武天宇，嚴(yán)若明

（中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300308）

1 引言

地下結(jié)構(gòu)加層問(wèn)題作為地下空間規(guī)劃的主要內(nèi)容，已成為當(dāng)前軌道交通工程進(jìn)一步發(fā)展的重要課題。根據(jù)國(guó)外研究情況來(lái)看，因?yàn)榈刭|(zhì)條件、施工工藝等因素的限制，有關(guān)地下結(jié)構(gòu)加層施工都需要占用路面，重新開(kāi)挖進(jìn)行施工?；诖耍瑸榱私鉀Q傳統(tǒng)地下結(jié)構(gòu)加層時(shí)占用地面空間的問(wèn)題，研究如何在現(xiàn)有基礎(chǔ)上探究一種新型的地下空間加層技術(shù)至關(guān)重要。本文主要探討了軌道交通工程中既有地下空間暗挖加層關(guān)鍵技術(shù)。

2 既有地下空間暗挖加層技術(shù)的相關(guān)概述

既有地下空間暗挖加層施工直接在地下土體內(nèi)部開(kāi)挖，不涉及地面開(kāi)挖工作。本項(xiàng)目所在區(qū)域水文地質(zhì)條件影響較大，并且存在工作環(huán)境不佳、施工面較窄[1]，但該工程同樣具有不影響周邊市民活動(dòng)、交通工程以及城市運(yùn)行的特點(diǎn)，目前在軌道交通工程中應(yīng)用較多。有關(guān)施工單位需要注意的是，在應(yīng)用該技術(shù)前需要對(duì)項(xiàng)目地下施工區(qū)域的周?chē)橘|(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)合工程實(shí)況合理引進(jìn)施工手段，也可以在傳統(tǒng)施工技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新，促使地下空間暗挖加層工作順利開(kāi)展。

3 工程項(xiàng)目

某軌道交通工程為換乘樞紐，位于該城市重要的商業(yè)中心，對(duì)于城市發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。為滿足軌道交通工程的發(fā)展，現(xiàn)需在地下1層（商場(chǎng)）、地下2層（地鐵設(shè)備用房）的基礎(chǔ)上向下加層，形成新的地下3層，包含換乘大廳、南區(qū)地下空間層。結(jié)合項(xiàng)目需求，向下加層深度為6.8 m，新結(jié)構(gòu)底板埋深為12.5 m。該軌道交通地下結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 軌道交通地下結(jié)構(gòu)圖

4 工程地質(zhì)

該軌道交通項(xiàng)目所在區(qū)域?yàn)榈湫偷能浲恋鼗?，土層從上到下分別為雜填土、粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)黏土、砂質(zhì)粉土、粉砂。地基土物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 軌道交通工程地基土物理力學(xué)指標(biāo)

5 既有地下空間暗挖加層關(guān)鍵技術(shù)

5.1 共板共墻共柱理論

通常情況下，開(kāi)展地下空間暗挖加層施工需要解決既有結(jié)構(gòu)的托換、改造以及周邊環(huán)境保護(hù)、協(xié)調(diào)問(wèn)題。想要充分利用既有結(jié)構(gòu)資源，需要在施工規(guī)劃階段合理應(yīng)用共板共墻共柱理論，充分應(yīng)用既有結(jié)構(gòu)頂板與結(jié)構(gòu)立柱、結(jié)構(gòu)外墻等，與暗挖施工蓋板、托換加層臨時(shí)支柱與新設(shè)支護(hù)共用[2]。

5.2 低凈空下的支護(hù)樁技術(shù)

在本工程案例中，由于支護(hù)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度不能滿足加層開(kāi)挖工作的實(shí)際需求，為了不占用地表面積，新增支護(hù)結(jié)構(gòu)需要在既有地下空間內(nèi)進(jìn)行施工，由于既有空間層高的限制，施工單位要保障施工效率，需要選擇合適的支護(hù)樁技術(shù)。根據(jù)以往的支護(hù)施工情況，常見(jiàn)的鉆孔樁支護(hù)、SMW工法等都無(wú)法滿足施工需求。基于此，施工單位結(jié)合項(xiàng)目施工實(shí)況，通過(guò)插入H型鋼旋噴加固的復(fù)合支護(hù)工藝進(jìn)行處理，這一工法即IBG工法。施工單位首先需要分節(jié)壓入H型鋼，隨后在各型鋼間設(shè)置噴漿孔，開(kāi)展旋噴加固工作，形成擋土止水的支護(hù)體。這一工法的有效應(yīng)用能夠有效解決因漿液凝固導(dǎo)致無(wú)法插入型鋼的問(wèn)題，此外，該支護(hù)樁技術(shù)還具有平整度良好、垂直度優(yōu)良、水泥土均勻性良好的特點(diǎn)[3]。

