張斌，蔡乾廣，賀磊

(1.南京地鐵運營有限責任公司，江蘇 南京 210012； 2.南京市測繪勘察研究院股份有限公司，江蘇 南京 210005)

1 前 言

隨著城市軌道運營線網不斷擴大，地鐵沿線各類工程建設也日漸增多。各類地鐵沿線項目開發(fā)極易引發(fā)地鐵結構變形，變形超過一定限值指標，將嚴重威脅地鐵隧道安全運營。其中近距離插樁施工極易打穿隧道，導致結構變形超標，隧道結構產生嚴重病害，比如2021年1月22日南寧地鐵現(xiàn)場勘察施工，直徑為 9 cm的鉆頭擊穿了隧道，侵入隧道 98 cm，與當時正常運營的列車發(fā)生擦碰[1]。南京河西地區(qū)地質條件復雜，地質單元差異性大，沿線方向穿越了流塑～軟塑狀地層，同時該片區(qū)巖土體地下水含量豐富，經浸泡后土體呈流塑～軟塑狀，如此條件下，既有線鄰近側插樁施工更易引發(fā)結構安全問題[2]。本文以南京河西地區(qū)軟土夾砂地區(qū)的某橋梁工程為例，研究該類施工對隧道的影響及保護標準，為后續(xù)類似工程對地鐵保護積累經驗。

2 工程概況

該橋梁集中跨越地鐵2號線、地鐵10號線和2號聯(lián)絡線以及規(guī)劃地鐵8號線。其中HL主線橋4#墩距離2號線隧道結構外邊線最近，約為 5.3 m，橋梁樁基與地鐵隧道平面位置關系如圖1所示，橋梁樁基與地鐵隧道剖面關系如圖2所示。項目施工前，該施工影響段盾構隧道在沉降、隧道收斂、結構表觀病害等綜合指標均已表現(xiàn)不良。在沉降方面，項目影響段已經形成了沉降槽，且沉降槽底位于HL段，最大沉降量已過百毫米；在隧道收斂方面，項目影響段已經于2015年～2016年實施了39環(huán)鋼環(huán)加固；在結構表觀病害方面，上、下行線隧道環(huán)病害較多，病害主要表現(xiàn)為管片裂縫與破損、環(huán)縱縫滲漏。

圖1 橋梁樁基與地鐵隧道平面關系圖

圖2 橋梁樁基與地鐵隧道剖面關系圖

該段既有地鐵區(qū)間隧道為錯縫拼接的圓形盾構隧道，外徑 6.2 m，內徑 5.5 m，隧道埋深約 9 m；隧道洞身位于②-1層粉質黏土、②-2層粉質黏土、③-1層淤泥質粉質黏土、③-1A層粉土、粉砂、③-2層淤泥質粉質黏土夾粉土、粉砂。

3 地鐵運營單位對涉地鐵施工管理措施

3.1 涉地鐵施工前保障措施

(1)既有結構狀態(tài)調查：三維激光掃描又稱實景復制技術，在項目施工前利用該技術獲取隧道既有病害狀態(tài)，通過調查既有狀況，明確保護對象的監(jiān)測范圍、內容、允許變形范圍和變形控制標準。

(2)安全風險前評估：通過建模分析，提前風險評估各階段工序，提出應對措施，以減少隧道變形。

(3)介入設計、施工方案審查：本項目跨地鐵橋梁樁基施工時應選擇合理的施工機械、工藝及參數(shù)，并有相應的保護措施，減小施工對地鐵區(qū)間結構的影響，地鐵運營單位應及時介入設計、施工方案評審，主張權益，強化地鐵保護措施。

(4)提前簽訂施工應急搶險協(xié)議：鑒于調查的項目段地鐵隧道既有結構變形及形變不良，項目施工擾動影響，為了確保地鐵結構安全以及項目施工過程不間斷，應由項目建設單位提前委托地鐵結構搶險經驗豐富的單位，跨越地鐵隧道施工前，提前制定應急加固方案，并與應急搶修單位簽訂框架協(xié)議，以備應急情況下地鐵結構的搶險加固。

(5)提前隧道預加固：考慮該區(qū)段既有狀態(tài)不好，提前微擾動預加固，增加施工變形冗余度，同時在預加固結束后，項目建設單位會同施工單位及時接管地鐵結構狀態(tài)。

(6)隧道內監(jiān)測：該類施工明顯針對地鐵風險較大的工程，應明確隧道內監(jiān)測采用自動化監(jiān)測方式，以實時獲取隧道結構變形情況，動態(tài)調整外部工程工藝及參數(shù)。

(7)施工準許條件：地鐵運營單位與建設單位明確施工前既有結構病害狀態(tài)確認交接；在施工前務必確認隧道內自動化監(jiān)測上線，且運轉無誤；確認施工參數(shù)合理；建設單位施工前應編制應急預案，與地鐵運營單位議定應急治理的工作原則、流程與標準，落實應急隊伍和搶險物資，報備地鐵運營管理單位。

