摘要：西安市南门下穿隧道上跨运营地铁，在土方开挖土体卸载后，为确保运营地铁的安全，对施工过程中的工艺及参数进行研究，保证地铁安全，在工程实践中取得了较好的效果。
关键词：下穿隧道；近距离；上跨；运营地铁；土方开挖
0 引言
依托西安市南门下穿隧道工程，开展了对地铁盾构隧道加固，保证市政下穿隧道深基坑施工期间既有地铁盾构衬砌变形较小，同时又不影响确保地铁的安全和正常运营。
南门下穿隧道共13个钢筋混凝土现浇板块，即H1-H13，每板块长18～24m，其中，H6、H8板块分别位于运营地铁隧道盾构区间左右线正上方，隧道基坑宽36.4m，深约9.2m，由于结构和功能要求，致使隧道现浇砼结构底面与盾构管片顶部最小距离仅为1.97m，该距离是全国目前同类工程中距离地铁最近的。其距离远远超出了《西安市轨道交通管理条例》第二十六条（一）条规定的地下车站与区间隧道结构外边线外侧10m内为重点保护区的距离。
南门地下停车场工程基坑分布在市政下穿隧道南北两侧，见图1。明开挖施工，施工中需合理安排基坑开挖顺序，减少地铁隧道顶不对称卸荷和大面积卸荷，造成地铁永宁门车站和钟永盾构区间变形。
1 地铁隧道加固技术
本工程地铁隧道加固主要包括钻孔灌注桩施工、土方开挖、冠梁及盖板施工以及土体注浆加固等施工技术。
1.1 钻孔灌注桩施工技术
南门下穿隧道结构主体H6、H8板块分别位于地铁左右线区间隧道盾构结构的上方。在地铁盾构隧道左右线两侧各2m位置，纵向36.4m宽度范围内设置有116根φ800@1500mm的钻孔灌注桩。钻孔灌注桩孔深22.5m，有效桩长13.3m，空桩9.2～9.6m。
地铁加固桩距离地铁管片净间距为2m，施工前精确测放桩位，且多方复核无误后方可施工。桩顶距离地面9.2～9.6m，以上均为空桩，因上层多为杂填土施工中极易造成塌孔，危及地铁安全。钻孔灌注桩施工时对钻机钻进速度、泥浆配合比、下钢筋笼、灌注混凝土的时间都进行了严格的要求，且形成交底，交到每一个作业人手中。
加强钻孔过程中质量的控制、钢筋笼质量的控制，要求了商混进场时间，减少了因钢筋笼质量问题和商混等待造成的塌孔等方面的安全隐患，使工作效率得到了提高，钻孔灌注桩的施工质量得到了保证，也确保了地铁盾构区间的安全。
1.2 土方开挖
根据地铁盾构隧道在上部基坑作用下的变形机理，隧道竖向的变形为主，采用对称开挖，水平方向与轴向变形较小。
南门下穿隧道下方是已建成的西安市地铁二号线地铁盾构隧道的顶部，基坑的开挖有可能造成盾构隧道的上浮，并引起隧道的衬砌管片处出现开裂、渗漏，进而引起地铁轨道变形，造成地铁重大运营事故和人员伤亡。另外一方面，下穿隧道在基坑开挖的过程中的上浮，同样会作用基坑围护结构，产生安全隐患。
严格按照“分层、分部、对称、平衡、限时”的五个要点，并遵循“竖向分层、纵向分段”的施工原则，保证安全施工。分块分步开挖靠近地铁区间隧道上部土体，施工过程中加强对地铁结构的保护，控制地铁上方及侧向的地面超载，尤其是地面堆土、堆放材料及重型机械设备行走等。
南门下穿隧道共分为13个板块，其中H6和H8板块位于地铁上下行区间隧道盾构结构的上方。
1）常规段土方开挖
H1～H5、H9～H13板块按照常规的基坑土方开挖方式施工。边坡支护采用挂钢筋网片喷射混凝土，钢筋网片为φ6.5@150×150mm，喷射混凝土采用150mm厚C25早强喷射混凝土。
2）H6、H7、H8板块土方开挖
钻孔灌注桩施工完成后进行地铁隧道上部H6、H7、H8板块土方开挖，见图3。 
先在平面上把H6、H7、H8区段分成四个区域，先对角开挖基坑，每个区域用60型挖掘机开挖至盾构隧道以上5m，开挖时，渣土车和其它大型机械不得进入该区域，减少对地铁隧道的扰动。基坑开挖采用放坡开挖，坡度为1:0.5，挂钢筋网喷射混凝土支护，钢筋网采用φ6.5@150×150mm，喷射混凝土采用150mm厚C25早强混凝土。
此时观测地下水位，待地下水位降至盾构隧道底时，人工跳槽分块开挖剩余5m土方。人工开挖时，地铁隧道顶土方卸荷较慢，造成地铁隧道的变形也较慢，根据监测数据可以有效的控制风险。但在人工开挖同时，尽最大可能缩短工期和单块土体的开挖时间也十分重要，密切注意各施工工艺之间的衔接，一旦开挖土体，地铁隧道随之产生持续变形。
