【摘要】市政桥梁建设同时上跨多条既有地铁隧道，若施工不当会严重影响地铁运营的安全，因此施工中考虑地铁保护研究工作尤为重要。通过支护结构与地铁位置关系的分析，对于浅埋的地铁隧道，位于软弱地层的不利条件下，充分考虑隧道结构变形的因素，制定有效的地铁保护措施，并通过数值分析证验证地铁隧道在保护措施条件下施工是可行的。采取的地铁保护措施可为同类工程施工提供参考。
【关键词】市政桥梁 地铁保护 浅埋 软弱地层
0 引言
随着城市建设迅速发展，城市的立体交通设施也日渐完善，尤其是地铁建设在城市中形成网络分布，不可避免的在地铁线路上方进行市政设施施工。市政桥梁跨度大，基坑范围广，对于同时上跨几条地铁线路施工项目来说，更应该采取有效的保护措施，保证地铁的运营和结构安全。
桥梁施工时应充分考虑基坑施工对地铁的影响因素，包括基坑开挖深度、支护结构与地铁的位置关系、地质水文条件、基坑支护形式、地铁隧道埋深等。本文通过工程实例，分析上跨桥梁基坑支护结构与多条地铁隧道的位置关系，提出对于浅埋隧道、软弱地层条件下采取的保护措施，通过数值计算验证保护措施的可行性。
1 工程概况
1.1 工程介绍
深圳某市政桥梁为跨河道设置的一座景观桥，桥梁道路等级为城市次干路，设计车速为50km/h，红线宽度50m，全长约310m。主桥采用分幅设计，按使用功能横向分五幅设计，中间一幅为车行桥，桥宽36m，采用钢结构拱梁组合结构；两侧两幅为非机动车和人行道桥，桥宽6.75m，采用钢结构连续箱梁结构；最外侧为人行坦拱桥，桥宽4m，采用钢箱梁拱桥结构。
1.2工程水文地质情况
该项目原始地貌为滨海冲积阶地交汇处，经人为挖填改造，原始地貌已改变，场地地形较平缓。基坑范围场地地层按从上至下可分为人工填土层（Qml）、淤泥、粉质粘土层，砾质粘性土及下伏混合黄岗岩，地质条件差。
孔隙潜水赋存于第四系松散堆积孔隙中，以潜水形式储存，场地地下水相对较丰富。场地位于近海地带，地下水与海水水力联系紧密，地下水受潮汐及大气降水影响而呈动态变化，地下水季节变化幅度约1.5m。
1.3支护结构与地铁位置的关系
本项目桥位位于深圳地铁1号、5号和11号线保护范围内，目前3条地铁线均处于运营中，5号线和11号线位于景观桥的正下方，1号线位于本工程的东侧，距离桥梁结构最小距离为30m左右，景观桥和地铁的相互关系如图1所示。
地铁1号线、5号线和11号线均为双线行车，采用盾构施工，盾构隧道采用圆形截面，结构外径为6m。
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图1 景观桥与地铁平面关系图
景观桥北侧承台桩基与11号线结构边缘最小净距为3.0m；承台底部距离地铁结构外边缘距离约为9.34m。景观桥北侧承台桩基与5号线结构边缘最小净距为4.5m；承台底部距离地铁结构外边缘距离约为4.56m。
景观桥南侧承台桩基与11号线结构边缘最小净距为3.5m；承台底部距离地铁结构外边缘距离约为7.45m。景观桥南侧承台桩基与5号线结构边缘最小净距为3.1m；承台底部距离地铁结构外边缘距离约为3.78m。
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图2 南侧承台与地铁位置关系剖面
2地铁保护措施
桩基与地铁5、11号线的结构边缘的接近程度为非常接近，相对净距小于盾构直径，由于盾构隧道正上方为桩基承台，工程影响分区为强烈影响区，对地铁的影响为特级影响。该场地地质条件比较复杂，周边开挖建设已对地铁造成较大变形，地铁运营单位提出要求结构变形控制在≤4mm，因此，有必要采取更强的地铁保护措施。
2.1桩基施工
为减少桥梁桩基施工对地铁的振动影响，防止塌孔影响隧道安全，确保桩基施工过程安全，采用液压全钢护筒护臂+旋挖法进行施工。钢护筒需打入盾构结构高程以下深度2米以上，并严格控制钢护筒的垂直度，保证桩基倾斜率不大于0.5%，桩基位置偏差小于50mm。
2.2地铁周边加固
在地铁隧道周边进行土体加固，能防止地铁上浮及侧移，起到抗隆起的作用。由于场地位于软弱地层，工程力学性质差，具有高压缩性，同时工程场地内多人工填土、填石分布不均匀，对桩基施工有较大影响，从适宜性角度考虑，地基土加固采用袖阀管注浆方法。注浆过程中应注意控制压力等相关参数，使土体均匀加固，减少各方向的压力差异。注浆孔间距呈正方形布置，注浆顺序应按跳孔间隔注浆方式进行。
2.3止水帷幕及降水
考虑到基坑开挖时地下水对基坑及周边环境的影响，决定采用高压旋喷桩帷幕止水。承台基坑开挖边界外3m采用φ700@500旋喷桩止水帷幕，采用双重管高压旋喷工艺。承台基坑开挖前先根据分区进行井点降水，降水标高控制在基坑开挖底标高以下1.0m范围，形成降水相当于加载以弥补开挖卸载带来的不利影响。
2.4基坑分区分块施工
