金先京，袁傳旭，薛 朗，吳俊芳

（1、深圳市地鐵集團(tuán)有限公司 深圳518038；2、深圳市市政工程總公司 深圳518034）

1 工程概況

位于深圳市福田保稅區(qū)的地鐵3號線（南延）福保站于YCK0+230～YCK0+260上跨廣深港高鐵區(qū)間隧道，車站與廣深港客運專線高鐵區(qū)間隧道共有2處（左、右線隧道）立體交叉，車站底板與廣深港高鐵區(qū)間頂（結(jié)構(gòu)頂標(biāo)高-34 m）凈距為21.7 m。車站主體結(jié)構(gòu)在YCK0+230處與廣深港客運專線高鐵區(qū)間隧道右線斜交93°，福保站上跨廣深港高鐵隧道縱斷面示意圖如圖1所示。

圖1 車站與廣深港隧道橫剖面圖Fig.1 Cross Section Map of Station and Guangzhou-Shenzhen-Hong Kong Tunnel

廣深港客運專線高鐵區(qū)間隧道采用盾構(gòu)法施工，采用單層鋼筋混凝土襯砌管片結(jié)構(gòu)。盾構(gòu)隧道段結(jié)構(gòu)內(nèi)徑9.8 m，外徑10.8 m，管片內(nèi)徑8.7 m，外徑9.6 m。采用“8+1”分塊方式的鋼筋混凝土單層管片襯砌。在運營階段，廣深港高鐵深港隧道盾構(gòu)段軌道變形控制標(biāo)準(zhǔn)為隆起4 mm，沉降15 mm。3號線（福保站）施工期間，廣深港高鐵隧道已經(jīng)貫通，進(jìn)行無砟道床及鋪軌施工，后期進(jìn)入聯(lián)調(diào)聯(lián)試和試運營階段。

1 上跨段加固設(shè)計與施工影響評估

1.1 跨高鐵隧道段基坑加固設(shè)計方案

為了減小基坑開挖福保站施工對深港隧道的影響，福保站與廣深港客專深港隧道交叉位置處的車站底部淤泥地層采用攪拌樁加固[1-2]。加固方案為：φ850水泥攪拌樁加固，加固水平范圍為隧道兩側(cè)各5 m范圍，豎向范圍為加固至淤泥地層底部，采用格柵狀布置。攪拌樁加固平面布置圖如圖2所示。

圖2 攪拌樁加固平面布置圖Fig.2 Plane Layout of Mixing Pile Reinforcement

加固標(biāo)準(zhǔn)：換填及攪拌樁加固后地基承載力強(qiáng)度達(dá)到180 kPa以上；攪拌樁水泥土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)取值試塊90 d齡期的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為1.2 MPa。加固范圍內(nèi)水泥攪拌樁水泥含量不得低于15%，加固范圍以上至地面處為空樁。

1.2 上跨廣深港隧道施工影響評估

根據(jù)福保站與深港高鐵隧道的相對位置，建立三維模型（見圖3），分析了在福保站施工階段和運營階段兩工況下盾構(gòu)隧道管片位移和內(nèi)力分布特征，評估了福保站施工階段及運營階段對高鐵隧道結(jié)構(gòu)的影響。

圖3 福保站與深港高鐵隧道三維模型Fig.3 Three-dimensional Model of Fubao Station and Shenzhen-HongKong High-speed Railway Tunnel

得出如下結(jié)論：

⑴在攪拌樁加固設(shè)計方案下，車站基坑施工階段，隧道拱頂圍巖的最大上拱位移為6.11 mm，拱底圍巖的最大上拱位移為3.62 mm，總體位移云圖如圖4所示。

圖4 隧道結(jié)構(gòu)總體位移云圖Fig.4 Total Displacement Nephogram of Tunnel Structure（mm）

