馬 輝

中都工程設(shè)計有限公司華南分公司 廣東 廣州 510095

城市建設(shè)日新月異，地下軌道交通建設(shè)蓬勃發(fā)展，不可避免地與市政道路建設(shè)交叉或共線。如果市政道路先于地鐵隧道實施，則地鐵設(shè)計施工時需考慮對市政道路的影響。如果地鐵隧道先于市政道路實施，則需要考慮交叉或共線的市政道路施工對已盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)安全造成的影響。

1 工程概況

槎神大道（鴉崗大道-鳳凰大道）工程北起鴉崗大道，南至鳳凰大道，全線長5.15km，道路等級為城市主干道，設(shè)計車速為60km/h，道路紅線規(guī)劃寬度為50m，橫斷面按雙向8車道布置。槎神大道全線與地鐵十三號二期基本共線。

本工程范圍內(nèi)地鐵設(shè)朝陽站與慶豐站兩座車站，包含朝慶區(qū)間（朝陽-慶豐）與慶凰區(qū)間（慶豐-凰崗）兩段盾構(gòu)區(qū)間。盾構(gòu)隧道輪廓邊線外擴5m為地鐵盾構(gòu)施工保護范圍[1]。

2 道路與地鐵共線

慶豐-凰崗區(qū)間段地鐵結(jié)構(gòu)位于巖層內(nèi)，埋深大，軟基處理及路基填筑對其影響輕微。經(jīng)與地鐵部門溝通，該路段地鐵盾構(gòu)隧道無需特殊保護，軟土路基按非保護區(qū)的方式進行處理。

朝慶區(qū)間的地鐵結(jié)構(gòu)埋深較淺，在軟土路段內(nèi)的隧道結(jié)構(gòu)頂部以上均為軟弱土層，地鐵已先行盾構(gòu)施工，為避免道路進行軟基處理及路基填筑對其造成影響，軟土路段內(nèi)的盾構(gòu)保護區(qū)需進行特殊處理。

槎神大道（鴉崗大道-鳳凰大道）市政工程項目局部路基段與已盾構(gòu)完成的地鐵隧道共線，部分區(qū)間的地鐵結(jié)構(gòu)埋深較淺，而路基段填土較高，在軟土路段內(nèi)的隧道結(jié)構(gòu)頂部以上均為軟弱土層，常規(guī)的軟基處理如攪拌樁、旋噴樁、預(yù)應(yīng)力管樁，如要滿足路基承載力要求，樁底均接近地鐵結(jié)構(gòu)頂部，施工或使用過程中，均可能對地鐵結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生影響。

為減小路基填土荷載對地鐵隧道管片造成破壞，需對地鐵共線段軟基進行專項設(shè)計，從而對地鐵隧道進行保護。以下通過四個設(shè)計方案進行比選論證。

3 地鐵保護設(shè)計方案比選

3.1 預(yù)制板+灌注樁方案

地鐵隧道保護范圍采用密鋪預(yù)制板進行保護，預(yù)制板承擔(dān)上部填土路基荷載，荷載通過基礎(chǔ)傳遞下去。基礎(chǔ)采用灌注樁，為避免鉆孔施工過程中土體震動對盾構(gòu)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，采用旋挖成孔工藝，并設(shè)置鋼護筒跟進穿過淤泥層。

考慮到盾構(gòu)結(jié)構(gòu)偏位和施工誤差，灌注樁與隧道結(jié)構(gòu)預(yù)留1.5m安全凈距。灌注樁樁徑80cm，樁身強度C30混凝土，縱向間距4.8m，橫向間距為10.2m。旋挖樁頂部設(shè)置縱向冠梁，冠梁采用C35混凝土，冠梁尺寸為寬100cm×高80cm和寬120cm×高80cm。灌注樁和冠梁通過鋼筋連接。設(shè)置錨栓套筒連接預(yù)制板冠梁。

因地鐵隧道保護區(qū)域采用預(yù)制板+剛性樁處理，非保護區(qū)域采用水泥攪拌樁處理，地基基礎(chǔ)剛度不同，為減少兩者間差異沉降，在預(yù)制板之間及板外側(cè)與非保護區(qū)之間的區(qū)域采用素混凝土樁進行過渡處理。樁徑40cm，縱向間距1.6m，橫向間距根據(jù)左右線盾構(gòu)隧道的間距進行調(diào)整。非地鐵保護范圍按采用水泥攪拌樁處理[2]。

灌注樁和冠梁形成框架受力體系，整體性好，同時灌注樁配置受力鋼筋，抗彎能力強，滿足抗震設(shè)計要求。旋挖成孔施工工藝對土體震動小，不產(chǎn)生擠土效應(yīng)，從而對地鐵結(jié)構(gòu)影響小。但灌注樁方案造價高。