在隧道结构上方开挖卸载，隧道上方覆土重量减小，有可能引起隧道上浮，隧道结构顶板发生较大的竖向变形。为了避免在隧道正上方和两侧大量开挖卸载土方，整个承台基坑两侧各分四个区域施工，不同区域分多块施工，基坑开挖到位后尽快完成承台施工。
北侧承台基坑共分为A、B、C、D四区，其中A区分为A1、 A2、 A3三块，B区分为B1、 B2、 B3三块，C区分为C1、 C2两块。A、B区可同步施工，且A、B区承台浇筑完成并回填后方进行C、D区开挖。南侧承台基坑共分为E、F、G、H四区，其中E区分为E1、 E2、 E3三块，F区分为F1、 F2、 F3三块，G区分为G1、 G2两块。E、F区可同步施工，且E、F区承台浇筑完成并回填后方进行G、H区开挖。
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图3 南侧承台基坑基坑分区分块平面图
2.5 竖井支护方案
在场地整平为标高+1.5m，基坑开挖深度4.1m，采用1道混凝土支撑，竖井由锁口圈、井身组成。开挖时先挖中间，然后向井壁扩挖，开挖成型后先初喷砼，初期支护封闭成环浇筑承台后在承台范围内做好传力带和钢换撑场地整平为+4.0m，基坑开挖深度6.6m，采用1道混凝土支撑+1道钢支撑。在较深且土层差的地段宜增加钢管桩超前支护，增加稳定性。
2.6 施工监测
发挥信息化手段，加强地铁监测，对地铁盾构隧道进行初测，采用激光全断面扫描法，根据检测结果合理确定地铁保护控制参数，有效指导施工。为确保基坑开挖时对既有地铁线运营的安全，对隧道实行自动化监测及基坑水位观测、测斜管观测、振动监测等施工观测项目。隧道自动化监测根据《城市轨道交通安全保护第三方监测指标》，每条隧洞每10米布置一个监测断面，每个监测断面布置5个监测点，监测点布置在隧道侧壁及轨道道床上。隧道结构绝对隆起量、沉降量及水平位移量控制在≤4mm。
3 隧道结构三维数值模拟计算
3.1计算模型及参数
在Midas/GTS中建立实体几何模型。地层从现状地面线开始选取，包含杂填土、填石、粉质粘土、砂质粘土、全风化岩、强风化岩、中风化岩。由于南北承台的现状地面高度并不相同，因此地层为倾斜地层。计算模型的工况均严格按照施工步骤设定。
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图4 计算模型
3.2 计算结果
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图5 南侧承台基坑开挖完毕
盾构地铁隧道东西向位移（X方向）最大值为1.44mm，南北向（Y方向）位移最大值0.61mm，竖向位移最大值为3.31mm≤4mm，X、Y、Z方向的位移最大值均发生在5号线上，这是因为5号线埋深较浅，距离基坑开挖底部较近的缘故。根据计算结果，地铁隧道在上述施工条件下是较为安全的。
4 预防措施及应急预案
本项目涉及基坑开挖和地铁保护两项内容，必须引起高度重视，以预防为主，确保方案的正常实施和地铁线路的安全。
4.1预防措施
严格控制基坑的施工工序，暴雨季节应铺设彩条布，防止雨水进入竖井及坑内，并准备大功率水泵抽水，防止竖井内灌水。避免基坑坑底暴露时间，开挖至坑底标高尽快施作混凝土垫层。坡顶1倍基坑范围内严禁堆积荷载，坡顶不允许设置便道。准备一定数量应急物资，如回填土、砂包、木桩、水泥等材料。
4.2 应急预案
竖井若出现较大位移或垮塌，应采取措施有：及时回填土、砂石或砂袋等，待竖井变形完全稳定为止。
若地铁隧道结构出现隆起监测结果预警或隆起量较大时，应采取措施有：立即停止基坑土方开挖，应立即回填，增加上覆压力，至隧道结构变形完全稳定为止。对坑底进行加固，如采用注浆改善土体性质并增加土重。对其他相关预警结果及问题，应及时分析原因并制定相应处理方案后，再恢复施工。
5 结语
当上跨桥梁与多条穿过软弱地层的浅埋隧道存在桩基与隧道结构边缘距离极近的关系时，施工过程中要采取特殊的保护措施及监测手段，并利用科学的数值分析方法，验证上跨桥梁施工是可行的，得到如下结论：
（1）对于松散堆积体地层时，桥梁桩基施工采用液压全钢护筒护臂，能防止塌孔，保证成桩质量。
（2）采用袖阀管注浆方案对地铁周边土体进行加固，过程加强注浆效果控制，能够减小基坑上浮和侧移。
（3）分区段竖井开挖为该项目的关键控制措施，将桩基承台分成若干个竖井，进行跳区开挖能有效防止隧道产生较大的竖向变形。
（4）加强软弱地基的稳定性，增加钢管桩超前支护，能确保竖井支护方案质量。
（5）运用施工信息化手段，采用激光全断面扫描法，全方位、高精度、高密度获取真实可靠的数据，实现保护方案的最优化。在施工过程中隧道监测必须布置足够密度的监测断面和足够数量的监测点，同时加强监测方案，进行基坑水位观测、测斜管观测、振动监测。在施工前要制定专项应急预案，并提前将应急预案所需物资落实到位，能切实可行的保护既有下穿隧道的运营安全。
参考文献
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