盾構(gòu)管片最大負(fù)彎矩為112.24 kN·m，對應(yīng)的軸力為-2857.59 kN，對應(yīng)抗壓安全系數(shù)為9.14，抗彎安全系數(shù)為5.31；最大正彎矩為127.13 kN·m，對應(yīng)的軸力為-1287.39 kN，對應(yīng)抗壓安全系數(shù)為4.19，抗彎安全系數(shù)為3.35[3-4]。計算結(jié)果表明，現(xiàn)階段高鐵隧道襯砌結(jié)構(gòu)最小抗壓安全系數(shù)為4.19，最小抗彎安全系數(shù)為3.35，大于規(guī)范要求值，管片結(jié)構(gòu)安全。（彎矩圖、軸力圖略）。

⑵在攪拌樁加固設(shè)計方案下，車站運營階段，隧道拱頂圍巖下沉位移在-1.76 mm左右，拱底最大變形為-1.44 mm；結(jié)合施工期管片拱頂已經(jīng)有向上的6.11 mm的位移，拱底已經(jīng)有3.62 mm的位移值，實際上此時管片相對于車站施工前的綜合效果仍然是發(fā)生了向上的位移，向上位移量為施工期上拱的位移量與運營期下沉量的差值，即拱頂上拱4.35 mm，拱底上拱2.18 mm，運營階段總體位移云圖如圖5所示。

圖5 車站運營階段隧道襯砌結(jié)構(gòu)總體位移云圖Fig.5 Overall Displacement Nephogram of Tunnel Lining Structure in Station Operation Stage（mm）

車站運營荷載使得下方隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)力發(fā)生一定程度的變化，盾構(gòu)管片最大負(fù)彎矩為134.79 kN·m，對應(yīng)的軸力為-3084.5 kN，對應(yīng)抗壓安全系數(shù)為4.19，抗彎安全系數(shù)為3.05；最大正彎矩137.75 kN·m，對應(yīng)的軸力為-1585.59 kN，對應(yīng)抗壓安全系數(shù)為9.14，抗彎安全系數(shù)為3.05。計算結(jié)果表明，現(xiàn)階段高鐵隧道襯砌結(jié)構(gòu)最小抗壓安全系數(shù)為4.19，抗彎安全系數(shù)為3.05，大于規(guī)范要求值，管片結(jié)構(gòu)安全（彎矩圖、軸力圖略）。

⑶在廣深港隧道聯(lián)調(diào)聯(lián)試之前完成其兩側(cè)各15m范圍內(nèi)車站基坑及主體結(jié)構(gòu)底板的施工組織方案比較合理，基坑底部采用攪拌樁加固（格柵狀布置）方案能夠保證深港隧道的安全。

2 車站深基坑上跨高鐵隧道段施工技術(shù)

2.1 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)

⑴福保站地質(zhì)條件差，地層中存在淤泥質(zhì)粘土，地連墻成槽槽壁質(zhì)量難以控制，關(guān)系如圖6所示。

圖6 深港高鐵隧道在福保站段縱斷面示意圖Fig.6 Dawing of Longitudinal Section of Shenzhen-HongKong High-speed Railway Tunnel at Fubao Station

軟弱地層中連續(xù)墻成槽較困難，施工期間為避免槽壁塌孔，槽內(nèi)泥漿面必須高于地下水位1 m以上，控制好泥漿比重與粘度，增加泥漿儲備量。

采用φ600@450攪拌樁進(jìn)行槽壁加固，槽壁加固深度為整個淤泥地層，加固示意圖如圖7所示。

圖7 連續(xù)墻成槽保護(hù)攪拌樁示意圖Fig.7 Diagram of Continuous Wall Grooving Protection Mixing Pile

⑵福保站圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用800厚地下連續(xù)墻，與車站側(cè)墻形成復(fù)合墻結(jié)構(gòu)；支護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)之間外包柔性防水層形成二道防水防線。地連墻嵌入坑底深度約7～9 m；地連墻與混凝土腰梁連接采用植筋連接、與抗浮壓頂梁采用植筋連接；施工時必須鑿除保護(hù)層以便加強(qiáng)與墻的連接。

