肖文海，申明文，劉樹亞，張文慧，龐小朝

(1.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 深圳研究設(shè)計(jì)院，廣東 深圳 518034；2.深圳市前海開發(fā)投資控股有限公司，廣東 深圳 518054；3.深圳地鐵集團(tuán)有限公司，廣東 深圳 518056)

地鐵運(yùn)營(yíng)安全保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)地下空間利用是近年來(lái)城市建設(shè)的熱點(diǎn)。在既有地鐵隧道上方進(jìn)行施工的項(xiàng)目越來(lái)越多。隧道上方堆載或卸載會(huì)導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，危害軌道交通安全運(yùn)營(yíng)。根據(jù)深圳地鐵公司給出的隧道結(jié)構(gòu)變形控制標(biāo)準(zhǔn)，隧道結(jié)構(gòu)絕對(duì)沉降和水平位移應(yīng)<10 mm。地鐵運(yùn)營(yíng)安全保護(hù)區(qū)內(nèi)地下工程順利實(shí)施的關(guān)鍵是控制地鐵主體結(jié)構(gòu)的變形。

在地鐵隧道上方開挖基坑時(shí)可以采用隧道周邊加固、小塊抽條分塊施工、分倉(cāng)小豎井法開挖、施作抗浮樁等措施控制隧道變形，并需結(jié)合信息化管理。在隧道上方堆載可采用樁板方案，通過(guò)厚板和樁基跨越盾構(gòu)隧道，將覆土荷載通過(guò)厚板-樁傳遞至隧道下方深層地基，隧道及其上覆土層不承擔(dān)附加荷載。但樁板方案施工工期長(zhǎng)、造價(jià)高。

廣東深圳前海自貿(mào)區(qū)夢(mèng)海大道跨越地鐵1號(hào)線工程采用擠塑型聚苯乙烯硬質(zhì)泡沫塑料板(XPS板)作為換填材料。本文介紹其施工方法及實(shí)施效果。

1 工程概況

深圳前海自貿(mào)區(qū)占地面積14.92 km2，規(guī)劃了12條軌道交通線路，總計(jì)52.58 km，37個(gè)站點(diǎn)。軌道網(wǎng)絡(luò)密度3.5 km/km2，線網(wǎng)密度高。多個(gè)項(xiàng)目在既有地鐵隧道上方施工，既有地鐵保護(hù)是前海工程建設(shè)的重要組成部分。施工中的夢(mèng)海大道是貫通前海自貿(mào)區(qū)的南北主干道，于2017年6月全線通車。夢(mèng)海大道在前海桂灣片區(qū)與桂灣四路交叉路口段跨越正在運(yùn)營(yíng)的地鐵1號(hào)線鯉魚門—前海灣區(qū)間隧道。夢(mèng)海大道在地鐵1號(hào)線交通安全限制區(qū)上方施工面積約 4 000 m2，如圖1所示。地鐵1號(hào)線隧道為盾構(gòu)隧道。該段隧道頂絕對(duì)標(biāo)高約-5.5 m，場(chǎng)地地面距隧道頂約10.5 m。

圖1 夢(mèng)海大道和桂灣四路交叉路口段平面示意

夢(mèng)海大道跨越地鐵1號(hào)線路口段地面標(biāo)高約5.0 m。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，需在地面上方填筑1.8 m路基和0.69 m的路面結(jié)構(gòu)層。

在填筑路基時(shí)地鐵1號(hào)線隧道沉降超過(guò)控制標(biāo)準(zhǔn)，填筑路基1.8 m，地鐵隧道最大下沉15.7 mm，施工單位立即卸載路基土方1.1 m，隧道回彈5.7 mm。

根據(jù)規(guī)劃，夢(mèng)海大道為前海自貿(mào)區(qū)規(guī)劃的交通走廊，該條主干道下規(guī)劃了深惠線和筍崗線2條軌道交通線路，如采用樁板跨越方案，樁基將為后續(xù)軌道交通建設(shè)造成很大障礙。為盡可能減少地鐵隧道受填土擾動(dòng)影響，要求上方覆土加載越小越好。土工泡沫材料代替土方填筑可減少填筑區(qū)的自重和側(cè)向壓力[1]。同時(shí)考慮到夢(mèng)海大道為主干道，車輛荷載較大，該工程采用了強(qiáng)度較高、具有耐燃燒性能的XPS板換填，并結(jié)合分倉(cāng)開挖和鋼花管擠密注漿方案。

