地铁隧道侧方基坑支护设计及变形控制

代远

摘要：在我国的发展中，基础设施建设起到了重要的促进作用，地铁作为城市正常运转的命脉，地铁对土地资源合理利用的程度在很大程度上影响着城市发展的方向和速度，也因此使得许多建筑工程在选址时会优先选择地铁附近，也就导致一块区域会出现既有已经投入使用的地铁隧道，还有正在建设的建筑工程基坑，给原本的地址环境造成较大的破坏，如果压力过大还会打破土地原有的受力平衡，使得隧道的内部发生形变，严重影响地铁隧道的安全。因此，对正在进行的基坑作业给地铁隧道造成的影响，分析地铁隧道受到的力和发生的形变有很强的现实意义，对保障地铁隧道结构的正常运转意义重大。通过对近些年相关方面的研究我们可以看出，对隧道侧方的土体进行加固能够有效减小隧道侧方基坑开挖对营运隧道造成的影。

关键词：地铁隧道保护;基坑支护设计;变形控制措施

引言

选择合理的基坑支护设计和施工方案对控制相邻地铁隧道结构的变形至关重要。紧邻地铁隧道侧的基坑支护，应在提高支护刚度的同时便于基坑开挖，阴角部位采用角撑支护，降低对地铁的影响。

1、工程概况

项目基坑位于某市仓储物流区，现已拆除完毕。周边主要为居民区、办公商业区。通过对现场进行实地考察发现，该施工场地为冲洪积平原地貌，这种地貌的地面平整度较高。根据地勘资料该施工场地共有44个孔，孔口的高程在14.10米到16.16米之间，最大的高度差为2.06米。同时通过钻探，发现该场地的土层包括人工填层（Qml）、第四系冲洪积层（Q4al+pl）、第四系残积层（Qel），下伏基岩为南华系笔架山群变质石英砂岩（NhB）。

2、基坑支护设计

基坑支护作业需要结合施工环境和工程的特点，对地质条件、施工要求等进行充分的勘察和分析，在施工过程中基坑整体上使用桩+环形撑支护，支护桩采用钻孔灌注桩，支护桩的直径为1.4米，桩间距为1.8米，桩外侧采用直径1.0米的素咬合桩进行止水。支护桩的内支撑使用钢筋混凝土支撑，第1道辐射撑截面尺寸800mm×1000mm，第1道环撑截面尺寸2000mm×1000mm，第2道辐射撑截面尺寸800mm×1000mm，第2道环撑截面尺寸2000mm×1000mm，第3道辐射撑截面尺寸1000mm×1000mm，第3道环撑截面尺寸2000mm×1500mm，第1道支撑顶整体浇筑300mm厚钢筋混凝土板。01-03地块、01-05地块北侧及南侧均有放坡空间，采用放坡+桩锚支护，阴角部位采用角撑进行支护。

3、变形控制措施

3.1变形分析

在地铁正常运转的过程中，地铁安全和对周围建筑物造成的影响大小在很大程度上取决于基坑变形、支护结构的刚度大小，通过计算分析，为了确保建筑物的稳定性要求，采用国内常用的基坑计算软件—理正深基坑 7.05 对地铁侧支护区段进行复核。

3.2微扰动注浆工法加固方案

在工程开始之前要实现准备好水泥浆和水玻璃混合液，使用微扰动注浆工法通过在“双泵”的作用下将其注入到土体中。随着注浆作业的进行，会使得土体受到的力不断加大而被劈开，浆液边长脉状注浆体，并在填充、压密等的作用下提高土层的强度。同时为了有效减少侧方注浆给隧道造成的不利影响，在注浆过程中要使用少量多次的注浆方法，使得已经投入使用的隧道两侧土体变得更加牢固，通过对实际数据和工程具体情况进行分析模拟，微扰动注浆方案如下：（1）注入泥浆的合理范围是，以隧道的底部以上5.2米为起点，进行注浆，注入26米。（2）注浆孔的具体要求是，在隧道的两边的线外3米和3.6米的地方设置两排注浆孔;孔与孔之间的距离是保持在0.6米，高度是保持在5.2米，宽度是1.8米;以双线隧道的中心处为基础点，设置3排注浆孔，孔与孔之间保持在1.2米，高度是5.2米，宽度是3.6米。（3）在作业时水泥浆泵的流量大小为每分钟14升到每分钟16升;水玻璃泵的流量大小為每分钟5升到每分钟10升。（4）双液注浆参数中水和灰的比例为0.6到0.7的拌制水泥浆，水泥使用P.O42.5级;水玻璃液溶液的浓度为35Be，模数为2.85;水泥与水玻璃体积比为（2～3）：1。

