陳杰華

（廣東華隧建設(shè)集團(tuán)股份有限公司 廣州510800）

0 引言

我國(guó)作為建筑大國(guó)，在技術(shù)、數(shù)量、規(guī)模等方面均處于世界前列，而近幾十年以來我國(guó)建筑越見繁榮，在形式上更是多種多樣［1］。在房屋建筑領(lǐng)域，城市快速發(fā)展，樓房越來越多，樓層越建越高，而隨之地基也是越打越深；在交通建設(shè)領(lǐng)域，道路、橋梁、地鐵、高鐵、火車等現(xiàn)在已經(jīng)非常發(fā)達(dá)，在數(shù)量上我國(guó)處在世界前列。但現(xiàn)有的繁榮并非建筑領(lǐng)域的終點(diǎn)，我國(guó)還將大力發(fā)展建筑，新建建筑的同時(shí)必然要考慮已有建筑的保護(hù)，保護(hù)已有建筑的同時(shí)繼續(xù)大力發(fā)展建筑是必然的選擇［2］。

在很多時(shí)候，由于諸多考慮，設(shè)計(jì)階段無法避免地出現(xiàn)新建建筑與已有建筑出現(xiàn)交叉且間距較小的情況，例如上跨地鐵明挖建設(shè)行車隧道、頂管下穿高速公路、盾構(gòu)下穿飛機(jī)場(chǎng)等［3］。

近年來，眾多學(xué)者對(duì)地鐵上方基坑施工引起的隧道上浮及控制措施，進(jìn)行了大量的研究和應(yīng)用［4、5］。對(duì)于基坑直接開挖對(duì)既有隧道的上浮問題，常見的處理方法有地層加固、分段跳槽開挖和設(shè)置抗拔樁等［6］。張?zhí)系热耍?-9］提出了上跨既有運(yùn)營(yíng)隧道的基坑“彈鋼琴式”開挖方法。吳劍秋等人［10］通過三維有限元分析，驗(yàn)證了利用轉(zhuǎn)換板結(jié)構(gòu)保護(hù)地鐵設(shè)置的可行性。

本文在結(jié)合前人研究的基礎(chǔ)上，以長(zhǎng)沙湘府路（湘江大道-瀏陽河西岸）快速化改造工程為背景，研究如何解決直接開挖基坑將會(huì)引起隧道上浮的問題，提出采取上跨隧道使用沉降可控的MJS 垂直樁加固方式后，跳糟分段開挖基坑，在施工完后進(jìn)行沉隆數(shù)據(jù)的總結(jié)分析，滿足設(shè)計(jì)要求范圍，說明MJS 垂直樁加固方式能有效減少基坑卸載引起的隧道上浮，為今后類似工程提供借鑒。

1 工程背景

長(zhǎng)沙湘府路（湘江大道-瀏陽河西岸）快速化改造工程在書香路西側(cè)～劉家沖北路東側(cè)段采用隧道方式敷設(shè)，隧道全長(zhǎng)約2 150 m，雙向六車道，隧道寬約29.2 m，采用明挖順筑法施工。該快速化改造工程在芙蓉南路口上跨長(zhǎng)沙市軌道交通1 號(hào)線友誼路站-省政府站區(qū)間隧道為A53節(jié)段。施工平面示意圖如圖1所示。

長(zhǎng)沙地鐵1 號(hào)線目前已經(jīng)投入運(yùn)營(yíng)，湘府路隧道A53 節(jié)段基坑若直接開挖將會(huì)引起1 號(hào)線友誼路站-省政府站區(qū)間此段盾構(gòu)隧道的上浮以及管片的附加應(yīng)力，影響運(yùn)營(yíng)安全。因此在湘府路隧道A53 節(jié)段開挖前需對(duì)1 號(hào)線友誼區(qū)間此段隧道進(jìn)行加固處理，同時(shí)考慮到本段地質(zhì)條件較差，圓礫與砂卵石層較厚，加固效果有限，僅憑加固難以實(shí)現(xiàn)保護(hù)的目的，在1號(hào)線隧道兩側(cè)施做三排抗拔樁，在湘府路隧道A53 節(jié)段開挖時(shí)，采用跳糟分段開挖，將同一排抗拔樁采用板連成整體，形成板凳樁，板凳樁的剛度較大，從而可以抵抗開挖土體產(chǎn)生的回彈，以確保地鐵1 號(hào)線的安全運(yùn)營(yíng)。

