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近年來，隨著城市地鐵的發(fā)展，周邊外部作業(yè)對(duì)地鐵的影響越來越受到關(guān)注。外部作業(yè)可分為旁側(cè)基坑、上方基坑、上方堆載、穿越隧道、并行隧道、樁基作業(yè)、道路及管線作業(yè)、爆破作業(yè)等［1］。地鐵上方河道基坑施工會(huì)引起下部土體卸荷回彈，帶動(dòng)隧道隆起。地鐵按照結(jié)構(gòu)形式可分為地下結(jié)構(gòu)、地面結(jié)構(gòu)和高架結(jié)構(gòu)；按照功能可分為車站、區(qū)間、車輛段、附屬建（構(gòu)）筑物等［2］。杭州區(qū)間隧道多采用盾構(gòu)法施工，地鐵隧道作為管片拼裝的柔性結(jié)構(gòu)，受外界擾動(dòng)后變形較為敏感。本文所選取的工程案例中下臥地鐵隧道線路多、線形復(fù)雜、保護(hù)要求高，作為復(fù)雜地鐵隧道條件下的上部河道開挖案例，其研究成果對(duì)后續(xù)地鐵隧道上部基坑實(shí)施和地鐵隧道保護(hù)工作的開展具有借鑒意義。

1工程概況

［3］1.1相對(duì)關(guān)系河道寬30m，河道開挖深度為6.4~7.6m。河道下方有5條已運(yùn)營地鐵隧道和2條規(guī)劃地鐵隧道，河道走向與地鐵基本垂直。河道開挖底與地鐵隧道豎向關(guān)系見表1，河道開挖底與下臥地鐵隧道的相對(duì)平面關(guān)系見圖1，相對(duì)剖面關(guān)系見圖2。1.2土層地質(zhì)土層上部為15~16m砂質(zhì)粉土和粉砂，下部為16~17m淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土。1號(hào)線左線與右線位于淤泥質(zhì)土；1號(hào)線出段線、4號(hào)線出段線與入段線上部位于砂質(zhì)粉土和粉砂層，下部位于淤泥質(zhì)土；規(guī)劃4號(hào)線正線位于砂質(zhì)粉土和粉砂層。地層1.2土層地質(zhì)土層上部為15~16m砂質(zhì)粉土和粉砂，下部為16~17m淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土。1號(hào)線左線與右線位于淤泥質(zhì)土；1號(hào)線出段線、4號(hào)線出段線與入段線上部位于砂質(zhì)粉土和粉砂層，下部位于淤泥質(zhì)土；規(guī)劃4號(hào)線正線位于砂質(zhì)粉土和粉砂層。地層面見圖3，地層參數(shù)見表2。1.3設(shè)計(jì)方案河道與地鐵相交節(jié)點(diǎn)設(shè)置85m×40m底板，底板厚1.0~1.5m。河道開挖前，對(duì)節(jié)點(diǎn)土體采用Φ650@450mm三軸攪拌樁進(jìn)行滿堂加固，并施打抗拔樁（樁徑0.8m，樁底標(biāo)高-30.5m，沿地鐵走向間距5.0m，沿河道走向共6排），河道兩側(cè)采用放坡開挖。

2河道施工影響分析

2.1初步分析劉國彬等［4-5］根據(jù)工程實(shí)錄資料，提出上部卸載后的殘余應(yīng)力影響深度計(jì)算公式為該項(xiàng)目河道開挖深度6.4~7.6m，影響范圍為開挖底以下11.0~11.6m。由表1可初步判斷河道開挖對(duì)1號(hào)線出段線、4號(hào)線出入段線影響較大，對(duì)1號(hào)線左右線影響相對(duì)較小。2.2數(shù)值分析采用三維Plaxis有限元軟件建立數(shù)值模型，對(duì)下臥地鐵隧道的變形進(jìn)行預(yù)測(cè)。模型尺寸為200m（X向）×140m（Y向）×60m（Z向）。模型底部的約束條件為水平、豎直方向都固定；模型兩側(cè)約束條件為水平方向固定、豎直方向自由。三維模型見圖4。土體采用正四面體單元，隧道、河道底板采用板單元，抗拔樁采用EmbeddedBeam單元，土體采用HS-Small模型（見圖5）。土體參數(shù)根據(jù)王衛(wèi)東等［6］、周奇輝等［7］相關(guān)研究確定。三維數(shù)值計(jì)算結(jié)果見表3，地鐵隧道豎向隆起量為3.8~10.7mm，隧道埋深越淺，受河道開挖影響越大。3監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析3.1施工過程施工過程見圖6，施工時(shí)間為2016年11月—2017年11月，其中開挖期為2017年3—11月。分塊開挖（共分44塊），分塊形成抗拔體系，分塊堆載反壓。為減少暴露時(shí)間，部分墊層增設(shè)2層D12鋼筋網(wǎng)片及I16工字鋼。3.2監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)[8]由圖7可知，開挖前三軸攪拌樁和抗拔樁施工期間，隧道豎向變形較小；河道開挖期間，隧道豎向隆起較明顯；河道開挖后，隨著底板澆筑和河道放水，隧道豎向隆起小幅度回落。河道開挖到底時(shí)隧道監(jiān)測(cè)值與預(yù)測(cè)值較為一致。選取1號(hào)線出段線分析其各階段豎向變形的空間分布（見圖8）。可以看出，河道兩側(cè)各10m范圍內(nèi)受影響較為明顯，最大變形點(diǎn)基本位于河道中間位置。其中，河道東側(cè)（監(jiān)測(cè)點(diǎn)1CCJ190、1CCJ200、1CCJ210）為沉降，主要受周邊其他工程影響。

