涉地铁盾构段基坑开挖施工技术研究

周陈忠

（浙江交工金筑交通建设有限公司，浙江 杭州 310000）

0 引言

我国城市化进程的加快导致地面土地资源日趋短缺，地下空间的开发和利用逐步增加，地下交通网络越来越密集，地下空间关系也愈加复杂[1-4]。基坑开挖作为地下空间开发中的常见手段，不可避免地临近既有地铁隧道，势必影响既有地铁隧道的运营安全。因此，在基坑开挖施工过程中需加强对下部地铁隧道变形的预测和控制[5-8]。地铁隧道对变形的要求极高，城市轨道交通结构的安全控制指标如表1所示。

表1 城市轨道交通结构的安全控制指标值

1 工程概况

1.1 工程平面位置

杭州至富阳城际铁路SGHF-10标线路设计范围为：K15+598—K17+130，东起九龙大道、受降站以西，西至6号隧道终点，全长1.682km。6号隧道位于杭富线盾构区间正上方，暗埋段采用单箱三室单层矩形钢筋混凝土框架结构，标准段结构总宽度31.9m。项目盾构于K16+479处进入6号隧道下方，K15+571—K16+479段项目与6号隧道共线施工，盾构顶面距离6号隧道结构底板底面埋深约6～9m。具体位置关系见图1。

1.2 工程地质条件

工程所在地区以中软土为主，基坑开挖填土层在开挖及围护结构施工过程中易出现变形、坍塌。地表水体主要为水渠与山溪性溪流，地下水体主要为第四纪松散岩类孔隙水，水位较高。沿线场地潜水主要赋存于浅（中）部填土层、含砾粉质黏土、黏土混圆砾以及圆砾层中，地形示意图见图2。

图1 隧道位置关系图

图2 地形示意图

2 基坑开挖方案

基坑开挖施工中，由于土体卸荷将引起地表沉降及坑内土体的回弹变形，导致下部隧道结构变形，严重者将引起盾构隧道管片开裂。为减少开挖施工对下部既有盾构隧道的变形影响，必须选择合理的开挖方式及加固措施。

6号隧道和盾构交叉施工区域的基坑采用明挖顺作法施工，基坑围护结构采用1m厚地下连续墙+内支撑。基坑开挖深度为0.8～14.0m（泵房深度14.5m）；开挖宽度23.7～31.4m（泵房处宽42.9m）；基坑内部共设置4道支撑：第一道为钢筋混凝土支撑，尺寸为800mm×900mm，其余支撑为钢管撑，尺寸ϕ609、t=16mm。基坑底部采用ϕ800@650高压旋喷加固，桩长3m，施工机械选用XZP-20型二重管高压旋喷桩机，如图3所示。

图3 二重管旋喷加固示意图

3 既有盾构隧道保护的主要工程措施

3.1 地基加固施工过程中既有隧道保护措施

高压旋喷桩大面积施工前需进行试打桩试验，掌握合理参数后进行下一步施工，并根据监测数据及时调整相关施工工艺及施工参数。根据平衡对称原则，将搅拌桩加固区域划分施工先后顺序，并严格按设计高程进行加固，严格控制桩机下钻深度，防止触碰盾构隧道。

地基加固施工过程中按设计要求控制成桩垂直度，控制喷浆压力和浆液流量，尽可能减少对既有地铁隧道的影响。同时，严格控制钻进及钻具提升速度，隧道正上方及两侧土体加固时，钻进速度降至0.3m/min，提升速度控制在0.5m/min，确保作用在既有隧道外壁上的附加荷载控制在20kPa以下，保障地铁运营安全。

3.2 基坑降水施工中既有隧道保护措施

疏干基坑降水，使井管强度符合要求、无破损；确保接头无孔隙；滤料选用粒径适中的圆形砂砾石，填灌厚度满足设计要求，填灌量不低于95%。施工过程中加强水位监测，地下水的水位始终控制在开挖面以下。同时，为防止水位过低对既有隧道造成很大影响，控制坑内地下水降至底板底部0.5m，坑外地下水降至底板底部1.0m，直至底板混凝土达到设计强度。

