緊鄰地鐵隧道的地下障礙物清障技術(shù)研究

丁劍磊

上海建工一建集團有限公司 上海 200120

隨著上海浦東地區(qū)后世博時代的發(fā)展，眾多地下空間被開發(fā)與再利用，很多項目在基坑施工過程中常遇到地下障礙物清理施工的難題[1-4]，特別是越來越多的項目地塊緊鄰地鐵。鄰地鐵側(cè)施工，保護要求高，施工造成的擾動要求小。如何在保證地鐵安全的前提下，快速、經(jīng)濟、高效地完成地下障礙物的清理，是項目施工的關(guān)鍵所在。

1 工程概況

背景工程位于上海市浦東新區(qū)東育路楊思西路交界處，基坑北側(cè)緊鄰軌交8號線，南側(cè)緊鄰軌交6、11號線，與地鐵隧道最近距離10 m?；娱_挖深度19.9～22.1 m，基坑分區(qū)及與鄰近地鐵的位置關(guān)系如圖1所示。

圖1 基坑分區(qū)平面示意

基坑沿濟陽路一側(cè)距本工程設(shè)計基坑3.5 m位置存在一組能源管線，由2根DN900冷水回水管和2根DN600熱水供水管的壓力管線組成，埋深約2.5 m，差異沉降及變形要求為每50 m不超過1 cm，保護要求極高。

現(xiàn)場圍護槽壁加固在施工過程中發(fā)現(xiàn)1根直徑1.8 m、壁厚16 mm的水管，該管線未在前期勘察資料中列出。經(jīng)排摸后確定為廢棄原水管，自濟陽路側(cè)能源管下方斜穿至東育路側(cè)軌交8號線上方，管頂埋深3～4 m，紅線范圍內(nèi)遺留管線影響基坑圍護施工，水管與基坑的位置關(guān)系如圖2所示。

圖2 廢棄原水管平面示意

2 清障施工難點

根據(jù)現(xiàn)場實勘，該原水管為廢棄支管，東育路以西已截斷，濟陽路以東仍與主管連接。經(jīng)排查，管內(nèi)留有原水，故需將該支管與主管相連的閥門關(guān)閉并將管內(nèi)殘留原水抽排后，才能進(jìn)行管線清理。由于待清管線較長，閥門較遠(yuǎn)，抽排時間較長，勢必影響清障進(jìn)度及周邊環(huán)境安全。

由于水管埋藏較深，土方開挖量大，清障部位西側(cè)靠近軌交8號線隧道及東育路人行道，東側(cè)緊靠需保護能源管線。場地自然標(biāo)高以下3.5～5.8 m為回填建筑垃圾，一般開挖極易引發(fā)坍塌，主要環(huán)境隱患如下：

1）濟陽路側(cè)原廢棄水管下穿保護能源管，且能源管的回水管均為壓力管道，清障開挖深度已超過能源管埋深，開挖勢必影響能源管線安全。

2）東育路側(cè)軌交8號線埋藏較淺，僅為10 m，清障施工極易對地鐵區(qū)間隧道造成擾動，影響地鐵安全。

3 清障施工方案

3.1 方案制定

由于需排空原水管內(nèi)殘留水后才能繼續(xù)清障，為保證基坑圍護施工進(jìn)度不受影響，原水管清障自濟陽路向東育路方向分4個階段進(jìn)行：濟陽路側(cè)管道開挖，抽排管內(nèi)原水及清理部分水管→清理地鐵保護區(qū)50 m范圍外影響中隔墻施工范圍內(nèi)的管道→清理鄰軌交8號線東育路側(cè)影響地下連續(xù)墻和槽壁加固施工范圍內(nèi)的管道→剩余區(qū)域清障，在外圈地下連續(xù)墻完成后實施，減少開挖對周邊管線的影響。

3.2 能源管側(cè)臨時支護

濟陽路側(cè)待清障礙物埋藏較深且下穿能源管，開挖采取臨時鋼板樁支護，基坑支護形式采用12 m長小企口拉森V號鋼板樁＋2道型鋼支撐，原水管處拉森鋼板樁無法入土位置采用高壓旋噴樁加固，具體管側(cè)圍護措施如圖3所示。

圖3 能源管側(cè)臨時支護

3.3 地鐵側(cè)臨時支護方案比選

由于該位置障礙物靠近軌交8號線保護區(qū)，且埋藏較深，針對地鐵方面保護要求及現(xiàn)場實際情況，采取以下3種方案進(jìn)行比選：

1）采用全套管全回轉(zhuǎn)鉆機[2]（CD機），清理影響地下連續(xù)墻及槽壁加固施工范圍內(nèi)的原水管，待地下連續(xù)墻全部完成后，開挖清理剩余原水管。