需要注意的是，應(yīng)用該支護(hù)樁技術(shù)時(shí)，需要充分考慮旋噴樁直徑，明確噴射過(guò)程中型鋼遮擋帶來(lái)的影響。IBG工法中的支護(hù)樁的剛度EI可以通過(guò)式（1）計(jì)算：

式中，E為支護(hù)樁的彈性模量，MPa；I為支護(hù)樁的慣性矩，m；Es為支護(hù)樁型鋼彈性模量，MPa；Is為支護(hù)樁型鋼，m；α為水泥土剛度，通常取0.2。

5.3 既有結(jié)構(gòu)托換技術(shù)

在既有結(jié)構(gòu)底部暗挖加層施工過(guò)程中，施工單位需要重視施工過(guò)程中的卸載、加載過(guò)程對(duì)既有結(jié)構(gòu)以及周邊環(huán)境帶來(lái)的影響。在托換加層過(guò)程中，施工人員要始終保障既有結(jié)構(gòu)頂板體系不變，條件允許的情況下可以采用碳纖維進(jìn)行加固，結(jié)合既有結(jié)構(gòu)配筋以及頂板剛度對(duì)相關(guān)樁基沉降控制要求進(jìn)行明確。在本工程項(xiàng)目中，樁基沉降單柱不得大于10 mm。

若既有結(jié)構(gòu)頂部載荷不大，或?yàn)閱谓ㄊ降叵陆Y(jié)構(gòu)，施工單位可以選擇被動(dòng)托換技術(shù)，對(duì)既有支柱進(jìn)行處理，每根既有支柱應(yīng)用2～3根托換樁，并在周邊設(shè)置鋼筋混凝土承臺(tái)。在托換既有支柱時(shí)可以采用靜壓鋼管樁，分節(jié)施工完成托換工作。在此過(guò)程中可以應(yīng)用對(duì)稱跳樁施工工藝，以減少樁體對(duì)周邊環(huán)境帶來(lái)的影響。此外，還需嚴(yán)格把控靜壓鋼管樁的送樁壓力，確保壓力低于鋼管樁樁身承載力的0.9倍。此外，鋼管樁承載力的特征值還需要考慮土塞效應(yīng)，鋼管樁承載力估算公式為：

式中，Q為鋼管樁承載力，kPa；u為鋼管樁周長(zhǎng)，m；qsik為單樁第i層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值，N；qpk為單樁極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值，N；li為第i層土厚度，m；Ap為鋼管樁端面積，m2。

既有結(jié)構(gòu)托換技術(shù)應(yīng)用施工主要程序?yàn)椋菏┕^(qū)域清理，地下結(jié)構(gòu)局部處理→制作圍護(hù)→托換樁施工→在既有結(jié)構(gòu)底部開(kāi)洞→對(duì)土地逐片旋噴加固→向下放坡開(kāi)挖制作底板→制作拋撐以及側(cè)墻→原位恢復(fù)柱網(wǎng)與樓板，完成加層工作[4]。

5.4 軟土條件下加層基坑的微擾動(dòng)開(kāi)挖加固技術(shù)

根據(jù)該軌道交通工程項(xiàng)目所處區(qū)域地質(zhì)情況來(lái)看，軟土地基處理是既有結(jié)構(gòu)地下空間暗挖加層需要重視的問(wèn)題之一。若下挖區(qū)域與建筑物或運(yùn)營(yíng)線路距離過(guò)近，基坑中則需要存在大方量地基，以此保障基坑施工安全。此外，加固設(shè)備也要滿足凈空施工，對(duì)周邊環(huán)境不能造成影響。根據(jù)以往軟土條件下地下結(jié)構(gòu)加層施工情況來(lái)看，若采用傳統(tǒng)旋噴施工技術(shù)將會(huì)對(duì)周邊環(huán)境帶來(lái)較大影響，基于此，要采用微擾動(dòng)開(kāi)挖與加固技術(shù)，該工法對(duì)設(shè)備機(jī)架高度要求不高，僅為3.85 m。結(jié)合項(xiàng)目第3層結(jié)構(gòu)需求與實(shí)際土方開(kāi)挖工程來(lái)看，采用盆式開(kāi)外或分塊施工的手段能夠在很大程度上控制施工周邊既有結(jié)構(gòu)的變形現(xiàn)象，