3.3基坑施工控制

为了保证整体地铁隧道的安全，应该从两方面出发，一是尽量避免水平侧向的影响，二是避免竖向卸载，而且还要尽量使基坑的挖掘按照一定的规则上开展，首先就是分区域分水平的开掘，同时尽量满足对称和限时的要求，当然在开展工作时也不能违反时空效应。尤其是避免对东侧的地铁的正常使用的影响，需要拥有一些控制的手段。而操作的方法有以下方式，首先利用盆式的方法去挖掘距离地铁较远的土方，搭建以中心为支护的方式的同时保证地铁周围的工程完成的开掘方式。同时在独立土体的利用时，对围护栏没有支撑力量为前提，整体暴露不超过一天，借此来保证周围地铁隧道的正常使用。其次，基坑施工中需充分应用间隔跳挖的方式，同时还要对完成的桩进行质量检测，保证成桩质量，避免造成生命财产损失。再者，基坑的施工还需要具有一定的计划，在选择支护桩，搅拌桩以及格构桩施工时需确保发挥其支撑的作用，同时在工程完成到基底施工时，还需要进行拆除工作，并对周围进行必要的回填，这里黏性土具有很大的作用。还有，面对现有的支护体系，显得过于单调，可以从材质上提高结构的刚度，也可以在工程中对双排柱进行竖向操作，在基坑中构建适合的留土台，以此来对双排柱进行变形后的补救，同时也为周围隧道提供了一道保险。当然还要有操作方案，首先建造重要的结构（搅拌桩，双排柱，压顶梁等等），其次是留土台等支护结构的构建，再者负一层的结构设计，再者施工底板，支护体系，以及地下室等操作进行，尤其是回填和撑板的更换及消除内撑。最后对施工过程的其余构造的建造，还有侧壁的收尾工作。除了上面所述，更要关注双排柱等围护构造甚至与隧道构造两者水平方向的问题，需要实时监测双排柱的保护工程的进行，主要以深基坑操作为主。不仅如此，在该过程，也不要忘了对附近地铁隧道地域的管理与控制，能够充分了解到该区域发生的变化并做出相应的反应，以此来保证整体的施工的稳定。

3.4现场监测分析

首先，在基于整个盾构隧道的整体可用和不产生危险的基础上，可以利用动态的观察测量的方式进行对盾构隧道各区域的保护，尤其是上地表和断面拱顶以及净空收敛等区域。从工程施工的规则上出发，必须设置必要的用于观测的断面结构，其间距最好为20 米，并且在每个结构上还需要进行对地面和拱顶的沉降以及拱腰的收敛甚至管道下侧的凸起等方面进行监管和测量。从一定程度上而言，基坑的建造会造成附近区域的地质结构的改变，尤其是对地铁车站造成极大的损害，所以基坑日常开挖时，需要严格的检测周围环境的变化，进行适当的补救。首先要从科学的数据分析上出发，严格保证减少工程时的不利影响，需要保证周围地区的变形程度不高于地铁使用时的正常控制标准，更要保证不会造成地铁的正常使用。其次，基坑需要具有一定的抗压能力，基本通过排桩和内支撑的方法，在特殊地段还可以利用复合土加强支护能力，这些都会降低周围地形的变形程度，更加会保证周围地铁的正常使用和隧道的整体稳定。再者，通过把基坑进行分层次分区域的开发，对维护地铁隧道的稳定具有较大的积极作用。最后，还要尽量保证出现地铁变形程度最大的区域位于基坑的最后阶段，需要在整體施工中保证基地暴露的时间尽量短，这都可以提高地下结构的构建和回填效率。

结束语

综上所述，得出以下结论：（1）基坑开挖会引起盾构管片的位移，两侧逐渐减小并趋于稳定。（2）基坑开挖引起周边地层产生沉降，发生在靠近盾构管片一侧的基坑处。（3）基坑开挖引起的应力卸荷作用对盾构管片影响相对较小，竖向应力最大部位仍为拱肩位置，未超过管片结构材料的强度。

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