2.2 基底加固

施工前應(yīng)探明高鐵盾構(gòu)隧道的準(zhǔn)確位置，確定基坑工程與盾構(gòu)隧道的準(zhǔn)確相對位置關(guān)系，確保高鐵盾構(gòu)隧道的相關(guān)位置數(shù)據(jù)為最新測量資料數(shù)據(jù)。

在基坑開挖前需對地質(zhì)條件進(jìn)行進(jìn)一步了解，有必要時進(jìn)行補勘。采用φ850水泥攪拌樁加固，加固水平范圍為隧道兩側(cè)各5 m范圍，豎向范圍為加固至淤泥地層底部[5]，采用格柵狀布置。攪拌樁水泥土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)取值試塊90 d齡期的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為1.2 MPa。

加固范圍內(nèi)水泥攪拌樁水泥含量不得低于15%，加固范圍以上至地面處為空樁。

攪拌樁加固前應(yīng)進(jìn)行試樁試驗，結(jié)合當(dāng)?shù)厥┕そ?jīng)驗及加固后土體的開挖難易程度，確定一個合理的土體加固強(qiáng)度指標(biāo)，以便根據(jù)加固土體的強(qiáng)度確定基坑的開挖時間，保證開挖前加固土體達(dá)到強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，加固流程如圖8所示。

攪拌樁采用“二噴二攪”施工工藝，第1次噴漿量控制在60%，第2次噴漿量控制在40%；嚴(yán)格控制每桶攪拌桶的水泥用量及液面高度，用水量采取總量控制，嚴(yán)禁樁頂漏噴現(xiàn)象發(fā)生，確保樁頂水泥土的強(qiáng)度；控制下沉速度V≤1.0 m/min，提升速度V≤0.5 m/min，重復(fù)攪拌提升速度V≤0.8～1.0 m/min，注漿壓力：1.5～2.5 MPa，水灰比0.8～1.5，攪拌速度V＞30～50 r/min。

鉆頭到樁底后攪拌噴漿1～2 min、間歇后提鉆，確保底部有足夠的灰量，提鉆速度V≤0.5 m/min，確保攪拌均勻。噴漿量應(yīng)由電子顯示器和提升速度進(jìn)行控制，水泥漿用量的誤差不得大于±5%。施工時應(yīng)嚴(yán)格控制噴漿時間、停漿時間和水泥漿噴乳量，確保水泥攪拌樁質(zhì)量。發(fā)現(xiàn)噴漿量不足時，應(yīng)整樁復(fù)打，因客觀原因噴漿中斷時，復(fù)打重疊段不應(yīng)小于1.0 m。

圖8 攪拌樁加固施工工藝流程圖Fig.8 Flow Chart of Construction Technology for Mixing Pile Reinforcement

2.3 基坑支護(hù)

車站主體為地下兩層框架結(jié)構(gòu)，采用明挖法施工，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用800厚地下連續(xù)墻，與車站側(cè)墻形成復(fù)合墻結(jié)構(gòu)；在基坑開挖階段采用混凝土支撐+鋼管支撐的方式支護(hù)。

基坑橫向設(shè)置4道支撐，標(biāo)準(zhǔn)段第1道支撐采用鋼筋混凝土支撐，第1道支撐與冠梁直接連接，水平間距9 m，均設(shè)八字撐；第2道支撐采用鋼支撐φ609，t=16 mm；第3、4道支撐均采用鋼支撐φ800，t=20 mm。地連墻槽段寬度為6.0 m處不設(shè)鋼腰梁，但需保證6 m寬墻幅上有2根對稱布置的鋼支撐。其它幅寬槽段和異形槽段設(shè)置鋼腰梁。鋼支撐水平間距一般為3 m左右。盾構(gòu)井處橫向均采用混凝土支撐，第1道支撐與冠梁直接連接，并滿足鋼筋錨固長度，其余支撐處設(shè)混凝土腰梁。

2.4 基坑開挖

充分利用基坑開挖過程中的時空效應(yīng)原理，遵循“縱向分幅、豎向分層、邊支邊挖”的原則，采用臺階法分層開挖和最后部分垂直運輸相結(jié)合的方式?；娱_挖方案如下[6-7]：