圖1 預(yù)制板+灌注樁方案

3.2 預(yù)制板+素混凝土樁方案

地鐵隧道保護范圍采用密鋪預(yù)制板進行保護，預(yù)制板承擔(dān)上部填土路基荷載，荷載通過基礎(chǔ)傳遞下去?；A(chǔ)選用長螺旋鉆孔成樁的素混凝土樁。基礎(chǔ)采用C25素混凝土樁，樁與隧道凈距為1.5m，樁徑50cm，縱向間距為1.2～1.8m，橫向間距為9.9m。 素混凝土樁需打至巖面。樁頂部設(shè)置樁帽，樁帽采用C30混凝土，樁帽尺寸為長100cm×寬100cm×高30cm。

因地鐵隧道保護區(qū)域采用預(yù)制板+剛性樁處理，非保護區(qū)域采用水泥攪拌樁處理，地基基礎(chǔ)剛度不同，為減少兩者間差異沉降，在預(yù)制板之間及板外側(cè)與非保護區(qū)之間的區(qū)域采用素混凝土樁進行過渡處理。樁徑40cm，縱向間距1.6m，橫向間距根據(jù)左右線盾構(gòu)隧道的間距進行調(diào)整。非地鐵保護范圍按采用水泥攪拌樁處理[3]。

長螺旋鉆孔壓灌樁成樁施工工藝是我國國內(nèi)近些年開發(fā)研究的且應(yīng)用較為廣泛的一種新型施工工藝，能很好地適用于在地下水位以上的素填土、粘性土、粉土、密實性中等以上的砂性土,是一種非擠土成樁施工工藝。

長螺旋鉆孔成樁的施工工藝有以下優(yōu)點①穿透能力強②噪音低③對土體沒有振動④沒有泥漿污染⑤施工成樁效率高。

但長螺旋鉆孔樁存在以下缺點：1）施工控制相對與鉆孔樁較為困難，若成樁出現(xiàn)斷樁、管徑變小及孔壁塌陷、樁頭不完整和偏位等問題，補救加固措施難度大；2）樁身為素混凝土，沒有配置受力鋼筋，抗彎性能不如灌注樁。

圖2 預(yù)制板+素混凝土樁方案

3.3 預(yù)制板+預(yù)應(yīng)力管樁方案

地鐵隧道保護范圍采用密鋪預(yù)制板進行保護，預(yù)制板承擔(dān)上部填土路基荷載?；A(chǔ)采用預(yù)應(yīng)力管樁，型號為PHC-A600(110)，樁與隧道凈距為0.8m，縱向間距為3m，橫向間距為8.6m。樁頂部設(shè)置樁帽，樁帽采用C30混凝土，樁帽尺寸為長100cm×寬100cm×高30cm。

因地鐵隧道保護區(qū)域采用預(yù)制板+剛性樁處理，非保護區(qū)域采用水泥攪拌樁處理，地基基礎(chǔ)剛度不同，為減少兩者間差異沉降，在預(yù)制板之間及板外側(cè)與非保護區(qū)之間的區(qū)域采用管樁進行過渡處理，型號為PHC-A400(95)，縱向間距2.5m，橫向間距根據(jù)左右線隧道的間距進行調(diào)整。非地鐵保護范圍按采用水泥攪拌樁處理[4]。

鋼筋混凝土預(yù)應(yīng)力管樁是一種預(yù)制樁，管樁在預(yù)制工廠加工預(yù)制，在合格的養(yǎng)護條件下，滿足設(shè)計規(guī)范和要求后，運輸?shù)绞┕龅兀捎檬┕C械捶打進入土中。鋼筋混凝土預(yù)應(yīng)力管樁具有制作簡易方便、承載能力高、樁身剛度大和適應(yīng)各種橫斷面要求的特點和優(yōu)點，在工程建設(shè)中已經(jīng)廣泛運用。

但預(yù)應(yīng)力管樁存在以下缺點：1）施工要求高，施工控制相對與鉆孔樁較為困難，若出現(xiàn)①單樁承載能力低于設(shè)計值；②樁傾斜過大；③斷樁；④樁接頭之間斷離；⑤樁位偏離過大等五種質(zhì)量問題，補救加固措施難度大；2）錘擊沉樁施工工藝產(chǎn)生擠土效應(yīng)并對土體產(chǎn)生較大震動，對地鐵結(jié)構(gòu)造成影響。

