浅埋地铁隧道上方的地下结构快速施工技术

上海建工集团股份有限公司总承包部 上海 200080

1 工程概况

上海静安区大中里项目46#地块面积约4 300 m2，其中深基础范围（A区）基坑开挖深度为3.95～4.55 m，面积约3 810 m2；浅基础范围（B区）基坑开挖深度为1.55 m，面积约350 m2，其中A区的底板施工为本文的论述依据（图1）。

图1 46#地块平面示意

2 隧道变形情况及分析

盾构隧道上方基坑施工一方面造成隧道上方卸载，诱发隧道上隆，另一方面在基坑内外两侧沿隧道纵向、横向形成偏压，从而导致盾构结构发生不均匀变形。

（a）基坑开挖土体卸荷使地铁隧道下部土体隆起，隧道随之隆起；

（b）由于软土特有的流变性，使得基坑开挖卸荷越快，基坑暴露时间越长，基坑的稳定性就越低，对基坑下部地铁隧道的安全就越不利；

（c）基坑工程降水引起地下水位变化，地下水浮力随之改变，这也会引起地铁隧道隆起；

（d）基坑周边地面道路行驶车辆的动载、场地施工机械和材料的静载等，会增加基坑下方地铁盾构隧道的隆起量。

46#地块首层板早已浇筑完成，同时上部结构将于5月份封顶，这段时间里地铁隧道的隆沉数据稳定，有一定的回落趋势。

经过观察分析，地铁正上方每块实际开挖时间对隆沉的影响并不大，由于施工要保证在23：00至次日6：00之间完成，所以每天的基坑裸露时间相差无几，只有非地铁正上方分块开挖时基坑裸露时间较长，其施工最好不要几个分块连续进行，易产生隆起达到报警值的情况，影响地铁隧道安全。

综合以上分析，并且考虑46#地块的实际情况，认为底板施工对隧道变形影响的主要原因有：

（a）基坑开挖引起土体卸载，从而导致隧道下方土体隆起，致使隧道隆起；

（b）土体一经开挖，隧道将产生持续变形；

（c）两侧土体的开挖施工会引起隧道隆起的加剧；

（d）基坑周边所有对坑边形成压载的车辆或材料均会引起坑底隆起，从而导致隧道隆起变形；

（e）各分块之间相互影响，最大隆起点随着底板分块施工的变化而变化，当底板形成整体后抵抗隆起能力变强。

3 施工技术措施[1-7]

3.1 土体加固

根据Winkler的理论，如果对基坑底部及隧道周边土体进行加固，可以提高土体的抗剪强度指标，增大地基土的基床系数，进而减小隧道的变形。现场土体加固如图2所示。

图2 46#地块剖面及土体加固示意

3.2 采用抗拔桩

在运营地铁隧道两侧设置抗拔桩并使其与底板有效连接后，就相当于在地铁隧道周围加了一道保护箍，限制了隧道和周围土体的变形。

本工程采用的SMW工法的深层搅拌桩对地铁影响较小，并且土体加固也采用深层搅拌桩方法，便于统一施工。实际工程中，位于隧道上方的各分块底板施工时，两端须与工程桩连接，共同抵抗隧道的上浮，抗拔桩示意见图2。

3.3 施工过程中对隧道变形全方位监控

除了上述措施外，对隧道全方位监控也是一个十分必要的施工技术措施。加强监控频率，提高监控报警值要求，防患于未然，确保工程施工中地铁结构的安全。确保地铁结构设施绝对沉降量及水平位移量≤20 mm，隧道变形曲线的曲率半径≥15 000 m，相对弯曲≤1/2 500。若检测结果显示变形过大，则应及时调整分块大小，减小每次开挖的卸载量，确保地铁设施的安全。

3.4 合理的分区分块和施工顺序

在底板施工过程中，分区分块合理与否直接影响了开挖过程中坑底隆起的程度，分块过大过宽，易导致每次开挖隆起过大，分块过小，又会拖延工期。此外，施工顺序也对底板施工过程中坑底隆起变形产生一定的影响，从一头直接按分块开挖到另一头，这种做法如不压载会导致坑底中心变形隆起过大，从最简单的纵断面考虑，单位均布荷载下，跨中挠度随着跨度的增加而增大。本工程中46#地块开挖和底板施工过程中，每1 个小分块都是在经过计算保证每次隆沉大小的前提下进行设计的，同时施工顺序也是经过理论分析后进行安排的。

4 经验与总结

大中里项目46#地块现底板施工完成，至今为止，施工单位通过调整施工方案、控制开挖挖土时间、缩短放钢筋笼时间与加强各环节的衔接性，尽可能提早了浇筑底板混凝土的时间，有效控制了隧道的隆沉和变形，保证了地铁隧道的累积隆沉值和收敛变形大小满足相关要求。

在底板施工过程中，有以下几个经验：

（a）建设单位、设计单位和施工单位必须要深刻认识和充分重视工程的风险性，以此来保证施工安全和地铁运营安全；

（b）上海软土的特性导致基坑暴露时间越长，底板施工过程对隧道的隆沉和变形影响就越大；

（c）对隧道上方即将施工的土体进行全面加固，并对隧道周边采用门式加固，此外采用抗拔桩设计，这是控制隧道隆起的一种较为有效并极为重要的手段；

（d）严格控制单块土体的施工时间是十分重要的，但也要尽可能的缩短整个工程的施工工期。尽管在施工过程中各施工工序之间的搭接良好，缩短了单块的施工时间，控制了隧道隆起变形，但数据监测表明，一旦开挖土体，纵然底板施工完毕，隧道也将随之产生持续变形，因此，在条件许可的情况下，尽量保证连续高速施工；

（e）不同块体施工会引起相邻块体下方隧道的持续隆起变形，隧道变形持续到结构完成后相当长一段时间；

（f）隧道两侧土体的开挖施工会加剧隧道的隆起，因此，非隧道正上方土方开挖及结构施工也应尽可能缩短时间；

（g）利用自动化即时监测系统掌握隧道变形情况，对监控施工过程、保证地铁运营安全十分重要。

综上所述，类似工程必须保证有绝对认真负责的全过程监控，时刻了解地铁隧道的变形情况，知己知彼，严格控制加固土质量，底板施工严格控制施工时间，只有这样，才能保证施工和地铁运营的安全。