi)部用8根[20a槽鋼將管片縱向連接，加強(qiáng)管片連接整體性和穩(wěn)定性。正線管片上方土方開(kāi)挖過(guò)程中，對(duì)原管片外注漿層進(jìn)行保護(hù)，使其對(duì)管片仍有防水效果，管片頂以上50cm部分土方采用人工開(kāi)挖，開(kāi)挖過(guò)程中對(duì)漏出的管片及管片注漿層進(jìn)行清理及保護(hù)。對(duì)露出的正線管片清理干凈后，采用水泥基滲透結(jié)晶防水涂料涂刷，或者采用防水噴涂進(jìn)行防水處理，同時(shí)施作防水保護(hù)層，使其起到加強(qiáng)管片防水功效的作用。

2.2 施工方案的調(diào)整

由于該工程位于城中村棚戶區(qū)，明挖段拆遷工作嚴(yán)重滯后，又需在正線貫通后方可施工。建設(shè)單位已制定了全線軌通的節(jié)點(diǎn)目標(biāo)，設(shè)計(jì)單位和原方案制定的管片內(nèi)沙袋加載保護(hù)措施將影響鋪軌施工，要求方案進(jìn)行調(diào)整。

調(diào)整思路參考：該工程相鄰車站高林站位于高林停車場(chǎng)出入線小里程方向150m處，高林站車站主體結(jié)構(gòu)施工采用“先隧后站”法施工。高林站車站范圍內(nèi)盾構(gòu)區(qū)間貫通后進(jìn)行高林站基坑開(kāi)挖，基坑開(kāi)挖過(guò)程中需要將站內(nèi)盾構(gòu)管片揭露和挖除，且高林站地質(zhì)與明挖區(qū)間地質(zhì)相近，施工參數(shù)可以借鑒。

基坑開(kāi)挖和管片挖除已全部完成，基坑開(kāi)挖過(guò)程中施工單位對(duì)站內(nèi)盾構(gòu)管片在整個(gè)基坑開(kāi)挖過(guò)程中各個(gè)工況進(jìn)行了施工監(jiān)測(cè)，其中監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有地下水位、管片收斂、管片的水平位移、管片的豎向位移以及管片揭露后在雨天的上浮情況。

高林站在基坑降水至正線管片底部以下，管片內(nèi)部采用拉緊裝置拉緊效果可以滿足管片之間不發(fā)生松弛而導(dǎo)致引起滲漏。基坑開(kāi)挖至管片頂部過(guò)程中管片內(nèi)部監(jiān)測(cè)結(jié)果均未超過(guò)規(guī)范要求，且在揭露管片后在管片頂部進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

高林站與明挖區(qū)間地質(zhì)相近，在采取以上措施后可保證明挖基坑開(kāi)挖過(guò)程對(duì)高濕區(qū)間正線管片的影響在可控范圍之內(nèi)。

建設(shè)單位總體安排要求優(yōu)先保證軌通節(jié)點(diǎn)，同時(shí)要求鋪軌單位預(yù)留對(duì)應(yīng)段落道床不澆筑砼，采用枕木臨時(shí)通過(guò)，用調(diào)線調(diào)坡，消除管片上浮對(duì)線路的影響。

針對(duì)不壓載的施工方案調(diào)整，項(xiàng)目部制定了提前準(zhǔn)備了水袋壓載的應(yīng)急措施可在管片上浮時(shí)有效控制管片上浮的風(fēng)險(xiǎn)，并在出現(xiàn)上浮情況下12h內(nèi)完成水袋壓載，控制了管片上浮現(xiàn)象，后經(jīng)專家同意對(duì)方案進(jìn)行了調(diào)整。

2.3 管片上浮事件的發(fā)生

2018年11月17日出入線明挖段第一段5m基坑開(kāi)挖到底，第二段浮土（2m～3m）管片頂部土方卸載20m，基坑見(jiàn)底期間10h管片內(nèi)部監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示管片上浮28.5mm（3個(gè)點(diǎn)最大值），累計(jì)值37mm，超過(guò)控制值30mm。

針對(duì)管片上浮情況，項(xiàng)目部立即啟動(dòng)了應(yīng)急處置措施，采用水袋進(jìn)行壓載，先壓載基坑開(kāi)挖對(duì)應(yīng)范圍，壓載長(zhǎng)度50m，搭接未開(kāi)挖卸載土方兩側(cè)各10m。具體措施為：（1）加強(qiáng)度管片內(nèi)部的監(jiān)測(cè)，基坑開(kāi)挖時(shí)按6次/d，對(duì)管片的水平及豎向位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)；（2）對(duì)上跨段左側(cè)坡頂上5m范圍原擋土墻和圍墻進(jìn)行拆除，減少坡頂?shù)亩演d；（3）按照施工方案對(duì)基坑土方進(jìn)行分段、分層開(kāi)挖，待底板施工完成后在進(jìn)行下一段的土方開(kāi)挖，防止一次開(kāi)挖對(duì)正線管片頂部卸載長(zhǎng)度過(guò)大；（4）對(duì)管片內(nèi)部拉緊鎖定進(jìn)行加固,對(duì)管片內(nèi)部的拉緊鎖定槽鋼增加橫向支撐。（5）按照應(yīng)急預(yù)案對(duì)管片進(jìn)行壓載，完成施工方案中管片保護(hù)措施；（6）對(duì)第一段前后30m基坑土方進(jìn)行平整，減小土方對(duì)管片造成偏壓；（7）加快明挖段第一段底板施工，將管片內(nèi)臨時(shí)壓載轉(zhuǎn)換為管片頂設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)壓載。

2018年11月18日3:00開(kāi)始?jí)狠d，11:30監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)基本穩(wěn)定，17:30全部壓載完成。11月26日第四段底板澆筑完成，已將管片內(nèi)臨時(shí)壓載轉(zhuǎn)換為管片頂設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)壓載，洞內(nèi)管片目前基本穩(wěn)定。

3 結(jié)束語(yǔ)

該工程明挖基坑開(kāi)挖過(guò)程中未對(duì)正線管片采用壓載措施，基坑開(kāi)挖見(jiàn)底后，正線管片頂部無(wú)覆土，管片頂部土方卸載，導(dǎo)致管片內(nèi)力釋放，造成管片局部段落上浮變形，加之該段基坑開(kāi)挖見(jiàn)底后出現(xiàn)降雨，加劇了管片的上浮。對(duì)此，原高林站“先隧后站”施工，在盾構(gòu)隧道拆除的過(guò)程中管片未發(fā)生上浮，為明挖段結(jié)構(gòu)施工提供了一定的施工經(jīng)驗(yàn)。但由于“先隧后站”法施工，盾構(gòu)隧道外側(cè)1m范圍內(nèi)，有明挖基坑施工的圍護(hù)樁+混凝土支撐（鋼支撐）采取的支護(hù)方式，從一定程度對(duì)盾構(gòu)隧道周邊荷載形成了“卸載”作用，所以受力情況又不能完全等同對(duì)待。在施工過(guò)程中一直進(jìn)行有效的監(jiān)控量測(cè)，發(fā)生異常后立即啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，上浮得到了快速、有效的控制，未造成不良后果，并今后的施工提出了借鑒，積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。