王 梅

(西安市政道桥建设有限公司，陕西 西安 710077)



·桥梁·隧道·

湿陷性黄土地区运营地铁盾构隧道加固技术

王 梅

(西安市政道桥建设有限公司，陕西 西安 710077)

结合南门立交工程的实际情况，介绍了该工程地铁加固中降水井井位定位与降水技术控制措施，并从钻孔灌注桩施工、土方开挖、土体注浆加固等方面，阐述了土地隧道的加固技术，确保了地铁盾构隧道的安全性。

地铁，隧道，钻孔灌注桩，加固技术

0 引言

近几年来，有关在运营地铁隧道附近进行深基坑施工，对其影响的理论研究较多，但由于受各地城市轨道交通条例中安全控制范围的限制，一般明挖基坑工程均避免在地铁隧道体附近施工，且须保留地铁隧道抗浮最小覆土厚度，以保证地铁运营安全。目前仅在我国少数几个大型城市中有个别基坑工程近距离上跨运营中的地铁隧道，其安全距离一般控制在0.5d(d为盾构结构的直径)，即2 m～3 m以外，多使用水泥搅拌地基加固或支撑桩等施工工艺，且跨越长度不超过20 m。

西安作为西北湿陷性黄土地区具有代表性地层的城市，本工程的建设使得西北地区首次有新建地下构筑物近距离上跨正在运营中的地铁盾构区间，并对地铁盾构结构进行加固，保证其安全运营。

1 工程简介

南门和环城南路综合交通治理——南门立交工程，是西安市利用世界银行贷款实施的“城市综合交通改善工程”项目之一。其市政下穿隧道部分，设置为双向六车道，机动车、非机动车均可通过隧道直接穿过南门广场。

该隧道净长度为236 m，宽度36.4 m，施工采用明槽开挖的方式。隧道中部上跨2010年运营的地铁二号线永宁门—钟楼盾构区间。

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 m～24 m，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36.4 m，深约9.2 m，由于结构和功能要求，致使隧道现浇混凝土结构底面与盾构管片顶部最小距离仅为1.97 m，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10 m内为重点保护区的距离。

该工程地下水稳定水位深度为6.10 m～11.50 m，相应高程为395.22 m～404.21 m，属潜水类型，地下水位年变幅在2.0 m左右。

为确保地铁盾构区间隧道上部土体卸荷后结构的稳定，在南门下穿隧道施工中主要采取了在施工范围内降水、桩板联合加固、基坑土方分块分层开挖等加固施工技术，并对该技术进行了研究。

2 地铁加固技术

2.1 钻孔灌注桩、降水井井位定位技术控制

为确保地铁隧道结构安全，防止灌注桩及降水井施工时打穿或碰触盾构隧道衬砌结构而造成运营事故，施工前联络地铁公司，索取本工程施工段地铁线路竣工资料、坐标导线点、水准点，将地铁坐标点、水准点与市政下穿隧道坐标点、水准点进行复核，同时用复核好的坐标点、水准点依据地铁竣工图复测现状地铁地面建筑物坐标、高程。经本工程建设、监理单位以及地铁公司技术处各方确认后方可进行测放钻孔灌注桩、降水井点位。

钻孔灌注桩、降水井定位时，采用GPS卫星定位测量系统布设现场导线点，应用高精度全站仪测放施工点位，并在灌注桩、降水井成孔时严格复核桩位及倾斜偏差，符合质量要求方可进行钢筋笼吊装和混凝土浇筑。

2.2 降水技术控制

施工场地地下水稳定水位深度为6.10 m～11.50 m，相应高程为395.22 m～404.21 m，处于地铁盾构隧道顶1 m位置。下穿隧道大断面深基坑开挖到基底时，距地铁隧道顶仅余1.97 m覆土，不满足最小覆土要求。根据有关规范和条例，地铁隧道顶覆土要求不小于5 m。当覆土不大于5 m时，隧道结构的受力平衡被破坏，地下水的浮力和卸荷造成的应力释放会引起地铁隧道上隆。为防止隧道结构上浮，在基坑土方开挖前，需进行施工降水作业，同时遵循以下要求：

1)降水时严格控制水位深度。水位控制过低时，盾构管片基底失水后沉降会引起管片下沉。水位控制过高时，浮力会引起管片上浮。经计算，地下水位控制在盾构结构底时，隧道因降水产生的变形量最小。因此，须将现状地下水降至地铁区间隧道底，水位降幅约为6 m～7 m。

2)合理布置降水井的位置、控制降水速度。委托有资质的单位进行降水设计，将降水可能对地铁盾构隧道产生的影响进行分析和计算。因地铁永宁门车站及周边高楼的深基坑施工时该区域已多次进行了降水，土层在失水后的沉降已达到稳定。参照以往降水经验，降水幅度每天不超过0.6 m。

降水井点在地铁沿线两侧按20 m间距呈梅花形布置，井深从地表起算为38 m，无砂混凝土井管内径400 mm，外径500 mm。成井采用大锅锥钻进，成孔直径600 mm，下管前洗井清渣，清渣后下入滤水井管。井管与井壁之间用3 mm～5 mm天然砾石填充。

2.3 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)钻孔灌注桩施工。市政下穿隧道结构主体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2 m位置，纵向36.4 m宽度范围内设置有116根φ800@1 500 mm的钻孔灌注桩。钻孔灌注桩孔深22.5 m，有效桩长13.3 m，空桩9.2 m～9.6 m。

地铁加固桩距离地铁管片净间距2 m，桩顶距离地面9.2 m～9.6 m，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。

同时，对以往的施工工艺进行了梳理和优化，加强了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。

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。

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。在此种情况下，对基坑土方的开挖提出了更高的要求，即“分层、分部、对称、平衡、限时”的5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。

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。

a.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 mm×150 mm，喷射混凝土采用150 mm厚C25早强喷射混凝土。

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5 m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3 m，宽10 m，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 mm×400 mm钢筋混凝土冠梁及400 mm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1.5 m留置φ42 mm长度1.5 m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 h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。

3)土体注浆加固。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。

3 结语

本次加固施工的顺利完成，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的目的。在制定降水、加固等施工方案的过程中，经多方讨论、严密计算，并组织专家进行论证，施工中严格执行了既定方案，保证了地铁盾构隧道的安全。

[1] JGJ 120—2012，建筑基坑支护技术规程[S].

[2] JGJ 167—2009，湿陷性黄土地区建筑基坑工程安全技术规程[S].

[3] GB 50299—1999，地下铁道工程施工及验收规范[S].

Reinforcement technology of in-service subway shield tunnel in collapsible loose region

Wang Mei

(Xi’anMunicipalHighwayBridgeConstructionCo.,Ltd,Xi’an710077,China)

Combining with actual Nanmen overpass engineering conditions, the paper introduces dewatering well orientating and dewatering technology control measures in the subway reinforcement, and describes land tunnel reinforcement technologies from aspects of bored pile construction, earthwork excavation and soil grouting reinforcement, with a view to guarantee the subway shield tunnel safe.

subway, tunnel, bored pile, reinforcement technology

1009-6825(2016)26-0158-02

2016-07-08

王 梅(1972- )，女，高级工程师

U455.43

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