圖1 施工平面示意圖Fig.1 Construction Plan

2 工程概況

2.1 加固概況

MJS垂直樁加固，加固體豎向范圍為拱頂以上4 m，兩側(cè)加固至盾構(gòu)隧道底，東西向兩側(cè)加固范圍為隧道兩側(cè)3.7 m。加固體距既有地鐵隧道保持1.5 m（水平）及1 m（豎向）的安全距離。MJS垂直樁咬合不小于0.4 m，加固的有效直徑為2.0 m。本工程MJS 垂直樁共有336 根，包括A、B、C 共3 種樁型，A 型樁89 根（樁長(zhǎng)14.85 m，其中空樁4.85 m，全圓實(shí)樁10 m，編號(hào)A1～A89）、B型樁71根（樁長(zhǎng)14.85 m，其中空樁4.85 m，全圓實(shí)樁3 m，半圓實(shí)樁7 m，編號(hào)B1～B71）、C 型樁176 根（樁長(zhǎng)7.85 m，其中空樁4.85 m，全圓實(shí)樁3 m，編號(hào)C1～C176）。在施工過程中先施工B 型樁體，再施工A 型樁體，最后施工C 型樁體。MJS 加固平面布置如圖2a 所示，剖面（垂直地鐵方向）如圖2b所示。

2.2 施工監(jiān)測(cè)

MJS 加固階段風(fēng)險(xiǎn)源主要為1 號(hào)線運(yùn)營(yíng)隧道，業(yè)主方委托第三方自動(dòng)化監(jiān)測(cè)單位對(duì)隧道進(jìn)行過程監(jiān)測(cè)。1號(hào)線區(qū)間隧道檢測(cè)控制指標(biāo)參考如表1所示。

監(jiān)測(cè)點(diǎn)覆蓋范圍55 m，即加固范圍外擴(kuò)約10 m范圍。監(jiān)測(cè)范圍共分為11個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，每個(gè)斷面間隔5 m各設(shè)7 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。隧道監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置如圖3a所示，剖面布置如圖3b所示。

3 加固方案確定

原加固方案采用地面注漿加固：①注漿加固體豎向范圍為拱頂以上3 m，兩側(cè)加固范圍為兩側(cè)各3 m。②注漿加固體距既有隧道保持水平方向1.5 m 及豎向0.8 m 的安全距離，避免加固時(shí)損傷現(xiàn)有管片結(jié)構(gòu)。③在地鐵開通運(yùn)營(yíng)前在隧道洞內(nèi)適當(dāng)采取壓重及支撐措施。

圖2 MJS加固平面及剖面布置Fig.2 MJS Reinforcement Plan and Section Layou

表1 1號(hào)線區(qū)間隧道檢測(cè)控制指標(biāo)參考Tab.1 Reference of Detection and Control Indexes of Tunnel in Line 1

圖3 隧道監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置Fig.3 Layout of Tunnel Monitoring Points

后加固邊界條件發(fā)生重大變化：①地鐵1 號(hào)線凈距由原要求不小于3 m，調(diào)至局部2 m，平均2.5 m；②地鐵隧道已于2016 年6 月底開通運(yùn)營(yíng)，安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)高，在地鐵運(yùn)營(yíng)前完成加固未實(shí)施。由于地鐵1 號(hào)線盾構(gòu)隧道已經(jīng)投入運(yùn)營(yíng)，確保運(yùn)營(yíng)地鐵安全至關(guān)重要，若按原加固方案實(shí)施，工程存在重大風(fēng)險(xiǎn)。加固方案比選如表2所示。

采用MJS 工法存在以下優(yōu)勢(shì)，且能確保地鐵隧道運(yùn)營(yíng)及結(jié)構(gòu)安全：

⑴加固施工過程中采用置換的方式進(jìn)行加固，相比旋噴可降低施工過程中對(duì)地鐵的影響，同時(shí)通過定性、擺噴等方式可確保隧道周邊不產(chǎn)生較大附加應(yīng)力。

⑵MJS 工法對(duì)圓礫、卵石地層適應(yīng)性強(qiáng)，能滿足大樁徑、施工質(zhì)量高、加固強(qiáng)度高的要求。根據(jù)長(zhǎng)沙地鐵4 號(hào)線下穿2 號(hào)線的成功經(jīng)驗(yàn)，加固體取芯強(qiáng)度可達(dá)到3～6 MPa，且取芯連續(xù)，可滿足加固設(shè)計(jì)要求。

