張 杰，韓春雷

（華設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210014）

隨著城市管網(wǎng)綜合整治的不斷加強(qiáng)，市政管廊與軌道交通工程交叉、臨近的情況越來(lái)越多，其中包含市政管廊上穿既有地下軌道交通區(qū)間隧道[1-2]。眾所周知，因軌道交通工程對(duì)沉降變形要求較高，變形過(guò)大可能對(duì)隧道結(jié)構(gòu)和行車安全帶來(lái)隱患，所以對(duì)建設(shè)工程提出了更高要求[1，3-4]。如何正確評(píng)價(jià)和確定基坑開挖對(duì)地鐵隧道的影響是關(guān)鍵問(wèn)題，直接關(guān)系到正確選擇基坑施作方式[5-8]。本文結(jié)合南京運(yùn)營(yíng)的地鐵區(qū)間隧道正上方的市政排水箱涵基坑工程，研究地鐵區(qū)間隧道頂部進(jìn)行大面積土方開挖和回填作業(yè)時(shí)，進(jìn)行不同施工時(shí)序工況對(duì)比分析，得出最有利情況的施工時(shí)序，將對(duì)盾構(gòu)隧道沉降變形影響降到最低。

1 工程概況

市政排水箱涵基坑工程與地鐵3 號(hào)線盾構(gòu)區(qū)間平面交叉，該段隧道采用外徑6.2 m、內(nèi)徑5.5 m、壁厚0.35 m、環(huán)寬1.2 m 盾構(gòu)管片，交叉位置地鐵區(qū)間埋深、排水箱涵基坑寬度、基坑深度分別約19.0 m，9.2 m，10.9 m。通過(guò)比選研究，本次基坑采用SMW 工法樁+鋼支撐體系，并對(duì)坑底采用三軸攪拌樁土體加固。工法樁樁底、加固體底距離盾構(gòu)區(qū)間頂部?jī)艟喾謩e約為3.7 m，4.0 m。地鐵隧道和箱涵的平面、剖面位置關(guān)系如圖1～圖2 所示。

根據(jù)地質(zhì)勘察資料，市政排水箱涵與地鐵隧道交叉段地層由上至下依次為填土1-1 層、粉質(zhì)粘土2-1 層、淤泥質(zhì)粘土2-2 層、粉質(zhì)粘土2-3 層，其中排水箱涵、地鐵隧道分別位于2-2 淤泥質(zhì)粘土層、2-3 粉質(zhì)粘土層，各土層的物理力學(xué)參數(shù)見表1。

圖1 箱涵與地鐵區(qū)間平面關(guān)系圖

圖2 箱涵與地鐵區(qū)間剖面圖

表1 土體物理力學(xué)參數(shù)

2 MADIS 數(shù)值影響分析

2.1 計(jì)算模型和計(jì)算參數(shù)

利用MIDAS-GTS 軟件建立數(shù)值模型，對(duì)排水箱涵施工全過(guò)程進(jìn)行模擬，分析新建箱涵對(duì)地鐵盾構(gòu)區(qū)間變形的影響，模型見圖3。

圖3 箱涵及地鐵區(qū)間幾何模型

模型單元中土體為實(shí)體單元，選用摩爾-庫(kù)倫模型，工法樁、鋼支撐以梁?jiǎn)卧M，地鐵隧道用板單元模擬。支撐、工法樁（等效墻）單元計(jì)算參數(shù)見表2～表3。

2.2 施工時(shí)序?qū)λ淼雷冃蔚挠绊?/h3>

為減小排水箱涵基坑開挖對(duì)下臥地鐵隧道的影響，基坑按A 區(qū)、B 區(qū)、C 區(qū)3 個(gè)分區(qū)先后施工，但 如何合理確定分區(qū)開挖順序是控制變形的關(guān)鍵。為研究施工時(shí)序，本文對(duì)以下工況分別進(jìn)行對(duì)比分析，具體工況見表4。

表2 地下連續(xù)墻特性

表3 材料特性

表4 施工工序

圖4～圖15 分別為不同施工時(shí)序下，排水管涵施工對(duì)地鐵隧道產(chǎn)生的豎向及水平變形云圖。從圖4，圖5 可知，A 區(qū)、B 區(qū)、C 區(qū)同步施工影響最大，隧道垂直、水平位移最大分別為8.7 mm 和3.2 mm，說(shuō)明基坑規(guī)模對(duì)土體變形有較大的影響。

從圖12～圖15 可知，當(dāng)優(yōu)先施工隧道上方B 區(qū)時(shí)，相對(duì)于其他分區(qū)施工時(shí)序，對(duì)下臥隧道變形影響最大，隧道垂直、水平位移最大分別為8.3 mm 和2.9 mm，說(shuō)明優(yōu)先開挖隧道上方基坑不利于對(duì)地鐵隧道變形控制。

從圖6～圖11 可知，主要是分析隧道兩側(cè)A 區(qū)、C 區(qū)優(yōu)先的順序，從變形結(jié)果來(lái)看，優(yōu)先開挖與隧道夾角較小的A 區(qū)對(duì)隧道沉降變形更易控制，但水平位移略大于A 區(qū)、C 區(qū)同時(shí)開挖情形，主要因?yàn)锳區(qū)、C 區(qū)同時(shí)開挖可減緩下臥隧道向一側(cè)偏移趨勢(shì)。但總體從分析結(jié)果來(lái)看，先開挖A 區(qū)、再開挖C 區(qū)、最后開挖B 區(qū)的方案對(duì)地鐵隧道變形控制最有利，各施工時(shí)序地鐵隧道最大豎向、水平變形具體數(shù)值見表5。