2 XPS板路基填筑工法

2.1 填筑材料

XPS板又稱苯板，是以聚苯乙烯為原料，加熱混合其他材料擠塑成型的板材。XPS具有質(zhì)量輕(密度40～60 kg/m3)、吸水性極低、低熱導(dǎo)、高抗壓、不降解等優(yōu)點(diǎn)。XPS作為土工泡沫的一種，已有40多年的應(yīng)用歷史，國(guó)內(nèi)采購(gòu)方便。

XPS板的性能指標(biāo)按《絕熱用擠塑聚苯乙烯泡沫塑料(XPS)》(GB/T 10801.2—2002)[2]取值，見(jiàn)表1。

表1 XPS板的性能指標(biāo)

注：吸水率為所吸水分的體積與干燥材料體積之比。

XPS板材按表1進(jìn)行抗壓性能試驗(yàn)。經(jīng)測(cè)算，其抗壓變形模量為19.5 MPa，剛度較周邊填土剛度略高。

2.2 換填區(qū)主要設(shè)計(jì)參數(shù)的確定及分倉(cāng)方法

前期施工經(jīng)驗(yàn)表明，換填區(qū)填土和卸載均會(huì)導(dǎo)致地鐵隧道較大變形，變形控制最重要的是控制附加荷載和每次開挖土方。換填區(qū)主要設(shè)計(jì)參數(shù)包括XPS換填區(qū)厚度和覆蓋層厚度。

首先根據(jù)附加荷載確定XPS換填區(qū)厚度，結(jié)合XPS板抗浮要求確定覆蓋層厚度，然后確定換填區(qū)基坑開挖深度，最后根據(jù)每次開挖土方確定分倉(cāng)大小。

根據(jù)勘察資料，該場(chǎng)地原始地貌為海洋灘涂，分布有較厚的淤泥層，后經(jīng)人工填海改造，回填至開工前標(biāo)高。場(chǎng)地內(nèi)地層自上而下依次為人工填土層、第四系全新統(tǒng)海沖積層、第四系中更新統(tǒng)殘積層、加里東期混合花崗巖(全～中風(fēng)化)。對(duì)隧道變形影響最大的地層是隧道底厚約9 m的花崗巖殘積層。

利用前期填筑和卸載時(shí)隧道變形數(shù)據(jù)，反演得到隧道底花崗巖殘積層壓縮變形模量19 MPa，回彈模量33 MPa。采用分層總和法計(jì)算隧道底沉降和回彈變形，結(jié)合抗浮要求(抗浮安全系數(shù)1.05)，計(jì)算得到XPS換填區(qū)厚度為3.2 m，一次最大開挖面積400 m2。換填區(qū)為夢(mèng)海大道和桂灣四路交叉路口段，為保護(hù)場(chǎng)地內(nèi)已經(jīng)埋設(shè)的大量市政管線，管線及周邊范圍0.5 m 范圍內(nèi)不開挖，最終分倉(cāng)開挖布置和施工順序如圖2所示。

換填標(biāo)準(zhǔn)斷面如圖3所示。每鋪筑1.6 m XPS板，需鋪筑1層200 mm厚鋼筋混凝土板，以增加回填區(qū)整體剛度。

圖2 最終分倉(cāng)開挖布置和施工順序圖3 換填標(biāo)準(zhǔn)斷面

2.3 換填施工

2.3.1 分倉(cāng)基坑支護(hù)

基坑開挖深度4.7 m，采用放坡掛網(wǎng)噴混凝土和SMW工法樁(勁性水泥土攪拌樁)的支護(hù)方案。即采用樁徑600 mm攪拌樁，攪拌樁內(nèi)插入I25b工字鋼。開挖深度范圍內(nèi)塊石含量約20%～80%，攪拌樁施工中如遇塊石，用挖掘機(jī)按槽狀翻挖后回填素土。