为保证基坑降水连续进行，自备发电设备，每天进行设备检查，以保证基坑降水不受停电等突发状况影响。基坑降水视施工期间，需配备24h值班人员进行巡查，并做好各项施工质量记录。

3.3 基坑开挖中既有隧道保护措施

6号隧道与盾构交叉施工的区域基坑限时、分段、分层、分单元进行开挖，严格控制基坑暴露时间不超过8h。严格控制围护结构的施工质量并充分利用空间效应，逐块完成钢筋混凝土底板施工后采用钢锭加载，并结合已加固的未开挖区块强度，逐渐形成门式钢架，为既有地铁隧道安全提供有力的防护措施。

加强基坑开挖期间的施工监测，采取报警、消警制度，并及时将监测数据上报至监理、建设和运营单位，监测数据一旦达到预警值，立即停止施工，直至采取有效的处治措施后消除报警。桩头破除施工过程中，为利用空间效应减少隧道隆起，每区块开挖至3.0m高程后，先沿抗拔桩局部开槽，然后破除桩头，再开挖相应剩余部分土体。施工期间加强基坑周边巡视，做好巡视记录，一旦有异常情况出现及时上报。必要时停止施工，直至采取有效的处理措施消除异常。

4 信息化监测施工

4.1 监测点布置

基坑开挖前按照设计要求对基坑周边及既有地铁隧道做好监测点布置，并请监理和第三方监测单位对监测点进行复查，确认无误后进行初始值观测，并将观测数据上报，为后期数据对比提供参考。

进入轨行区布点监测需专人负责，相关人员在地铁公司培训并取得施工负责人证书后，向项目工务中心提出申请，并取得工务中心同意后再进入轨行区进行布点、监测工作。进入轨行区作业时遵守车站请销点制度，并做好各项安全防护工作。

监测范围：基坑施工边线及基坑开挖深度2倍范围内的所有建筑（构筑）物及围护结构和既有地铁隧道内部的重要设施。工程核心区域的监测频率如表2所示。

（1）基坑开挖前进行既有隧道结构现状调查，对隧道的水平位移、竖向位移和收敛变形等情况进行监测，进行数据复合、分析后，再进行隧道上方基坑的开挖施工。

表2 核心区报警值汇总表

（2）基坑开挖过程中对围护结构的位移及基坑外部土体的沉降进行监测。发生监测数据异常情况后立即停止施工并采取应急措施。

4.2 变形观测应急情况处理措施

（1）监测点位突发显著变形等异常情况时，首先复核现场观测数据是否准确，确认无误后向建设、监理、施工单位通报异常部位及具体变形情况，并即刻缩短观测周期，补设变形监测点，持续监测直至数据恢复正常。

（2）监测点位突发增减变化，周边地表出现裂缝，基坑周围出现大量积水，或长时间连续降雨导致地基周边地表面裂缝出现时，即刻缩短观测周期，并补设变形监测点，持续观测直至数据回归正常。

4.3 监测资料与信息反馈

（1）及时整理分析基坑监测数据并及时反馈，一旦出现危险征兆应立即上报，同时采取合理有效的控制措施。

（2）地铁隧道或基坑周边监测时，出现异常情况应立即停止基坑开挖，排查危险原因并预测破坏发展情况，采取合理有效的控制措施，必要时进行基坑回填。危险消除后，恢复基坑开挖施工。

5 结论

本文总结了基坑开挖对下方既有隧道影响现状，并依托杭州至富阳城际铁路附属工程，针对SGHF-10标段6号隧道上跨杭富线盾构区间段，从隧道变形的影响因素着手，分析了基坑开挖对下方既有地铁盾构隧道的影响。从地基加固、基坑降水、基坑开挖等关键步骤着手，结合信息化施工监测，归纳总结保护施工安全的工程措施。具体结论如下：

（1）基坑围护采用二重管高压旋喷加固技术，坚持先加固再开挖原则。

（2）基坑开挖应坚持“分层、分开、分条幅、平衡、对称、限时”的原则，科学合理地安排基坑开挖顺序，分层开挖过程中应及时架设内支撑和基坑底板，并在基坑底部施加堆载。

（3）基坑开挖期间加强施工监测，建立完善的动态监测预警机制，早发现早治理。