2）采用12 m長小企口拉森V號鋼板樁＋型鋼支撐形式，開挖后切割原水管。

3）采用全方位高壓噴射工法[3]（MJS），工法樁內(nèi)插型鋼＋型鋼支撐形式，開挖后切割原水管。

方案1雖可避免因開挖清障的土體卸載造成的地鐵管線上浮隱患，但由于CD機采用切削形式，強大的回轉(zhuǎn)扭矩會帶動水管扭動，造成地鐵隧道上方土體擾動，影響地鐵安全。方案2中拉森鋼板樁采用1∶1插入比，插入深度與地鐵埋深相同，振動法壓樁可能會對隧道管片造成一定影響。方案3中MJS工法樁由于采用孔內(nèi)強制排漿和地內(nèi)壓力監(jiān)測等措施，可通過調(diào)整強制排漿量來控制地內(nèi)壓力，較常規(guī)高壓噴射注漿工藝可大幅減少對環(huán)境的影響，從而有效地降低對地鐵的擾動，但相較常規(guī)注漿工藝經(jīng)濟成本較高。

通過對上述方案的比較，結(jié)合地鐵保護要求及經(jīng)濟效益分析，對鄰地鐵側(cè)原水管清障方案進(jìn)行優(yōu)化，選用臨時支護的開挖清障方式，臨時基坑支護采用緊靠地鐵側(cè)MJS工法樁＋遠(yuǎn)離地鐵側(cè)拉森鋼板樁＋2道鋼支撐，MJS工法樁長根據(jù)地鐵方要求減少至9 m，樁底深度不超過地鐵管頂埋深。對于回填土位置，采用MJS工法樁替代三軸攪拌樁槽壁加固，樁深同原設(shè)計槽壁加固深度，確保后期地下連續(xù)墻施工質(zhì)量（圖4）。

圖4 地鐵側(cè)臨時支護

4 施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 保護措施

MJS工法樁施工前，先進(jìn)行現(xiàn)場放樣，確定原水管及臨時支護樁的具體位置，并上報地鐵監(jiān)護，對軌交8號線管線位置復(fù)核后再施工MJS工法樁。經(jīng)2次勘探，東育路側(cè)原水管位置如圖5所示。

圖5 原水管勘探點布置

4.2 鄰地鐵清障施工流程

先施工鄰地鐵側(cè)MJS工法樁，再施工遠(yuǎn)離地鐵側(cè)鋼板樁，減少因鋼板樁壓樁施工對地鐵造成的擾動。臨時支護完成后，在養(yǎng)護期間，管線切割設(shè)備提前進(jìn)場，確保開挖當(dāng)日完成管線切割及蒙板。清理完成后對基坑進(jìn)行回填加固，靠近地鐵側(cè)鋼板樁在土體回填加固后保留。

4.3 MJS工法樁內(nèi)插型鋼施工技術(shù)

4.3.1 施工工藝及參數(shù)

鑒于施工緊靠地鐵，常規(guī)MJS工法樁內(nèi)插型鋼施工工藝采用先插后噴的方式，先插型鋼造成的擾動可能對地鐵管線結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不良影響，故本次施工采用先噴后插方式，以減少對土體的擾動。

MJS工法樁自遠(yuǎn)離地鐵側(cè)開始施工，同時針對施工參數(shù)進(jìn)行試樁試驗，試驗為原位試驗，根據(jù)試驗結(jié)果調(diào)整注漿壓力、提升速度等相關(guān)參數(shù)。同時由于MJS工法樁成樁速度緩慢，施工工藝及提升速度需要配合H700 mm× 300 mm×13 mm×21 mm型鋼在水泥加固土硬化前完成就位，故對MJS施工參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，具體參數(shù)如下：樁徑2 200 mm，水泥摻量35%，水灰比1∶1，水泥漿壓力40 MPa±2 MPa，主空氣壓力0.7 MPa，主空氣流量1.0～2.0 m3/min，倒吸水壓力0～20 MPa，倒吸水流量0～50 L/min，提升速度29 mm/min，轉(zhuǎn)速3～4 r/min，地內(nèi)壓力系數(shù)取1.3～1.8，成樁垂直度≤1/200。

4.3.2 MJS施工注意要點

1）引孔下桿：采用工程鉆機引孔至設(shè)計深度后，成孔前要保證地面的平整，并要對鉆機調(diào)平，垂直度≤1/150。鉆頭到達(dá)預(yù)定深度后，開始校零，然后設(shè)定各工藝參數(shù)。