2.3.2 土方開挖

土方開挖要求分倉(cāng)、跳倉(cāng)開挖[3-4]。開挖時(shí)做好隧道變形的量測(cè)，當(dāng)?shù)罔F隧道變形達(dá)到預(yù)警值時(shí)，應(yīng)立即停止挖土?；娱_挖到距離坑底300 mm時(shí)，必須采用人工挖除，禁止超挖。

2.3.3 XPS板鋪筑和儲(chǔ)運(yùn)

1)XPS板一般商品厚度為80 mm，按要求尺寸分割成XPS板塊，運(yùn)輸至場(chǎng)地后采用專用XPS膠水進(jìn)行多層粘結(jié)，成品厚度400 mm(5層)。工地切割采用電熱絲或電鋸。XPS板塊的堆放應(yīng)采取防大風(fēng)吹走、防火、防紫外線照射等措施，同時(shí)應(yīng)防止雨水滯留，嚴(yán)禁有機(jī)溶劑或石油類油劑的侵蝕[5]。XPS板現(xiàn)場(chǎng)鋪筑施工照片見(jiàn)圖4。

圖4 XPS板鋪筑施工現(xiàn)場(chǎng)

2)在XPS板鋪筑前，地基超挖0.1 m，鋪設(shè)土工格柵網(wǎng)，然后采用素混凝土墊層找平后鋪筑XPS板。

3)XPS板鋪筑時(shí)，應(yīng)禁止重型機(jī)械直接在XPS板上行駛。板與板要求錯(cuò)縫設(shè)置，搭接寬度≥0.5 m。塊體間的縫隙一般應(yīng)<20 mm、高差一般應(yīng)<10 mm。塊體間產(chǎn)生高低差采用無(wú)收縮水泥砂漿調(diào)平，當(dāng)曲線段縫隙大于容許誤差時(shí)，要求采用砂、無(wú)收縮水泥砂漿或輕骨料填塞。

4)采用金屬聯(lián)結(jié)件臨時(shí)固定XPS板，XPS板各層間采用雙面爪形聯(lián)結(jié)件。底層X(jué)PS板用L形銷釘固定于施工基面，邊鋪筑邊聯(lián)結(jié)。

5)XPS板與基坑邊空隙采用砂、無(wú)收縮水泥砂漿或輕骨料填塞，沿每個(gè)土倉(cāng)周長(zhǎng)方向垂直設(shè)置直徑42 mm，厚度3.25 mm鋼花管，通過(guò)鋼花管注入雙液漿密實(shí)縫隙。

3 XPS換填效果

本工程采用徠卡機(jī)器人監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和三維隧道激光掃描技術(shù)對(duì)該段隧道變形進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。由監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，施工完成時(shí)隧道最大上浮6 mm，最大下沉1.4 mm，滿足地鐵隧道安全運(yùn)營(yíng)保護(hù)要求。

4 結(jié)語(yǔ)

本工程選擇剛度較大的XPS板換填土質(zhì)路基，采用分倉(cāng)換填法控制XPS換填過(guò)程中地鐵隧道上浮過(guò)大，采用施作攪拌樁、混凝土蓋板、覆土等措施控制XPS板在使用期的上浮量，采用注漿密實(shí)XPS板之間的空隙，以此增強(qiáng)填筑體的整體性。

上述XPS板填筑技術(shù)的組合應(yīng)用，成功解決了在地鐵隧道受填土擾動(dòng)影響敏感區(qū)段上方路基填筑的難題，可為類似工程提供借鑒。

[1]陸俊暉,華夏.世博公園大面積土方造型中的輕質(zhì)擠塑板置換施工技術(shù)研究[J].建筑施工,2009,30(7),574-577.

[2]中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB/T 10801.2—2002 絕熱用擠塑聚苯乙烯泡沫塑料(XPS)[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002.

[3]何國(guó)建,丁鐵華,周峰.在運(yùn)營(yíng)地鐵隧道正上方的深基坑土方開挖施工技術(shù)[J].建筑施工,2008,30(7)：515-519.

[4]周燦朗,林湘.公路隧道建設(shè)引起下臥運(yùn)營(yíng)地鐵隧道變形的控制研究[J].鐵道建筑,2015,55(2)：66-70.

[5]閆宏業(yè),蔡德鉤,張千里，等.鐵路路基凍害防治保溫技術(shù)研究[J].鐵道建筑,2015,55(1):51-55.