4保護(hù)措施研究

該項(xiàng)目實(shí)施過程較為順利，預(yù)測(cè)值與最終變形值基本吻合，總結(jié)地鐵隧道上部土體開挖卸荷保護(hù)措施主要有以下幾點(diǎn)。（1）總體措施（見圖9）。工序A：土方開挖→抗拔體系（無措施）；工序B：抗拔體系→土方開挖（理想狀況）；工序C：采取多種措施，分塊開挖，減少單次卸荷，逐步形成垂直地鐵走向的（2）減少對(duì)地鐵周圍水土應(yīng)力狀態(tài)的改變。采用攪拌樁等手段，盡量將下臥隧道圍合成封閉體系，以減少外部作業(yè)對(duì)隧道周圍水土應(yīng)力狀態(tài)的影響。（3）攪拌樁加固應(yīng)考慮分區(qū)分塊開挖。控制下臥地鐵隧道隆起常采用M型加固措施［9-10］。河道開挖范圍內(nèi)亦應(yīng)進(jìn)行水泥土加固，以確保直立開挖，減少單次卸土面積，控制卸荷比（圖10中S1/S）。對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)較大項(xiàng)目，沿地鐵走向單次卸土長度不大于5m；對(duì)風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)可控的項(xiàng)目，沿地鐵走向單次卸土長度不大于10m。（4）減少暴露時(shí)間，縮短施工周期。分塊開挖到底后，盡量采取快強(qiáng)材料進(jìn)行底板施工（如工字鋼疊合梁等），減少暴露時(shí)間，盡早形成抗拔體系，并通過堆載等措施進(jìn)行卸除荷載補(bǔ)償。（5）抗浮要求。抗拔樁除滿足河道底板自身抗浮要求外，尚應(yīng)結(jié)合下臥隧道統(tǒng)一考慮，確保下臥隧道抗浮安全，特別是低水位或斷流期間的抗浮安全。必要時(shí)，可通過設(shè)置泄水孔、水下清淤、清淤期降水等措施確保抗浮安全。（6）降水措施。降水固結(jié)引起隧道上覆壓力增加，可充分利用開挖過程中“降水固結(jié)沉降”和“土體卸載隆起”的相互抵消作用，大大減小對(duì)下部地鐵的影響。（7）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。抗浮體系應(yīng)與地鐵結(jié)構(gòu)一體化考慮，設(shè)計(jì)使用年限應(yīng)與地鐵相一致，保證結(jié)構(gòu)耐久性要求。河道“抗拔樁+底板”受力體系應(yīng)確保底板抗彎要求，并按照地鐵保護(hù)措施結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行底板裂縫等驗(yàn)算。（8）抗拔樁施工。成樁應(yīng)考慮樁架自重、成樁擾動(dòng)、動(dòng)力作用等影響。應(yīng)選擇重量輕、性能好的施工機(jī)械，并通過鋪設(shè)路基板等措施擴(kuò)散荷載；對(duì)靈敏度較高的軟土，嚴(yán)格控制成樁次序和速度。距離隧道較近的抗拔樁、圍護(hù)樁等，可考慮采用鋼套筒/試成樁等工程措施；當(dāng)采用鋼套筒時(shí)，建議采用全回樁下壓+沖抓取土工藝，并充分控制下壓速度和取土速度，確保足夠的土塞長度，減少對(duì)周邊環(huán)境的影響；抗拔樁應(yīng)考慮受鋼護(hù)筒影響造成的樁周摩阻力的減小。

5結(jié)論

（1）河道開挖對(duì)下臥地鐵隧道的影響范圍為河道兩側(cè)各10m，影響量主要取決于隧道埋深。（2）河道開挖主要引起地鐵隧道的豎向隆起，開挖完成后一段時(shí)間，變形有一定回落。（3）減少地鐵隧道隆起的總體思路：采取多種措施，分塊開挖，減少單次卸荷，逐步形成垂直地鐵走向的抗拔體系（保護(hù)思路）。（4）控制地鐵隧道隆起的分項(xiàng)措施包括：減小對(duì)隧道周圍水土應(yīng)力狀態(tài)的改變、M型水泥土加固應(yīng)分區(qū)分塊開挖、減少暴露時(shí)間、縮短施工周期等。（5）河道開挖后應(yīng)確保下臥隧道抗浮安全，特別是低水位或斷流期間的抗浮安全。必要時(shí)，可通過設(shè)置泄水孔、水下清淤、清淤期降水等措施確保抗浮安全。（6）充分利用開挖過程中“降水固結(jié)沉降”和“土體卸載隆起”的相互抵消作用，可大大減小對(duì)下部地鐵的影響。

作者：劉尊景 周奇輝 陳昌平 單位：中國電建集團(tuán) 華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 浙江省智慧軌道交通工程技術(shù)研究中心 杭州市城東新城建設(shè)投資有限公司