开挖前，将开挖区域分割成序号为“1、2、3”的30个槽段，每槽段长3m，宽10m，排序为1、2、3、2、1、2、3、2……，先开挖编号为1的槽段基坑，挖至基底后，立即破除槽段内钻孔灌注桩桩头，施工800×400mm钢筋混凝土冠梁及400mm厚钢筋混凝土的盖板，封闭形成桩板联合体系。
盖板钢筋按照规范要求预留，便于下个槽段施工时进行连接。在每块盖板中间隔1.5m留置φ42mm长度1.5m的注浆管，共计14根，待冠梁及盖板混凝土强度达到95%后，进行小压力注浆。
以此类推，顺序完成编号为2、3的槽段基坑施工。
人工挖土及盖板施工期间采用24小时不间断施工，提前加工钢筋、准备破桩设备及人力，土方挖至基底时立即凿除桩头，待钻孔灌注桩小应变检测完成后立即绑扎钢筋，浇筑冠梁及盖板混凝土。确保盾构区间顶卸荷时间最短，并减少基坑外露时间。
1.3 土体注浆加固技术
对隧道上方土体进行注浆加固是控制隧道隆起的一种有效的手段。为防止地铁隧道因受力不均产生变形，待冠梁及盖板混凝土强度达到95%后，在盖板底与盾构顶之间进行注浆以改良土壤性能，提高土壤密实度及抗裂性。
注浆材料采用水泥-水玻璃双液浆，水泥浆水灰比为1.25:1～0.5:1，水玻璃模数为2.4～2.8，水玻璃浓度使用范围为30～45波美度，水泥、水玻璃浆体积比为1:1～1:1.03。注浆时将两种不同的浆液分别放在两个容器内，使用双液注浆泵按配合比分别吸入两种浆液，两种浆液在混合器混合后注入土体内，注浆压力为0.3MPa。
2 地铁隧道变形监
监测范围位于永宁门地铁站以及永宁门站以北，南门下穿隧道施工影响下方地铁2号线盾构隧道，左右线长度共约200m（桩号：左线ZDK14+400～ZDK14+495；右线YDK14+400～YDK14+495）。按5m布置一个断面，则左、右线共设40个断面。
2.1 监测项目
1）区间隧道结构沉降监测；
2）区间隧道结构变形缝沉降监测；
3）区间隧道结构膨胀缝监测；
4）地铁轨道结构纵向变形监测；
5）地铁轨道结构左右水平变形监测；
6）地铁轨道结构水平距离变形监测；
7）洞内收敛；
8）轨面监测；
9）裂缝调查。
2.2 监测频率与周期
1）监测频率
对地铁运营线路的自动化监测一般情况下每次/2h～每次/4h，当施工影响较大或出现变形征兆时进行连续监测每次/1h～每次/2h。
2）监测周期
自下穿隧道钻孔灌注桩开始前2周内测定初始值，将初始值成果上报业主及地铁运营公司，然后进行正常的自动化监测，至施工完工后沉降变形稳定为止。
2.3 监测项目警戒值
根据具体预警参量实际情况的客观环境和设计计算等方法，事先确定相应的警戒指标，然后与采集的实测值相比较，从而判断变形或受力状况是否会超过允许的范围，判断工程施工是否安全可靠。隧道结构安全保护监测控制指标：
1）地铁盾构隧道绝对沉降量及水平位移量≤20 mm(包括各种加载和卸载的最终位移量)，盾构隧道水平收敛≤20mm；
2）轨道竖向变形±4mm，两轨道横向高差＜4mm，水平及水平三角坑高低差＜4mm／10m；轨距+6～-2mm；
3）隧道纵向变形曲线的曲率半径R≥15000m；
4）隧道的相对变曲≤1／2500；
5）施工引起的对地铁隧道外壁附加荷载≤20kPa；
6）由于打桩振动、爆炸产生的震动隧道引起的峰值速度≤2.5cm/s。
监测得到的实际变形值达到最大允许变形值的70%时，发出预警，达到最大允许变形值的80%时，发出警报。
3小结
西安市南门下穿隧道近距离上跨运营地铁加固技术的成功实施，实现了在湿陷性黄土地区大跨度市政下穿现浇隧道结构深基坑施工时近距离上跨地铁盾构隧道而不中断运营且安全运行的目的，为类似工程提供了可供参考的经验。
参考文献
[1]《建筑基坑工程监测技术规范》（GB50497-2009）
[2]《建筑与市政降水工程技术规范》JGJ/T111-98
[3]《公路桥涵施工技术规范》JGJ041-2000
[4]《湿陷性黄土地区建筑基坑工程安全技术规程》（JGJ 167-2009）
[5]《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086-2001）
[6]《西安市轨道交通管理条例》
论文作者:张高锋,杨超
论文发表刊物:《基层建设》2017年5期
论文发表时间:2017/6/20
标签：隧道论文; 地铁论文; 盾构论文; 基坑论文; 土方论文; 钻孔论文; 盖板论文; 《基层建设》2017年5期论文;