盾构隧道上方深厚淤泥地层基坑设计_潘伟光.pdf

江西建材工程技术与管理2052023年1 月作者简介：潘伟光（1988-），男，河南开封人，本科，工程师，主要研究方向为轨道交通。1 工程概况深圳地铁3 号线某盾构区间下穿下福田保税区单身公寓楼 A栋，需将相应地上建筑进行拆除。原计划施工工序为“基坑先建、盾构后行”，即建筑物拆除后立即原位复建，基坑围护结构在隧道范围与之正交且预留玻璃纤维筋，基坑避开隧道线路，为盾构隧道穿越预留空间。但由于地铁施工进度较快，建筑物拆除后未及时复建，造成实际工序为“隧道先行、基坑后建”。鉴于此，地铁区间采用6m外径盾构隧道，线间距12m，左、右两条线路净距为6m。单身公寓楼 A栋为地上8 层建筑，采用预应力管桩基础；复建后地上8层，地下2层，基坑深为10.812.0m，盾构隧道与基坑底净距为5.96.5m。2 地质情况拟新建建筑物场地内从上至下地层依次为：素填土1（平均值N=7.2），平均厚度6.2m；淤泥质粉质黏土3（平均值N=3.7），平均厚度10.8m；粉质黏土2（平均值N=6.9），平均厚度3.39m；中砂9（平均值N=29），平均厚度2.44m；砾砂11（平均值N=30.8），平均厚度2.93m；卵石12，平均厚度1.71m；砾质黏性土1-2（平均值N=33.3），平均厚度3m；全风化花岗岩（W4）1，平均厚度3.23m；砂土状强风化花岗岩（W3）2-1，平均厚度2.24m；块状强风化花岗岩（W3）2-2，平均厚度2.14m；中等风化花岗岩（W2）3，平均厚度8m。盾构区间隧道穿越建筑物范围内，上半断面主要位于淤泥层，下半断面主要位于砂层或强风化地层。3 基坑设计方案3.1 基坑围护体系设计基坑采用咬合桩+混凝土内撑支护形式1-2。咬合桩采用1000750mm和12001000mm两种形式，一般范围内可根据计算确定嵌固深度，且需穿透淤泥层、砂层等不良地层不小于1m；隧道正上方以及隧道结构边各1m范围内，围护桩底距离隧道顶净距需不小于2m；隧道结构边1m以外连续5 根荤桩，桩底需至中风化地层岩面。3.2 基坑内加固措施由于基底以下、隧道穿越范围局部位于淤泥层等软弱地层，为了改善坑内土体被动区土层参数，在基坑内侧采用800600mm搅拌桩进行裙边加固；同时，为了保护隧道、减少基坑开挖过程中的隧道回弹量，在隧顶以及隧侧采用800600mm搅拌桩进行格栅式土体加固。搅拌桩均采用 800600mm单轴搅拌桩，格栅尺寸为2.4m2.4m，按加固作用分为四种（见图1）。（1）裙边加固（A类）。该部分搅拌桩与咬合桩紧贴，除基坑西北及东南角隧顶正上方裙边采用满堂式加固，其余一般范围裙边宽4.2m，即7排搅拌桩；主要用来增加坑内土反力，其中靠近咬合桩3 排需先于咬合桩施工。（2）隧顶加固（B类）。隧道上方及两侧（隧道结构边平面各3m范围）采用格栅式搅拌桩加固，其中隧道中心线上方需布置一排搅拌桩。该范围搅拌桩加固主要用于改良基坑底至盾构隧道上方淤泥层参数，减小隧道上方基坑开挖卸载时对隧道的影响。（3）分仓挡墙（C类）。隧道侧（隧道结构边3m以外）范围，为满足分仓开挖两侧基坑开挖的高差，起到开挖挡墙的作用，确保分仓开挖的安全。盾构隧道上方深厚淤泥地层基坑设计潘伟光1，王 乐2，王 凯3 1 瀚阳国际工程咨询有限公司，广东 广州 510663；2.中国市政工程中南设计研究总院有限公司，广东 惠州 516000；3.广州轨道交通建设监理有限公司，广东 广州 510000摘 要：文中通过工程实例，探讨了既有线上方深厚淤泥地层基坑设计要点，为类似工程提供借鉴。