2.4.1 初期開挖

為加快土方開挖速度和解決臨時屯土場地安排，前期開挖時采取縱向順次開挖，每層開挖至鋼管支撐下0.5 m深度，施作鋼管支撐施工完畢并預(yù)加應(yīng)力后，下面土層開挖和支護(hù)交替進(jìn)行，最后一層包括人工清底開挖至基底[8]。

2.4.2 最后部分開挖運輸

主體基坑最末端無法滿足臺階法開挖所需空間后，采用逐步減少挖掘機(jī)數(shù)量，基坑上部用液壓抓斗機(jī)垂直出土，部分土方用挖掘機(jī)倒運，土方出基坑后用自卸汽車運至臨時屯土場，集中后運至指定地點；全部基坑開挖完畢用汽車式起重機(jī)將挖掘機(jī)吊出基坑。

2.5 主體結(jié)構(gòu)施工

具體施工時應(yīng)選擇一個節(jié)段作為試驗段，如試驗段施工時高鐵隧道變形量超過變形控制值，應(yīng)及時進(jìn)行方案修改，調(diào)整基坑施工方案；如試驗段施工時高鐵隧道變形量控制的較好，方可進(jìn)行其他節(jié)段施工。

2.6 基坑降水

本車站基坑降水以管井降水為主，排水溝明排水為輔。在基坑內(nèi)共設(shè)置44口降水井，按南北兩排分布進(jìn)行基坑內(nèi)降水，井點間距約25 m。

施工中需邊開挖，邊降水。開挖至基底時，必須保證地下水位降至基坑底面以下1 m。降水過程應(yīng)伴隨主體結(jié)構(gòu)施工過程的始終，待頂板覆土后封閉降水井點管，灌注微膨脹混凝土，并加焊鋼板封閉。

管井井孔直徑為0.7 m，深至基坑底以下5 m，井管直徑為0.4 m，濾水層厚度為0.15 m，降水井大樣圖如圖9所示。

圖9 降水井大樣圖Fig.9 Sample Drawings of Precipitation Wells

管井采用沖擊反循環(huán)鉆機(jī)成孔，下管前注入清水置換全井孔內(nèi)泥漿，砂石泵抽出沉碴并測定孔深。井管分段制作，汽車吊吊放，各段孔口連接。井管濾料采用粒徑3～15 mm的碎石，沿井管外四周均勻填入。濾料回填完成后采用深井泵抽水洗井，直至抽出的井水清潔無污濁。采用潛水泵抽水，開槽前的超前抽水時間不宜少于1個月。

2.7 監(jiān)控量測

本工程針對廣深港客運專線高鐵區(qū)間隧道進(jìn)行專項的洞內(nèi)監(jiān)測及車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)基坑監(jiān)測設(shè)計方案。

2.7.1 監(jiān)測項目1：廣深港客運專線高鐵區(qū)間隧道洞內(nèi)監(jiān)測

⑴監(jiān)測點布置

需監(jiān)測福保站及站外各長50 m的高鐵隧道，即監(jiān)測長度為沿廣深港線路方向長120 m的雙線隧道[9]。

監(jiān)測斷面間距：沿隧道縱向按10 m間距布設(shè)一個監(jiān)測斷面。

⑵監(jiān)測周期及頻率如表1所示。

表1 監(jiān)測周期及頻率表Tab.1 Monitoring Period and Frequency Table

⑶監(jiān)測變形控制值與警戒值如表2所示。

表2 監(jiān)測變形控制值與警戒值表Tab.2 Monitoring Deformation Control Value and Warning Value Table

2.7.2 監(jiān)測項目2：車站主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)基坑監(jiān)測

本車站基坑規(guī)模、開挖深度較大，開挖深度內(nèi)基坑外側(cè)管線較多，且上跨廣深港客運專線高鐵區(qū)間隧道，施工過程中的監(jiān)控量測尤顯重要，通過現(xiàn)場測量掌握圍護(hù)結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)，以確保施工及廣深港客運專線高鐵區(qū)間隧道安全。

