地铁区间穿越建筑物基础保护方案探讨
中铁隧道勘测设计院有限公司李立
【摘要】通过结合工程实例，介绍了隔断法、注浆加固法、桩基托换等保护方法在地铁区间隧道穿越建筑物基础时的应用及施工技术措施，希望对类似工程的设计和施工提供一定的借鉴作用。
【关键词】地铁桩基托换隔断法注浆加固法
0 前言
随着我国国民经济的快速发展，各地的轨道交通建设方兴未艾。但由于地铁线路一般都穿越繁华市区，区间隧道穿越建筑物基础等障碍物的情况也越来越多，尤其是在北京、广州等地更为普遍。如何保证隧道穿越过程中地面建筑物的安全是设计与施工的关键问题。根据工程地质条件、施工方法以及隧道与建筑物基础近接程度的不同，地铁工程中常用的处理方法有隔断法、注浆加固法、桩基托换法。本文结合工程实例介绍其在地铁区间隧道工程中的应用。
1、隔断法
隔断法即在建筑物附近进行隧道施工时，为减少隧道开挖引起的土体位移及变形对建筑物桩基础的影响，在隧道开挖面与建筑物桩基础之间设置隔断墙的方法。
地铁区间隧道由于埋深较深，隔断墙一般由钻（挖）孔桩、深层搅拌桩、旋喷桩等构成，主要用于承受隧道施工引起的侧向土压力和地基差异沉降产生的阻力，以尽量减小对建筑物基础的受力状态的影响，保证建筑物的安全。
1.1 适用条件
隔断法由于隔断效果明显，能有效的保护邻近建筑物的安全，在城市地铁工程中得到广泛地应用，尤其是在区间隧道穿越重要的建筑物如各种桥基、文物保护性建筑、高层建筑物等，并且在地面上有隔断墙施做条件时，是首选的保护措施。
1.2 工程实例
天津地铁2号线某区间为双线隧道，采用盾构法施工，区间左、右线隧道分别从通南桥两侧穿过，隧道顶埋深19.3m。区间所穿越地层主要为粉质粘土和粉土层。受影响较大的桩基为海河西路侧的人行天桥桩基P1、P4，此桩基为摩擦桩，桩径0.6m，与区间结构外皮平面距离约为3.2m，竖向距离约为1.3m。具体
位置关系见图1“桥基与隧道位置关系及处理方案图”。
图1 桥基与隧道位置关系及处理方案图(单位：m)
Fig. 1 Relationship between pile foundations and tunnel and treatment measures (unit:
m)
由于该桥台桩基施工在前，区间盾构施工在后，如不提前采取措施，后期盾构施工会对该桥台桩基产生两种不利影响，一是盾构到达前后产生的土体松弛，会引起桩端持力层土体的承载力下降，靠近区间结构一侧的位于影响范围内的桩侧摩擦力会损失，以致桩基承载力不够。二是盾构推进时产生的侧向土压力导致桩基发生侧向变形或位移，也会使桩侧壁摩阻力损失，影响结构安全。
根据周边环境条件及区间隧道与桥桩的位置关系，综合技术经济比较后确定处理方案如下：
1）将桩基适当加深，深入隧道结构下1.5m左右，以增大桩侧摩阻力；
2）桥桩施工前，在靠近桥桩一侧先行打设一排隔断桩，隔断二者的相互影响。隔断桩采用二重管法旋喷桩施工，桩径φ800mm，桩间咬合200mm，加固后土体无侧压限抗压强度q u≥1.0MPa，并在隔断桩顶部施做冠梁，将其纵向连接在一起，防止侧向位移。
3）盾构通过此段时，需加强对桥基的监测，根据监测结果，及时调整盾构掘进参数；通过采取同步注浆和二次注浆等措施，及时有效地充填管片与土体之间的空隙，保证桥基的安全和盾构的顺利掘进。
2、注浆加固法
注浆加固法即在建筑物附近进行隧道施工时，为减少隧道开挖引起的土体位
移及变形对建筑物桩基础的影响，采用洞内超前注浆或者从地面对建筑物基础周围地层进行注浆改善地层的方法。
2.1 适用条件
注浆加固法适用于隧道在桩基础下方通过或隧道与桩基础水平距离很近，没有足够的空间施做隔断墙，或地面因为交通、管线等原因无法施做隔断墙的情况。一般适用于无黏结性的砂层、砂卵（砾）石层。该方法对环境影响较小，造价较低。
2.2 工程实例