6 應(yīng)用效果

本工程項(xiàng)目位于軌道交通工程換乘樞紐，既有地下結(jié)構(gòu)分2層，一層為地鐵商場(chǎng)，一層為其他線路換乘大廳。由于施工現(xiàn)場(chǎng)周邊環(huán)境較為復(fù)雜，涉及城市商業(yè)中心等多個(gè)建筑，因此，施工單位需結(jié)合項(xiàng)目實(shí)況合理規(guī)劃地下空間結(jié)構(gòu)加層施工。根據(jù)地下空間暗挖加層關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看，在施工期間，該項(xiàng)目所在區(qū)域的所有軌道線路正常運(yùn)行，并且路面沉降情況屬于正常范圍，項(xiàng)目既有地下1層與2層結(jié)構(gòu)均未受到影響，無(wú)論社會(huì)效益還是經(jīng)濟(jì)效益都取得了預(yù)期效果。

7 注意事項(xiàng)

7.1 安全問(wèn)題

由于地下空間暗挖加層技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中會(huì)對(duì)地表造成一定影響，導(dǎo)致地表出現(xiàn)沉降現(xiàn)象，進(jìn)而埋下安全隱患?；诖?，施工單位需要在施工過(guò)程中做好以下4點(diǎn)：（1）始終遵守我國(guó)有關(guān)部門(mén)出臺(tái)的法律法規(guī)，以“預(yù)防為主”為施工原則，在施工活動(dòng)中要嚴(yán)格遵守安全生產(chǎn)、文明施工的規(guī)定，為施工人員營(yíng)造安全的施工環(huán)境。（2）需要結(jié)合項(xiàng)目實(shí)況構(gòu)建完善的安全生產(chǎn)責(zé)任制度，促使安全管理工作有據(jù)可依[5]。（3）一旦發(fā)生安全事故，有關(guān)人員一定要嚴(yán)肅徹查，以儆效尤的同時(shí)，將施工活動(dòng)中的安全隱患扼殺在源頭。（4）加強(qiáng)安全教育與培訓(xùn)工作，無(wú)論是對(duì)施工人員還是工程監(jiān)理人員都需要定期開(kāi)展監(jiān)理工作，通過(guò)以往施工安全事故案例明白安全施工的重要性，提高工作警惕性，培養(yǎng)安全施工意識(shí)，使其能夠規(guī)范自身施工行為，保障工程項(xiàng)目施工活動(dòng)開(kāi)展。

7.2 環(huán)境問(wèn)題

由于地下空間暗挖加層技術(shù)在軌道交通工程中應(yīng)用時(shí)會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成影響，施工單位針對(duì)這一現(xiàn)象要樹(shù)立綠色施工意識(shí)。首先，在施工活動(dòng)中盡量采用新施工技術(shù)，比如，應(yīng)用IBG工法代替?zhèn)鹘y(tǒng)鉆孔樁技術(shù)，以減少對(duì)周邊環(huán)境的損害。使用新型材料代替舊材料，降低施工活動(dòng)對(duì)環(huán)境的污染。其次，雖然該項(xiàng)目為地下空間施工，但是為了減少地表沉降，為施工人員營(yíng)造良好的施工環(huán)境，需要對(duì)噪聲污染進(jìn)行控制，盡量避免采用噪聲大的設(shè)備施工，在夜間禁止噪聲大的設(shè)備運(yùn)行。最后，合理布置地下空間施工現(xiàn)場(chǎng)，有關(guān)施工材料、設(shè)備等都需要嚴(yán)格按照項(xiàng)目平面規(guī)劃要求擺放，確保施工現(xiàn)場(chǎng)整潔有序。

8 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，要將既有地下空間暗挖加層關(guān)鍵技術(shù)有效應(yīng)用于軌道交通工程中，施工單位需要結(jié)合項(xiàng)目需求提前做好規(guī)劃工作，科學(xué)引進(jìn)并運(yùn)用共板共墻共柱理論、重視低凈空下支護(hù)樁技術(shù)、既有結(jié)構(gòu)托換技術(shù)的應(yīng)用條件，嚴(yán)格把控各施工環(huán)節(jié)，對(duì)安全問(wèn)題、環(huán)境問(wèn)題引起重視并采取科學(xué)合理的對(duì)策進(jìn)行防治，確保地下空間結(jié)構(gòu)加層施工活動(dòng)能夠順利開(kāi)展，為軌道交通工程后期運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。