2.3 地基加固對(duì)隧道變形的影響

從上述分析，排水箱涵施工時(shí)序確定為先開挖A 區(qū)、再開挖C 區(qū)、最后開挖B 區(qū)方案，充分利用時(shí)空效應(yīng)。在此時(shí)序基礎(chǔ)上探討坑底土體加固對(duì)下臥地鐵隧道變形控制的作用。

圖4 A 區(qū)、B 區(qū)、C 區(qū)同時(shí)施工隧道垂直變形云圖

圖5 A 區(qū)、B 區(qū)、C 區(qū)同時(shí)施工隧道水平變形云圖

圖6 先A 區(qū)、C 區(qū)、后B 區(qū)施工隧道垂直變形云圖

圖7 先A 區(qū)、C 區(qū)、后B 區(qū)施工隧道水平變形云圖

圖8 先A 區(qū)、中C 區(qū)、后B 區(qū)施工隧道垂直變形云圖

圖9 先A 區(qū)、中C 區(qū)、后B 區(qū)施工隧道水平變形云圖

圖10 先C 區(qū)、中A 區(qū)、后B 區(qū)施工隧道垂直變形云圖

圖11 先C 區(qū)、中A 區(qū)、后B 區(qū)施工隧道水平變形云圖

圖12 先B 區(qū)、中A 區(qū)、后C 區(qū)施工隧道垂直變形云圖

圖13 先B 區(qū)、中A 區(qū)、后C 區(qū)施工隧道水平變形云圖

圖14 先B 區(qū)、后A 區(qū)、C 區(qū)施工隧道垂直變形云圖

圖15 先B 區(qū)、后A 區(qū)、C 區(qū)施工隧道水平變形云圖

圖16～圖17 分別為B 區(qū)非加固情況下，排水箱涵施工對(duì)地鐵隧道產(chǎn)生的豎向及水平變形云圖。從圖16～圖17 可知，B 區(qū)非加固情況下，隧道垂直、水平位移最大分別為9.9 mm 和2.9 mm；相比B 區(qū)加固情況下（如圖8～圖9 所示），隧道垂直、水平位移最大分別為6.8 mm 和2.9 mm。加固對(duì)隧道水平變形基本沒(méi)有影響，主要是大大降低了隧道豎向變形。這主要是由于地基加固能有效約束開挖區(qū)塊底部土體的回彈隆起及變形釋放，從而降低下臥隧道豎向變形，因此，隧道上方開挖采取基底加固對(duì)控制隧道變形有著重要作用。B 區(qū)地基加固與否對(duì)應(yīng)的地鐵隧道最大豎向、水平變形具體數(shù)值見表6。

表5 不同施工工序下隧道變形mm

圖16 B 區(qū)未加固隧道垂直變形云圖

圖17 B 區(qū)未加固隧道水平變形云圖

表6 地基加固與非加固下隧道變形mm

3 隧道變形監(jiān)測(cè)

項(xiàng)目的開挖順序采用先A 區(qū)、然后C 區(qū)、最后B 區(qū)的方案實(shí)施，期間采用人工結(jié)合自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的方法對(duì)項(xiàng)目段隧道沉降、水平直徑收斂、靜態(tài)幾何變形等進(jìn)行了長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)范圍為項(xiàng)目正投影段地鐵上、下行線隧道及兩端各外擴(kuò)20 m。

根據(jù)《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)程》[9]，結(jié)合地鐵結(jié)構(gòu)初始狀態(tài)，本項(xiàng)目實(shí)施期間地鐵隧道變形主要控制標(biāo)準(zhǔn)和監(jiān)測(cè)結(jié)果見表7，圖18～圖19 為現(xiàn)場(chǎng)箱涵施工情況，實(shí)際施工過(guò)程對(duì)下臥地鐵隧道產(chǎn)生的影響可以滿足變形要求，且與數(shù)值模擬分析值（6.8 mm，2.9 mm）較好吻合，說(shuō)明上述模擬分析能較真實(shí)反映工程實(shí)際情況。

圖18 箱涵開挖現(xiàn)場(chǎng)

圖19 箱涵完成后土方回填現(xiàn)場(chǎng)

表7 監(jiān)測(cè)控制標(biāo)準(zhǔn)mm

4 結(jié)論與建議

1）上穿既有軌道交通工程，在有條件情況下，應(yīng)盡量增多分區(qū)，減小每次開挖規(guī)模和基坑空間效應(yīng)。

2）上穿既有軌道交通工程，應(yīng)避免首先施工隧道正上方基坑，應(yīng)優(yōu)先開挖與隧道夾角較小的分區(qū)，繼而開挖夾角較大分區(qū)，最后開挖隧道正上方基坑，此種施工時(shí)序?qū)λ淼莱两底冃胃卓刂啤?/p>

3）地基加固能有效約束開挖區(qū)塊底部土體的回彈隆起及變形釋放，對(duì)于位于隧道正上方基坑，是抑制下臥隧道豎向變形的有效措施。