关键词：临近既有线；深厚淤泥地层；设计要点中图分类号：TU74 文献标志码：B文章编号：1006-2890（2023）01-0205-03Design of Deep Silt Stratum Foundation Pit above Shield TunnelPan Weiguang1,Wang Le2,Wang Kai31.Hanyang International Engineering Consulting Co.Ltd.,Guangzhou,Guangdong 510663；2.China Municipal Engineering Zhongnan Design and Research Institute Co.Ltd.,Huizhou,Guangdong 516000；3.Guangzhou Rail Transit Construction Supervision Co.Ltd.,Guangzhou,Guangdong 510000Abstract:Through engineering examples,this paper discusses the key points of foundation pit design in deep silt stratum above the existing line,providing reference for similar projects.Key words:Near the existing line;Deep silt formation;Design points江西建材工程技术与管理2062023年1 月（4）连接加固（D类）。主要是连接裙边加固与隧道范围加固体。在基底范围内形成有效的传力块，增强基坑被动区抵抗效果。为减小搅拌桩施工对隧道的影响，以上各类搅拌桩均至基底以下3m，距离隧道顶净距不少于2.5m，且搅拌桩施工时隧道两侧应对称施工，以减小两侧土体不均匀扰动对隧道产生的影响。图1 分仓及加固图3.3 搅拌桩施工及检测（1）搅拌桩采用标准连续方式施工，咬合桩外侧的搭接形式为套接一孔法；咬合桩内侧的水泥土搅拌桩与咬合桩的搭接不小于200mm。（2）采用 800 搅拌机施工，采用 P O 42.5 普通硅酸盐水泥，水泥浆液的水灰比为0.50.6，水泥掺量不小于20%，并加入适量膨润土，空搅部分采用7%低掺量补强加固。施工前应进行工艺性试桩，对相对软弱土层应增加搅拌次数或增加水泥用量。（3）水泥和原状土须均匀拌和，必须控制好钻具下沉及提升速度，水泥浆液压力15.020.0MPa，旋转速度2025rpm，钻进搅拌速度为50cm/min，重复搅拌提升速度为0.81.0m/min。提升速度不宜过快，避免出现真空负压、孔壁塌方等现象。桩施工时不得冲水下沉。（4）搅拌桩应检测水泥固结体尺寸、搭接宽度、质量、截水效果、桩身强度，其中桩身强度采用抽芯法检测，要求28d无侧限抗压强度不小于0.7MPa。3.4 有限元分析采用 MIDAS GTS进行三维建模，分析土体加固后，基坑开挖过程中隧道变形情况，见图2。图2 基坑与隧道三维模型经过有限元模型分析，土体加固后，基坑开挖过程中隧道最大变形为5.65mm，满足DBJ/T 15-120-2017 城市轨道交通既有结构保护技术规范 规范要求。3.5 咬合桩注意事项（1）钢筋混凝土咬合桩施工分为二序，一序桩（素砼桩）采用超缓混凝土灌注，缓凝时间控制在初凝60h、终凝70h，混凝土等级为 C20；二序桩（配筋桩）在相邻的一序桩施工之后、初凝之前进行，混凝土等级为 C35，同时应满足一、二序咬合桩本身的间距及施工顺序要求。（2）隧道两侧3m范围内为盾构区域（即隧道保护区），以外区域为非盾构区；隧道保护范围内立柱桩和咬合桩，均应采用全套管工艺，同时应采取可靠措施，严控桩底与套管底标高并避免桩周及桩底土层扰动，以确保隧道安全；隧道保护区外的立柱桩和咬合桩宜优先考虑全套管全回转设备，也可考虑搓管机等。（3）隧道正上方及隧道侧1m范围内，桩底至隧道顶以上不少于2m，避免在淤泥等软土层中施工时对隧道产生不良影响，例如，因施工机械操作不当导致隧道遭到破坏等。3.6 分仓开挖方案分仓开挖是基坑施工时减小对隧道影响的重要措施。3.6.1 大基坑与小分仓基坑的关系根据数值模拟分析结果，当隧道上方覆土大于10m时，基坑开挖对隧道的影响在可接受范围。