北京地铁某区间为双线隧道，采用矿山法施工，区间右线隧道紧邻人行天桥东侧通过，隧道顶埋深16.4m。区间所穿越地层主要为卵石层，粉质粘土和粉土层。区间对紧邻隧道一侧的人行天桥桥基均有影响，其中受影响最大的桩基为桩基TJ2，此桩基为摩擦桩，桩径0.8m，桩底埋深12.4m，与区间结构外皮平面距离约为0.1m，竖向距离约为3.94m。具体位置关系见图2所示。
图2 天桥基础与隧道结构关系及处理方案图(单位：mm)
Fig. 2 Relationship between pile foundations and tunnel and treatment measures (unit:
mm)
区间隧道采用台阶法施工，开挖时，隧道拱顶不可避免地会出现一定的沉降及土体松弛，导致桩端持力层土体的承载力下降，且靠近区间结构一侧的桩影响范围内的侧摩擦力会损失，从而减小了桩基承载力，影响结构安全。
针对隧道开挖可能产生的不利影响，综合技术经济比较后确定采用洞内注浆加固法，在区间隧道施工经过天桥前后各5m范围内，采取具体措施如下：
1）洞内超前小导管注浆加固地层，靠近桥桩侧打设φ32径向小导管注浆，小导管长度3.5m，纵、环向间距0.5m×0.5m，注浆材料采用水泥-水玻璃双液浆，注浆压力要控制适当；
2）加密初期支护格栅纵向间距，减小为0.5m，并加设临时仰拱，及时打设锁脚锚杆，及时封闭，以控制地面沉降；
3）施工中应采取短进尺、快封闭的手段，加强初期支护背后回填注浆，减少对地层的扰动，尤其处理好施工中拱脚的下沉问题，将地层沉降控制在允许范围内；
4）施工全过程应加强洞内和地面天桥的监控量测，发现问题，及时采取措施；必要时根据量测结果临时封闭天桥，待施工通过后再行开放。
通过采取以上措施，该工程实施顺利，施工期间，桩基及地面未发现明显沉降，有效地保证了天桥的安全。
3、桩基托换法
桩基托换法即预先在隧道两侧或单侧影响范围外设置新桩基和承载梁，以代替原桩基承托原建筑物基础的方法。
3.1 适用条件
桩基托换法适用于隧道施工时需要将建筑物的桩基切断或者可能使其产生过大的变形从而危及建筑物安全时，在盾构法和矿山法施工的隧道中均有大量的应用。该方法对环境影响较大，造价较高。
3.2 工程实例
深圳地铁1号线某区间为双线隧道，采用矿山法施工，区间左、右线隧道分别从220KV高压铁塔两侧通过，隧道顶埋深7.3m。区间在该处所穿越地层自上而下主要为砾质粘土层。因区间埋深较浅，隧道施工对紧邻隧道一侧的高压铁塔基础均有影响，该铁塔基础为底部扩孔端承桩，桩上部直径 1.4m，底部直径扩为2.1m，桩底埋深4.4m，与区间结构外皮平面距离最近约为5.3m，竖向距离约为2.4m。具体位置关系见图3“铁塔基础与隧道结构关系及处理方案图”。
区间隧道采用台阶法施工。由于隧道埋深较浅，且与铁塔基础桩基无论水平距离还是竖向距离都很近，开挖时，拱顶上方土体受到扰动后会出现一定的沉降及土体松弛，导致桩端持力层土体的承载力大幅度降低，必将影响高压铁塔的安全，造成严重的后果。
由于隧道施工相对铁塔基础桩基影响范围较大，左、右线长度合计近60m，采用隔断法与注浆加固法不经济，并且注浆加固法不能完全保证铁塔的安全。综合技术经济比较后确定采用桩基托换方案，在高压电铁塔的每个桩基两侧各施作一根φ1000钻孔桩，桩长19.2m，桩底低于隧道结构底面7m左右，插入砾质粘土层中，具体措施及施工工序如下：
图3 铁塔基础与隧道结构关系及处理方案图(单位：mm)
Fig. 3 Relationship between pile foundations and tunnel and treatment measures
（unit: mm）
1）施作钻孔桩至牛腿底面高度，桩顶部钢筋需伸入联系梁内不小于700mm；