⑴監(jiān)測布點

支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移、沉降及測斜孔：縱向每15 m布置一個測點。

⑵監(jiān)測報警

基坑周邊沉降、位移主要來自于基坑開挖、支護(hù)施工對天然地質(zhì)條件的人為改變。本基坑工程報警值（與廣深港隧道相關(guān)監(jiān)測）如表3所示。

表3 支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測報警值Tab.3 Monitoring Alarm Value of Support Structure

3 應(yīng)用效果分析

3.1 車站支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

通過對福保站監(jiān)測數(shù)據(jù)分析（?～?軸），基坑側(cè)向變形監(jiān)測變化量14.05 mm，未超出預(yù)警值24 mm；冠梁沉降-0.7 mm，未超出警戒值20 mm；墻頂水平位移累計變化量0.6 mm，未超出警戒值20 mm；支撐軸力累計變化量6 063.7 kN，未超出報警值9 000 kN，監(jiān)測數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 福保站監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計表Tab.4 Statistical Table of Monitoring Data of Fubao Station

3.2 廣深港高鐵隧道洞內(nèi)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

3.2.1 廣深港高鐵隧道監(jiān)測點布設(shè)

⑴監(jiān)測斷面測點布設(shè)：每個斷面設(shè)4個測點，其中1個沉降測點，2個水平收斂測點，1個軌面沉降測點。因車站施工期間高鐵隧道已完成鋪軌，拱底隆起測點不再布測點，監(jiān)測點布設(shè)示意圖如圖10所示[10]。

圖10 監(jiān)測點布設(shè)示意圖Fig.10 Schematic Map for Layout of Monitoring Points

⑵監(jiān)測點布設(shè)范圍

監(jiān)測長度沿廣深港線路方向長120 m的雙線隧道（即福保站及站外各長50 m的高鐵隧道）；沿隧道縱向按10 m間距布設(shè)一個監(jiān)測斷面。

3.2.2 車站基坑土方開挖見底期間的隧道監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

通過對廣深港高鐵隧道洞內(nèi)監(jiān)測的數(shù)據(jù)分析，車站上跨段的隧道軌道沉降、拱頂沉降、水平收斂數(shù)據(jù)正常，變化趨勢平穩(wěn)，未出現(xiàn)異常情況。

⑴通過對22個拱頂沉降監(jiān)測點的累計沉降曲線分析：基坑土方開挖見底期間拱頂沉降累計變化范圍為-1.0～0.8 mm，未超出3 mm的預(yù)警值。

⑵通過對44個軌道沉降監(jiān)測點的累計沉降曲線分析：基坑土方開挖見底期間軌道沉降累計變化范圍為-1.0～0.9 mm，未超出3 mm的預(yù)警值。

⑶通過對22個水平收斂監(jiān)測點的累計沉降曲線分析：基坑土方開挖見底期間水平收斂累計變化范圍為-1.0～0.8 mm，未超出3 mm的預(yù)警值。

3.2.3 車站結(jié)構(gòu)施工完成后的隧道監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

通過對隧道監(jiān)測數(shù)據(jù)分析（?～?軸結(jié)構(gòu)施工完成后），軌道沉降累計變化最大-1.8 mm，水平收斂累計變化最大-1.0 mm，均未超出3 mm的預(yù)警值。拱頂測點因隧道接觸網(wǎng)施工破壞，無監(jiān)測數(shù)據(jù)，監(jiān)測變化如圖11、表5所示。

圖11 監(jiān)測變化圖Fig.11 Monitoring Change Map

表5 福保站監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計表Tab.5 Statistical Table of Monitoring Data of Fubao Station

事實證明，車站上跨廣深港高鐵區(qū)間隧道的加固設(shè)計與施工技術(shù)切實可靠，降低了車站施工對廣深港隧道的影響，保證了廣深港高鐵的運營安全，具有很好的應(yīng)用推廣價值。