圖3 預(yù)制板+預(yù)應(yīng)力管樁方案

3.4 輕質(zhì)土方案

根據(jù)地鐵部門提出的附加荷載不超過2.5m填土荷載的要求，在地鐵隧道保護區(qū)域范圍內(nèi)采用輕質(zhì)土進行填筑（容重6kN/m3），保證附加荷載滿足要求。

為了解決路基填筑后沉降問題，地鐵盾構(gòu)隧道保護區(qū)域內(nèi)仍采用攪拌樁進行處理，布樁方式與非保護區(qū)域內(nèi)一致。隧道區(qū)域（盾構(gòu)結(jié)構(gòu)外凈距1.5m范圍內(nèi)）攪拌樁打至距盾構(gòu)隧道頂部1.5m，其余區(qū)域打入持力層50cm。盾構(gòu)隧道向頂部1.5m范圍進行注漿加固處理。

氣泡輕質(zhì)土（氣泡混合輕質(zhì)土）是指水泥、水、細砂或砂性土（也可以不加）和氣泡按照一定的比例，經(jīng)過充分混合、攪拌并最終凝固成型的一種輕型填筑材料（英文簡稱FCB）。

對于氣泡混合輕質(zhì)土可通過調(diào)整起泡劑和固化材料（穩(wěn)定材料）的量，設(shè)定符合使用目的的單位體積重量和強度。一般氣泡混合輕質(zhì)土的密度可以在5-15 kN/m3的范圍內(nèi)進行調(diào)整，其抗壓強度可以在0.1-1.5 MPa的范圍內(nèi)進行調(diào)整。更具有以下特點：①具有高流動性；②施工簡便，不需要碾壓和振搗；③具有自硬性；④耐久性好，屬水泥類材料。

雖然泡沫輕質(zhì)土主要的工程應(yīng)用優(yōu)勢---低容重，但同時也存在一些問題。主要有以下幾個方面：

1）存在軟弱夾層：氣泡輕質(zhì)土在施工過程中，如果施工濕密度控制不穩(wěn)定，將會導(dǎo)致不同澆注層施工質(zhì)量不穩(wěn)定，從而一些澆筑層會比較疏松，強度不足，容易導(dǎo)致軟夾層問題。

2）存在隱性剪切裂縫：如果同一澆注層沒有在初凝時間內(nèi)完成澆注施工，那么分層澆注過程中將導(dǎo)致在氣泡輕質(zhì)土內(nèi)部形成大量的隱性剪切裂縫，影響氣泡輕質(zhì)土澆注的整體性和穩(wěn)定性，形成不可預(yù)見的巨大工程質(zhì)量隱患。

3）沉陷和沉陷式裂縫：施工過程中出現(xiàn)的消泡現(xiàn)象，將導(dǎo)致上一層的氣泡輕質(zhì)土沉降、開裂，影響氣泡輕質(zhì)土澆注的整體性和穩(wěn)定性。

泡沫輕質(zhì)土存在的以上問題將會導(dǎo)致強度不足、透水，整體穩(wěn)定性低、耐久性差，在保護區(qū)域范圍內(nèi)采用輕質(zhì)土進行填筑，存在安全風(fēng)險。同時，在地鐵隧道盾構(gòu)頂部注漿加固效果難以檢驗[5]。

圖4 氣泡輕質(zhì)土方案

4 四個方案比選優(yōu)缺點介紹

表1 方案比選優(yōu)缺點介紹

經(jīng)過多方論證，綜合各方面意見，從地鐵結(jié)構(gòu)安全保護方面考慮，為解決軟土路段沉降問題及減小路基填土對地鐵隧道的壓載，采用預(yù)制空心板+旋挖樁的方案，保護橋承受路基土壓載，從而對地鐵隧道進行保護。因保護區(qū)域采用剛性樁處理，非保護區(qū)域采用柔性樁處理，為減少兩者間差異沉降的影響，在預(yù)制板之間及板外側(cè)與非保護區(qū)之間的區(qū)域采用素混凝土樁進行過渡處理。

根據(jù)地鐵部門要求，進行地鐵保護處理的路段，需在地鐵軌道鋪設(shè)前完成道路軟基處理及路基填筑。

5 結(jié)語

新建道路與已盾構(gòu)完成的地鐵隧道共線，若地鐵結(jié)構(gòu)埋深較淺，為避免道路進行軟基處理及路基填筑對其造成影響，軟土路段內(nèi)的盾構(gòu)保護區(qū)需進行特殊處理。通過槎神大道（鴉崗大道-鳳凰大道）市政工程與地鐵共線段地鐵保護軟基處理設(shè)計方案比選，為類似市政道路和地鐵隧道共線情況提供參考方案。