2）定位置噴射：先開倒吸水流和倒吸空氣，在確認(rèn)排漿正常時，打開排泥閥門，開啟高壓水泥泵和主空氣空壓機。首先用水向上噴設(shè)50 cm，壓力為10 MPa，然后把水切換成水泥漿，鉆桿重新下放到位后開始向上噴射水泥。

3）提升噴射：在開啟高壓水泥泵時，壓力不可太高，應(yīng)逐步增壓，直到達(dá)到指定壓力，在達(dá)到指定壓力并確認(rèn)地內(nèi)壓力正常后，才可開始提升擺噴。水切換成水泥漿時，壓力會自動上升，壓力有突變時方可調(diào)節(jié)壓力。

4）地內(nèi)壓力控制：施工時為保證壓力不影響周邊隧道管線，施工時密切監(jiān)測地內(nèi)壓力，壓力不正常時，必須及時調(diào)整排漿閥大小，控制地內(nèi)壓力在安全范圍以內(nèi)。

4.3.3 H型鋼施工

型鋼插入部分均勻涂刷減摩劑。安裝好吊具及固定鉤，然后用吊機起吊H型鋼，用線錘校核其垂直度。在溝槽定位型鋼上設(shè)H型鋼定位卡，固定插入型鋼平面位置，然后將H型鋼底部中心對正樁位中心并沿定位卡徐徐垂直插入土內(nèi)，采用線錘控制垂直度。H型鋼下插至設(shè)計深度并達(dá)到一定硬化后，將吊筋及溝槽定位型鋼撤除。管線切割基坑回填后，僅拔除影響地下連續(xù)墻施工的部分型鋼，其余鄰近地鐵側(cè)型鋼保留，避免二次擾動。

4.4 拉森鋼板樁間止水技術(shù)

本工程場地內(nèi)潛水埋深0.60～1.60 m，埋藏較淺。由于遠(yuǎn)離地鐵側(cè)采用小企口拉森V號鋼板樁作為臨時支護，管線為整體穿越基坑狀態(tài)，臨時支護無法對基坑形成有效的止水封閉效果。故針對鋼板樁無法入土位置，在待清管線外側(cè)增加4根MJS工法樁，設(shè)計樁徑2 400 mm，搭接800 mm，間距1 600 mm，樁長9 m。利用MJS工法樁止水加固[4]結(jié)合小企口拉森鋼板樁的形式形成有效止水帷幕（圖6）。

圖6 止水帷幕設(shè)計

待全部MJS工法樁完成后對施工質(zhì)量進(jìn)行檢驗，對加固區(qū)域內(nèi)取芯試驗，檢查內(nèi)部樁體的均勻程度及其抗?jié)B能力，加固土體28 d無側(cè)限抗壓強度≥1.5 MPa。

實際基坑開挖后，坑內(nèi)無明顯積水及坑外潛水流入，止水帷幕止水效果達(dá)到開挖要求。

5 管線開挖的施工要求

在基坑圍護結(jié)構(gòu)養(yǎng)護期間，土方開挖、原水管切割等設(shè)備進(jìn)場，提前做好開挖準(zhǔn)備工作，待圍護結(jié)構(gòu)養(yǎng)護達(dá)到強度后，即開始基坑開挖及原水管切割吊運，原水管吊運完成后隨即進(jìn)行土方回填?；油练介_挖至土方回填須在24 h內(nèi)完成，確?；拥姆€(wěn)定性及施工過程對地鐵隧道及能源管線無影響。水管清除后，立即用優(yōu)質(zhì)的土壤回填并壓實，壓實后的土壤再摻入8%普通硅酸鹽水泥，加強土壤密度和穩(wěn)定性，避免后期施工時出現(xiàn)坍孔、土方下沉等現(xiàn)象。為防止對能源管及地鐵隧道區(qū)間的二次擾動，靠近能源管及地鐵側(cè)鋼板樁在土體回填加固后不拔出，避免因拔出拉森鋼板樁造成的土體擾動對能源管形成二次影響。

6 結(jié)語

本清障方案對臨時支護體系設(shè)計、施工方式進(jìn)行不斷優(yōu)化，經(jīng)過多次評審，并結(jié)合現(xiàn)場實際情況和地鐵方面的各項要求統(tǒng)籌制定。方案實施后隧道內(nèi)監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，清障施工對軌交8號線隧道影響很小，有效保證了地鐵運營的安全，說明清障方案可對類似緊鄰地鐵區(qū)間并涉及地下障礙物清理的施工提供借鑒。