⑶MJS 施工精度高、施工質(zhì)量可控，可確保地層加固完整、連續(xù)，確保地鐵1號(hào)線運(yùn)營(yíng)隧道安全。

通過方案比選最終選取了MJS垂直加固的方式。

表2 加固方案比選表Tab.2 Comparison of Reinforcement Schemes

4 加固效果

4.1 隧道變化

在MJS 施工區(qū)域及鄰近的隧道段設(shè)有11 個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，其中監(jiān)測(cè)斷面3～9為MJS加固范圍。

4.1.1 高程變化

MJS加固完成后，加固范圍上行線隧道沉降：-0.93～0.83 mm；加固范圍下行線隧道沉降：-0.65～0.99 mm。MJS施工期間隧道上、下行線沉降情況如圖4所示。

圖4 MJS施工期間隧道上、下行線沉降情況Fig.4 Settlement of up and down Lines of Tunnel during MJS Construction

4.1.2 道床沉降差

MJS 加固完成后，加固范圍上行線隧道道床沉降差：-0.26～1.81 mm；加固范圍下行線隧道道床沉降差：-1.59～0.26 mm。MJS 加固期間隧道上、下行線道床沉降差如圖5所示。

圖5 MJS加固期間隧道上、下行線道床沉降差Fig.5 Settlement Difference of Track Bed of up and down Line of Tunnel during MJS Reinforcement

4.2 樁體質(zhì)量

MJS 垂直樁完成后應(yīng)采用取芯等手段檢測(cè)加固效果，抽芯檢測(cè)沿東西方向按地鐵1號(hào)線隧道西側(cè)、中部、東側(cè)每個(gè)橫斷面檢測(cè)3 根，每5 m 一個(gè)斷面，且不小于6 個(gè)斷面。共取18 個(gè)位置進(jìn)行抽芯檢測(cè)抗壓強(qiáng)度，結(jié)果均≥1MPa（設(shè)計(jì)要求），取5個(gè)位置進(jìn)行壓水試驗(yàn)檢測(cè)滲透系數(shù)，結(jié)果≤5×10-5 cm∕s（設(shè)計(jì)要求），同時(shí)開挖過程中挖出大量的加固土體。

5 結(jié)語

本文以長(zhǎng)沙湘府路（湘江大道-瀏陽河西岸）快速化改造項(xiàng)目為依托，提出采取上跨軌道交通1 號(hào)線隧道使用沉降可控的MJS 垂直樁加固，跳糟分段開挖基坑的方式。探討了MJS 垂直樁加固隧道的變形情況及樁體檢測(cè)情況，解決直接開挖湘府路隧道A53 節(jié)段基坑將會(huì)引起1 號(hào)線友誼路站～省政府站區(qū)間隧道上浮以及管片附加應(yīng)力影響運(yùn)營(yíng)安全的問題，得到結(jié)論如下：

⑴在上跨地鐵隧道基坑開挖，會(huì)引起隧道的上浮，在基坑開挖前應(yīng)做好加固等保護(hù)措施。

⑵提出一種沉降可控的MJS 垂直樁加固+板凳樁的施工方式。該加固方式在距離既有運(yùn)營(yíng)隧道很近的情況下，不影響隧道進(jìn)行可靠的地層加固，結(jié)合板凳樁和跳糟分段開挖基坑，避免地鐵隧道上浮。

⑶由MJS 垂直樁加固完成后的主要隧道檢測(cè)值分析可知：加固范圍上行線隧道沉降：-0.93～0.83 mm（控制值＜20 mm），加固范圍下行線隧道沉降：-0.65～0.99 mm（控制值＜20 mm）；加固范圍上行線隧道道床沉降差：-0.26～1.81 mm（控制值＜4 mm），加固范圍下行線隧道道床沉降差：-1.59～0.26 mm（控制值＜4 mm）主要隧道檢測(cè)值均滿足設(shè)計(jì)要求，施工期間不影響既有線路的運(yùn)營(yíng)，證明MJS 垂直樁加固+板凳樁的施工方式對(duì)地鐵隧道的抗浮是有效的，以上分析結(jié)果對(duì)今后的類似工程具有一定的參考價(jià)值。