按此原则，可先进行基坑土方开挖，开挖深度约6m，至基坑底约为4m时，再进行土方分仓开挖。分仓跳挖范围为隧道影响范围，其他范围基坑待各仓底板完成后可同时开挖。3.6.2 分仓原则底板沿隧道方向设置三排纵向工程桩，分别位于左、右线隧道两侧3m以及隧道中线处，桩径1.2m、间距3.6m。分仓按隧道左、右线，分为左线仓和右线仓，纵向（沿隧道方向）两侧边界为底板工程桩各向外扩1m，中间边界为中部工程桩往右线隧道方向1m。考虑到基坑安全以及隧道保护，每仓开挖施工底板时，需保证仓内至少有1 根工程桩，底板与工程桩相连，形成“门”式结构，减少基坑开挖卸载时隧道上浮影响。隧道线间距为7m，即左、右线分仓垂直隧道方案总长29.4m，其中左线仓长17.1m，右线仓长12.3m，每仓沿隧道方向宽约3.25.5m。3.6.3 开挖方案开挖总思路是“左右错开，分仓跳挖，先中间、后两边”3-6。“左右错开”是指左线仓与右线仓沿隧道方向错序开挖，对齐的左、右仓不能同时开挖；“分仓跳挖”指左线仓或右线仓以每5江西建材工程技术与管理2072023年1 月仓为一槽段，槽段内采用跳仓开挖，即两侧1 序槽段先开挖，接着开挖中间2 序槽段，最后施工3 序槽段；“先中间、后两边”指开挖时从大基坑中间先开挖并进行底板施工，再往基坑两边施工。在基坑角部位置（东南角和西北角），待大基坑底板以及每分仓底板均封闭后，进行角部分仓开挖施工，确保大基坑安全。3.7 分仓方案分仓方案如图1 所示，分仓具体开挖次序如下。（1）基坑中部左线分仓先施工，将压载板两端锚固在桩上；右线分仓后施工，并应与已施工的压载板相连。具体施工顺序如下：先施工左1-1、左1-2、左1-3、左1-4，再进行左2-1、左2-2、左2-3、左2-4 及右1-1、右1-2 施工，之后施工左3-1左3-6 及 右2-1、右2-2、右2-3，最 后 施 工 右3-1右3-5。待上一次序分仓底板强度达到80%以上后，方可施工下一次序分仓。（2）除西北角右5-2、左5-2、左4-3-1、左4-3-2 及东南角右5-1、左5-1、左4-2-1、左4-2-2 外，其余仓室压载板施工完毕后，即可开挖基坑非盾构影响区剩余土体并施作底板，待完成后再施工剩余分仓。（3）对于西北角，先施工右4-2，再依次施工左4-3-1、右5-2、左4-3-2，最后施工左5-2；对于东南角，先施工右4-1，再依次施工左4-1、右5-1、左4-2-1、左4-2-2，最后施工左5-1。（4）单仓开挖方案。为减少土方开挖对隧道的影响，单仓开挖时，需分层开挖，每层开挖2m，待监测数据无异常后再继续开挖。单仓分层开挖深度也可通过设置实验仓结合监测数据确定。3.8 监测方案（1）基坑施工过程中，除需按规范对周边建筑物、管线、基坑自身进行监测外，还需重点对隧道内进行布点监测。（2）对已完成结构施工的3 号线隧道进行监测，布置测点前应与隧道相关单位对接，先详细调查施工情况、隧道现状以及现状标高等，做好调查记录，并经双方签字认可。对既有隧道采取自动化监测，基坑范围内左、右线隧道每5m布置1 个监测断面；在基坑两侧各50m范围内，左、右线应各再布置2个监测断面。（3）在每个分仓开挖时，也需对分仓基坑进行监测，防止分仓自身基坑变形过大以及基底隆起超标。3.9 降水方案鉴于基坑范围内淤泥地层软厚，本工程采用疏干降水井的方法进行降水。降水井孔径为 700mm，内设 273mm钢质管，沿管长方向设1050mm50mm圆孔，外包二层60目尼龙网布，用18#铁丝以间距100mm螺旋缠绕。降水井间距约1520m，并错开立柱桩、工程桩位置设置。降水井深度至基坑底5m。开挖前先降水至开挖面以下1m，降水井保留至底板施工完成。4 结语综上所述，经本文研究，对位于隧道上方且距离较近、自身存在深厚不良地层的基坑施工，重点需采取以下几项措施。（1）基底加固，用于改良基底和隧道之间的土体，尽量减少基坑卸载过程中土体的变形。（2）隧道上方基坑分仓、