3.2 涉地鐵施工中過程保障措施

(1)安全監(jiān)控：施工中隧道內自動監(jiān)測與隧道巡檢應同步進行，隨時預警；隧道外應做好外部施工現(xiàn)場巡查與管控。

(2)應急搶險：確保地鐵應急搶險隊伍隨時待命，以應對突發(fā)狀況，如隧道內涌水涌砂等破壞性結構病害。

3.3 涉地鐵施工結束工作

竣工后地鐵結構安全評估：項目結題后，全面評估隧道各項指標，評估隧道運營結構安全，根據(jù)評估結果對超治理標準的盾構環(huán)開展治理。

4 隧道邊線放樣

隧道近距離插樁極易擊穿隧道，所以放樣出隧道邊線非常重要。市場上很多監(jiān)測單位僅依據(jù)地鐵竣工圖紙坐標開展現(xiàn)場放樣，而地鐵竣工圖紙可能與現(xiàn)場實際存在偏差，甚至有的區(qū)段偏差超過 20 m以上。本項目擬建樁基距離隧道邊線最近距離為 5.3 m，為避免造成安全事故，應制定嚴密的放樣流程，具體步驟如下：在待測區(qū)間測設首級控制網，首級控制網包括GNSS平面控制網；在首級控制點的基礎上，進行地面和隧道的聯(lián)系測量；測設隧道地下導線；根據(jù)地下導線點，測量隧道邊線，并將隧道實測邊線與隧道竣工邊線進行對比；在地面進行隧道邊線放樣，測量流程如圖3所示[3，4]。

圖3 隧道邊線地面放樣測量流程圖

5 地鐵保護監(jiān)測

5.1 監(jiān)測儀器及方法

根據(jù)本工程特點，結合工程實踐經驗，在施工過程中，采用人工與自動化監(jiān)測相結合的手段。人工監(jiān)測主要測項目包括道床垂直位移、隧道拱頂沉降、隧道直徑收斂、軌道幾何形位、裂縫及滲漏，外部施工工況巡查?？紤]到地鐵鄰近側近距離樁基施工，對隧道結構可能造成很大的擾動，為確保隧道結構安全，同時對隧道結構采用測量機器人自動化實時監(jiān)測，一定程度彌補地鐵運營期無法開展人工監(jiān)測的不足[5，6]。

5.2 監(jiān)測內容、頻率及控制指標

本工程地鐵監(jiān)測內容、監(jiān)測頻率、監(jiān)測點布設及控制指標如表1所示。

工程監(jiān)測項目表 表1

6 隧道監(jiān)測主要成果及分析

6.1 隧道結構變形數(shù)據(jù)

選取距離既有隧道僅5.5 m的4#墩4-1#～4-8#內插樁、距離內插樁最近的隧道上行線為研究對象，樁基成孔順序采用跳樁方式，其中4-2#內插樁施工期間隧道結構階段變形量最大，具體位置如圖1所示。4#內插樁鋼護筒下壓過程的監(jiān)測數(shù)據(jù)如表2所示，監(jiān)測布點詳見圖及現(xiàn)場工藝照片如圖4、圖5所示，4-2#樁基施工歷時曲線如圖6所示。

4#墩(內插4-1#～4-8#樁)工況及對應監(jiān)測數(shù)據(jù) 表2

圖4 內插樁基部位監(jiān)測布點圖

圖5 鋼護桶工藝現(xiàn)場照

圖6 4-2#樁基施工期間隧道變形曲線圖

6.2 隧道結構變形原因分析

4-2#樁基施工過程隧道變形原因可以從表2及圖6中分析出：①4-2#樁在第3、4節(jié)焊接時停機2小時，鋼護桶停止下壓時間較長，導致鋼護桶周邊土地固結，后開機，當重新啟動旋挖鉆時需要加大扭矩才能繼續(xù)下壓，從而帶動周邊土體與隧道下沉；②4#墩所處地質條件非常差，且4#墩正投影段上行線地鐵結構初始狀態(tài)不良(該區(qū)域共計24環(huán)，其中鋼環(huán)加固13環(huán))，而4-2#樁對應段恰好處于鋼化加固的薄弱區(qū)域，而前面已施工樁處于鋼環(huán)加固密集區(qū)域，鋼環(huán)對地鐵結構沉降有一定約束作用；③同時軟土地區(qū)沉降存在滯后效應，一旦發(fā)生隧道沉降，即會持續(xù)下沉，所以在3、4節(jié)焊接時隧道已產生沉降，應結合監(jiān)測數(shù)據(jù)調整鋼護筒施工參數(shù)，如全套管回旋鉆機回轉扭矩、回轉速度、套管壓力等，圖6正顯示第四節(jié)套管下壓未合理調整施工參數(shù)造成了隧道繼續(xù)持續(xù)下沉[7]。

7 優(yōu)化工藝成效

總結4-2#樁施工對隧道結構變形的影響，優(yōu)化施工參數(shù)，在后續(xù)4-6#、4-4#、4-1#、4-3#樁基施工過程中采取了措施，根據(jù)表2可發(fā)現(xiàn)4-2#后續(xù)施工隧道結構穩(wěn)定，具體總結如表3所示：

工藝參數(shù)總結 表3

8 結論及建議

(1)軟土含砂地層中的盾構隧道周邊施工近距離樁基施工時，應明確隧道保護標準化流程，正如本文敘述的，總結出有效的管理措施手段，才能更好地保護地鐵隧道。

(2)實踐證明隧道鄰近側樁基施工時，為避免隧道擊穿，隧道邊線放樣流程務必科學、嚴謹、合理。

(3)軟土地區(qū)隧道易受近距離樁基施工擾動，必須采用科學合理的人工與自動化相結合的安全監(jiān)測手段，實時提供數(shù)據(jù)，有效指導外部施工，動態(tài)調整施工參數(shù)，類似工程應總結各類施工參數(shù)。

(4)采用鋼護筒施工工藝，應避免套管焊接時間過長，減少因鉆機抱死重啟帶來的隧道沉降。