摘要：近年来，城市地下空间发展迅猛。本文就以西安市高新区科技八路快速通道项目科八地道与地铁相交处节点方案为例，探讨总结了城市明挖隧道上跨地铁隧道施工期间防止基坑回弹工艺。为后续的城市明挖隧道同地铁交叉施工提供良好的经验。
关键词：有限单元模拟 注浆 分条开挖
1、概述
西安市高新区科技八路快速通道工程II标段里程范围K4+050~K6+400，总长2350m，其中主线暗埋段全长2110m，东侧敞口段全长99.0m，沿线由西向东依次下穿丈八四路、丈八北路、丈八东路及唐延路。在唐延路处上跨地铁六号线、八号线。
2、水文地质情况
根据地勘报告，本段从上到下依次穿越杂填土、黄土状土、古土壤，各层土的岩性特征较好。唐延路附近由于地铁施工降水，导致周边地下水位显著下降，地下水埋深在地面下28m左右，所以不需降水。场地抗浮设防水位按现状道路地表下5m考虑。
3、相交节点总体设计
3.1总体设计概况
科技八路地道在唐延路处同地铁六号线、八号线相交，总长为50.5m。在地铁六号线中心线处，科八路地道结构南、北侧底板分别距离6号线结构顶板外缘1.222m、1.822m。地铁8号线西侧洞中心线处，地道底板距离地铁8号线南侧和北侧两洞口净距分别为1.236m、1.326m。地铁8号线东侧洞中心线处，地道底板距离地铁8号线南侧和北侧两洞口净距分别为1.340m、1.430m。示意图如下
3.2结构措施
在地道节段东西两端设置桩基，6号线两侧有直径1200钻孔灌注桩作为围护桩，部分围护桩作为永久桩基采用，施工时起抗拔作用。
（1）防止基坑开挖后，地铁周边土体回弹，减小基坑开挖对地铁区间结构的影响，采用注浆的方式先对地铁隧道上方及侧壁的土体进行预加固，使土层的力学宏观性质得到改良，提高隧道周围土的密实程度和强度，适当补偿开挖掉的地层自重应力，减少回弹变形。
图3.1 地道同六号线、八号线示意图
在6号线地铁周围进行土体的注浆预加固。在6号线上方，采用袖阀管双液注浆，范围为6号线初衬上方0.8m至地道底板顶；在6号线两侧，采用袖阀管注浆，范围为6号线初衬外1.0m至围护桩，深度为12.2m。对整个注浆过程进行检查分析，确保注浆效果满足预加固要求。
同时，为了便于后续8号线的安全施工，对8号线范围内的土体进行加固，范围为地道下桩基之间，深度为12.2m。由于8号线范围与6号线范围有桩基隔离，该处加固采用旋喷桩加固来保证加固质量。
由于6号线上方与地道基坑底的上覆土较浅，基坑开挖的卸荷效应会使基坑坑底隆起，对地铁产生不利影响。根据类似工程经验，在6号线上方采用门式抗浮结构（如图3.2.1），来降低坑底隆起。在开挖时遵循“分块限时开挖”，把底板分成3m一条的板带进行施工，减小基坑的开挖尺寸，且减少基坑的暴露时间，并及时发挥抗拔桩的作用，大大降低了开挖卸载对6号线的影响。
图3.2.1 门式抗浮结构示意图 图3.2.2 地铁区间分块示意图
（2）应政府要求，为了减小对下方地铁的影响，同时保证唐延路的交通，将节点基坑分块进行实施。如图3.2.2
先开挖8号线东线以东和8号线西线以西地块（①⑤号地块），主体结构完成后，对地铁8号线东线和西线范围（②④号地块）进行开挖。待地铁8号线东、西线范围内主体结构、回填完成后，并且在6号线地铁相交区间完成二衬结构后，才可以开始6号线上方（③号地块）围护及主体结构的施工。
4、方案数值模拟
由于地铁先行施工，科技八路地道基坑上跨地铁隧道区间，基坑开挖后，卸载了地铁隧道结构上方土体，势必对其造成影响，因此采用有限元模拟来进行分析计算。
4.1 模型简介
整体模型单元图 隧道模型单元
科技八路地道基坑深约8m，数值模拟时，分别建立暗挖隧道结构和周边土体单元。隧道上方土体单元分两层分条进行开挖，通过计算获得每一步卸载后地铁结构的位移和内力变化值。
4.2 计算参数
模型中土层采用摩尔-库伦本构，其参数均取自正式地勘《西安市高新区科技八路（河池寨立交～唐延路）快速通道工程岩土工程勘察报告》
4.3 设计措施
为了防止基坑开挖后，地铁周边土体回弹，产生较大的往上位移，尽量减小基坑开挖对地铁区间结构的影响，拟采取以下措施：
（1）6号线地铁隧道上方0.8m至底板顶部、两侧1.0m到围护桩的土体进行压密注浆加固，注浆深度为12.7m。
（2）在6号线上方采用门式抗浮结构（底板与工程桩形成门式状的整体），来降低坑底隆起。在开挖时遵循“分块限时开挖”，把底板分成3m一条的板带进行施工，减小基坑的开挖尺寸，且减少基坑的暴露时间。
（3）在地道底板上采用钢板堆载压重，堆载值为50kN/m2。
4.4 计算结果
根据计算得到基坑开挖方案实施过程中地铁隧道结构的位移值和内力值。
（1）地铁隧道结构内力
通过分条和及时的放置底板及压重，地铁结构的竖向位移控制在20mm以内，最大位移为14.2mm，地铁结构纵向的位移差为12.4mm。结构措施对基坑底部的回弹起了明显的控制作用。
地铁结构各施工步变形及弯矩变化值见下表。
由上表可见，基坑分条施工后，地铁结构最大竖向变形值出现在第一次分条开挖时，最大竖向位移达到了17.0mm，位移差为12.0mm，因为这一步的开挖量是最大的，上部卸土的量最大，基坑底部回弹的趋势也最明显。随着之后底板施作、堆载压重的实现，回弹量趋于稳定，且有一定的下降趋势。由于从北向南的分条开挖，地铁周边土体有向南纵向移动的趋势，位移随着开挖面的扩大有所增加，但最终水平位移稳定在13.0mm左右，地铁纵向的刚度极大，不会造成很大的影响。
（2）各项措施对结构变形的改善
a.门式结构的限制回弹作用
门式结构很有效地控制住了基坑的回弹，减小了地铁结构的竖向位移，保障了整个基坑和地铁结构的安全。
b.底板压重作用
在底板上部施加50kPa的荷载，对对变形的控制起了较好的作用，门式和压重的结合，叠加了结构措施的效果，使得地铁结构的竖向位移再次减小。
5、结束语
本项目明挖隧道施工上跨地铁六号线施工期间，为防止基坑回弹，减少对地铁结构的影响，采用注浆的方式先对地铁隧道上方及侧壁的土体进行预加固，并使用部分桩作为永久桩，与底板形成抗浮结构，并通过有限单元模拟，对开挖过程进行全程模拟，有效防止基坑回弹，确保明挖基坑和地铁结构安全。
论文作者:马广荣,高江虎,李海灵,屈岗,魏小辉
论文发表刊物:《基层建设》2019年第1期
论文发表时间:2019/3/27
标签：基坑论文; 地铁论文; 结构论文; 底板论文; 位移论文; 隧道论文; 地道论文; 《基层建设》2019年第1期论文;