2）开挖基槽，基槽采用土钉+网喷混凝土支护；基槽开挖前，于城塔身四角设置斜向拉索，确保施工中，塔身不倾覆；
3）基槽底注浆加固地层，注浆管间距1.0m×1.0m,梅花形布置；
4）施作钻孔桩顶部牛腿；
5）施作联系梁，联系梁与高压铁塔之间采用植筋技术，将既有桩与联系梁形成整体，新旧混凝土之间通过界面处理保证两者之间的粘结力；联系梁底需满铺100厚C15混凝土垫层。托换桩与联系梁的关系见图4。
6）待联系梁及钻孔桩达到设计强度后，在牛腿上设置千斤顶，对桩及联系梁施加预加力，每个千斤顶的预加力根据计算为190kN；
7）最后浇注联系梁与钻孔桩牛腿之间的钻孔桩；
8）夯填基槽、恢复地面；
C C B B 300
300
图4 托换桩与联系梁设计图(单位：mm)
Fig.4 Design of underpinning pile and connecting beam （unit: mm ）
其它注意事项：
桩基托换完成后方可进行区间隧道的暗挖施工。暗挖区间隧道通过此段时，需严格按“管超前、严注浆、短开挖、强支护、勤量测、早封闭”的新奥法原理进行施工；缩短开挖进尺，加密格栅钢架间距至0.5m,开挖后及时进行支护,并及时在初支背后进行二次压浆，确保初支背后与土体之间无空隙存在。施工期间建立严格的监测系统，及时、准确的了解建筑物的沉降情况，通过信息化施工来确保建筑物的安全。
4、结束语
保护方案的选择需综合考虑工程地质条件、隧道埋深和开挖尺寸、建筑物的基础形式及容许变形量、隧道与建筑物基础近接程度、施工技术水平、对环境影响以及造价等多种因素而定。本文通过结合工程实例，介绍了隔断法、注浆加固法、桩基托换法等3种在区间隧道穿越建筑物基础时常用的保护技术及相应的设计方案和施工技术措施，希望可以对类似工程的设计和施工提供一定的借鉴作用。
[参考文献]：
[1] 王梦恕 《地下工程浅埋暗挖技术通论》[M] 安徽教育出版社，2004
[2] 施仲衡 张 弥 《地下铁道设计与施工》[M] 陕西科学技术出版社，2006
[3] 夏明耀 曾进伦 《地下工程设计施工手册》[M] 中国建筑工业出版社，1999
[4] 北京城建设计研究总院 GB50157-2003 地铁设计规范[S] 中国计划出版社，2003
作者简介：李立，男，1977年2月生，2000年7月毕业于西南交通大学土木
工程专业，大学本科，工学学士，工程师
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电子信箱：neonate_li@https://www.doczj.com/doc/9618923956.html,
通信地址：北京市丰台区太平桥路华源一里14号楼2302 100073
Abstract: Combined with practical work, the application and construction technical measures of protection method such as partition method, grouting consolidation method, pile foundation underpinning, etc were introduced as the metro running tunnel underpass the building foundations, which hoped to be useful for the design and construction of similar projects.
Key words: Metro；pile foundation underpinning; partition method；grouting consolidation method