临近地铁既有线隧道软弱地层加固方案及桩基施工方法研究

临近地铁既有线隧道软弱地层加固方案及桩基施工方法研究

赵胜冬

摘要：项目为建筑面积7.9万平的地下三层房建基坑，既有运营的地铁线从基坑西北角斜穿到东南角，施工期间确保地铁线运营安全整个项目的成败关键所在。基坑西北角地质条件差，地铁隧道上部为位于粘土层，底部为砂质粘性土，极易受到施工干扰，所以项目施工风险极大。项目采用静压钢板桩及低压注浆对隧道周进行加固，选用全套管全回转钻钻机成桩，确保了地铁既有线的安全。

关键词：地铁既有线保护；静压钢板桩及低压注浆（软弱地层）；全套管全回转钻机桩基施工

随着城市地铁及城市间城际轨道交通工程的发展，轨道交通工程建设的投入和规模越来越大，同时由于城市用地的日趋紧张，随着土地的开发利用，临近地铁结构的深基坑施工将不可避免，然而运营中的地铁盾构上方的改造工程存在难度高、风险大、不可预见因素多等特点。在日本，已将紧邻地下隧道结构施工界定为“近接施工”，并给予了足够重视。本文结合前海交易广场项目地铁保护工程，选用国内先进全回转全套管施工工艺、采取静压钢板桩及低压注浆技术加固措施，有效确保在软弱地层中进行桩基施工时对既有地铁线的保护，施工期间地铁既有线隧道的横竖向收敛、竖向及水平沉降及变形速率的均在控制值范围内。本文中的施工方案、施工方法以及施工保证措施等在以后的类似工程施工中都可推广应用。

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项目目占地面积为7.9万m2，为大型房建基坑，项目特点为既有运营的地铁1号线从基坑西北角斜穿到东南角，将基坑一分为二，如图1。地铁与项目基坑通过咬合桩隔离。地铁保护结构主要包含地铁隧道结构两侧咬合桩，抗拔桩位于两条隧道中间，与隧道净距约3m；地面标高约+7.5m，基坑底标高-5.65m，基底距区间隧道结构顶最小距离3.0m，如图2。根据国家《城市轨道交通结构安全保护技术规范》，桩基施工、基坑开挖对地铁1号线影响等级为特级。其中基坑西北段地质条件差，运营期间，盾构隧道内存在管片大面积掉块开裂的现象，对地铁安全运营造成非常大的影响。现阶段该区间受损严重段已进行补强加固，但施工期风险仍然很高。必须运用可靠先进施工工艺，提出切实可靠的加固措施保护该段地铁隧道。

1.2研究区域（西北角）地质情况

项目地处填海区，场地原始地貌为滨海滩涂地地貌，经堆载预压法软基处理形成现在的陆域，现状场地软基处理完成5年以上，区内地势较平坦。西北角场地内地层自上而下有：

①填土（石）

④砂质黏性土、

⑤1全风化花岗岩、

⑤2强风化花岗岩、

⑤3中风化花岗岩、

⑤4微风化花岗岩。

西北角区域岩层较深，地铁隧道位于8~14m区间，上部为粘土层，底部为砂质粘性土，极易受到施工干扰。

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2.1采用静压钢板桩及低压注浆对隧道进行加固

2.1.1地铁加固目的为增加隧道周边围岩刚度和稳定性，增强隧道抗扰动能力同时传递施工荷载到隧道底基岩，减少隧道附加荷载。加固方案采用采用静压钢板桩+隧道周边土体加固（注浆）。

2.1.2施工步序：地面硬化→静压钢板桩施工→注浆→浇筑混凝土板面。加固平面及断面见图4、图5。

2.1.3小结：

①隧道两侧拉森Ⅲ型钢板桩采用静压植桩机密排植入，钢板桩距隧道1.5m。

②注浆段采用钢花管注浆工艺，采用HSC新型（含水细砂型）注浆材料，水灰比取0.6～0.8，每延米材料用量不低于200kg。

③每排每个分区内的注浆孔隔孔交替同步注浆。

④注浆压力0.3～0.7MPa，在注入率大于10L/min的情况下，尽可能采用较小的注浆压力，减小地面冒浆的可能性。

⑤每一段注浆结束后，提升注浆器，对比监测数据，若监测数据无明显变化，则继续注下一段，若隧道回调率达到2mm则停止注浆，待下次继续灌注。

2.2选用全套管全回转钻钻机成桩

2.2.1施工区域地铁隧道土质极差，桩基施工选用采用全回转钻机全套管跟进施工工艺，选用工艺理由如下：

①施工过程中全孔套管护壁、钻进和灌注均无孔壁坍塌风险、缩径的风险，能最大化控制成桩过程中对地铁隧道周围土体扰动。

②成桩的垂直精度高，防止施工过程中桩倾斜距离地铁过近造成地铁变形。

③成桩过程中对地铁隧道基本无扰动。

2.2.2施工机具采用QHZ－2000型全回转套管钻机，全回转全套钻孔孔灌注桩施工流程如图6所示。

公众号：全回转
网址：www.quantaoguan.com

2.2.3小结：

①施工过程中必须保证护筒超前钻进，确保不出现塌孔。②施工要具有连续性，防止地下水失水。

③施工过程中遇斜岩面时，需在护筒内加满泥浆，防止钻进岩层时，护筒与岩面无法紧密结合导致的塌孔漏水等。

2.3施工期间地铁隧道监测

2.3.1地铁隧道监测采用自动实时断面监测系统，通过自动监测实时隧道收敛数据，实现实时自动观测、记录、处理、存储、变形量报表编制和变形趋势显示等功能。利用互联网络建立信息化联络平台，与相关单位建立联动机制，实时共享和交流监测数据。

2.3.2地铁隧道监测分为运营安全控制和结构安全控制，运营安全控制指标为：轨道水平、竖向变形±6、±8、±10mm三级预警，变形速率控制值±2mm/day；结构安全控制指标为：水平、竖向收敛+6、+8、+10mm三级预警，变形速率控制值±2mm/day。

2.3.3地铁加固及桩基施工期间，西北角（左线L137~L171、右线R109~166环）每1.5M（1环）布设一组监测断面，每组监测断面5个监测点，共91组监测断面，分别监测隧道收敛，轨道水平及竖向变形。本文随机抽取了L160和R155监测点施工期间的开累数据列示（图7、图8）。

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既有运营的地铁线从基坑西北角斜穿到东南角，将一个地下三层房建基坑一分为二，施工期间确保地铁既有线运营安全是整个项目的成败关键所在。基坑西北角地质条件差，地铁隧道上部为位于粘土层，底部为砂质粘性土，极易受到施工干扰，所以项目施工风险极大。项目采用静压钢板桩及低压注浆对隧道进行加固，选用全套管全回转钻机进行桩基施工，通过施工期间对隧道的实时监测，得出以下结论：

①通过对地层进行注浆加固，增加隧道周边围土体刚度和稳定性，增强隧道抗扰动能力，同时传递施工荷载到隧道底基岩，减少隧道附加荷载。

②静压钢板桩起加固及二次保护作用：确保注浆加固作用最大化的对地铁隧道进行保护，桩基施工阶段隔离隧道，对隧道进行二次保护。

③选用全套管全回转钻机成桩，最大化控制成桩过程中对地铁隧道周围土体扰动。施工时在护筒内加满泥浆，保证了灌注期间地下水不流失，成桩过程中对地铁隧道基本无扰动。

④通过信息化施工，用监测数据指导施工，施工完成后，全部监测数据均未超过预警值。