软土地区隧道正上方加卸载对隧道变形的影响分析
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摘 要：本文通过对地铁上方加卸载实测数据分析，探讨了土方加卸载对隧道变形的影响，得出隧道正上方加卸载对隧道的垂直位移有着直接的影响。隧道正上方土方卸载是整治隧道差异沉降的有效措施，EPS块料铺设不会使隧道沉降，EPS换填土方后进行道路施工对减轻上方荷载对隧道垂直位移影响有显著作用。泡沫轻质土换填对下方隧道变形改善效果不如EPS换填。案例对于外部扰动对盾构隧道影响及整治研究具有重要的工程实践价值。
关键词：软土隧道 上方加载 EPS 泡沫轻质土 沉降变形
中图分类号：U451 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）02（c）-0043-03
随着地铁线路的不断延伸，轨道交通安全保护区隧道正上方近年来有不少加载的工程项目，其中有几项对地铁结构产生一定影响。本文通过对上海轨道交通隧道上方卸载实测数据分析，研究了堆土卸载对隧道变形的影响。
1 情况简介与采取的即时措施
2013年3月，上海轨道交通某区间隧道发生三个明显加速发展的沉降漏斗，且该区段隧道内渗漏水严重，道床与管片脱开，累计沉降量已较大，沉降速度未见收敛。
三个沉降漏斗分别对应桥接坡及交叉路口。经查看该线路设计图纸，该区段双圆隧道上方地面原始设计标高普遍为3.8～4.2m，实测三个沉降槽对应部位地面标高5.1～6.92m。
经安保区巡查员发现，该隧道上方正在进行道路施工。2012年6月，发现违规迹象后，监护部门当月发送两次告知书，要求建设单位停止施工并办理相关监护手续，但建设单位未停工及申报。该道路于2012年底竣工通车运营，总宽度50m。
发现该区段安全隐患后，监护部门立即采取以下措施：
（1）将相关情况上报至维保中心及申通集团。
（2）隧道内采取注浆堵漏等措施。
（3）加强隧道结构变形监测，确保不发生突变。
（4）与项目建设单位沟通协商卸载相关事宜。
2 原因分析
经相关资料、实地踏勘及数据分析，引起沉降的主要原因是道路加载，道路设计单位并未考虑引桥填土对隧道的影响问题，桥头填土产生的附加应力，引起了隧道底标高以下（绝对标高-15m以下）的软土沉降，从而使隧道区间发生了超标不均匀沉降。
3 工程整治措施及要求
对桥头道路接坡纵向从桥头至目前路面标高约5.2m的位置，长度为100m，横向自道路中心线两侧宽度20m的范围内进行对称均匀卸载，卸载深度至绝对标高3.0m。采用EPS及相应的路面结构置换桥台后的填土。
交叉路口路面平均标高5.2m，其中最高为6.05m，原现状地面标高4.0m，卸载至2.5m，采用现浇泡沫轻质土换填厚度2m，现浇泡沫土容重0.7t/m3，其上复原路面结构。
土方开挖须严格执行“分层分段，留土护壁，限时开挖”的原则，在开挖过程中每一级放坡不陡于1：2，总坡度不超過1：3。
EPS块材填筑技术要求如下。
（1）EPS块体铺设在施工基面上，施工基面横向挖成2.0%横坡路拱层，纵向按路面纵坡要求放样，超挖地面顶面为20cm中粗砂垫层，用于找平和排水。砂垫层采用中粗砂，含泥量不大于3%，要求厚度均匀，表面平整，顶面平整度误差为±10mm。
（2）EPS块体选用300cm×124cm×63cm尺寸，容重为35kg/m3。EPS材料必须满足设计要求的抗压强度，当试件压缩变形为5%时，单个试件抗压强度不低于120kPa，EPS块体需要切割时，应采用电热丝进行切割。EPS材料还应具有燃烧时的自灭性。
（3）EPS铺设采用错缝方式，错缝要求一般≥50cm，特殊部位≥30cm（如边缘部位），块体间的缝隙和平整度应分别控制在20mm和10mm以内。块体之间产生缝隙和高差时，以及块体与结构物之间有间隙时，均采用水泥砂浆调平、填隙。块体间采用双面或单面爪型金属联络件固定。
（4）EPS块体长边（3.0m）的用3个爪，中边（1.24m）用2个爪件，短边（0.63m）用1个爪件连接。在施工基面和斜面部位“I”型金属销钉固定于地基。
（5）EPS块体层顶部设置一层厚度为18cm的现浇钢筋混凝土板。钢筋混凝土板采用C30混凝土，钢筋为Φ8mm网格为15cm×15cm钢筋网（双层配筋），上下层钢筋网间距9cm。
（6）钢筋混凝土板达到一定强度后才能施工路面结构基层。
（7）EPS块材铺设时，可由左侧向右侧铺设，上层与下层错开半块块材宽度，最后一块为非整尺寸，非整尺寸块材宽度不得小于25cm。
（8）排水措施：EPS是憎水性材料，相关实验表明，EPS材料的吸水率仅为2%，基本为不吸水材料。因而，采用土工布外包，并采用20cm的中粗砂外包防渗土工布，基坑放坡坡脚处的位置采用UPVC管将中粗砂垫层内的水排入雨水窨井。
4 施工过程描述
4.1 桥头支护施工
桥两侧接坡采用浅侧放坡开挖、深侧利用桥台作为挡土结构;基坑东、西侧根据基坑深度分别采用放坡开挖、放坡开挖+400×160热轧U型钢板桩（桩长6m）、放坡开挖+500×225热轧U型钢板桩（桩长9m）的侧向支护形式。钢板桩插入比为基坑深度：板入土深度≥1：1.2。 4.2 桥头开挖卸载施工
由于道路机动车道范围外侧第三根车道下有雨水管道，管道中心线距道路侧石线2.0m位置，且管道底标高在1.9～3.7m（绝对标高）。考虑到施工对管道的影响，因而，按20m宽度垂直支护开挖，上部采用倒梯形，减载体积增大，减载效果应好于垂直开挖21m的范围。
4.3 桥头减载回填施工
桥接坡填土位置采用EPS置换至标高3.0m。
4.4 路口支护施工
采用东侧浅侧放坡开挖、深侧利用桥台作为挡土结构;基坑南北侧根据基坑深度采用500×225热轧U型钢板桩（桩长9m）的侧向支护形式，钢板桩插入比为基坑深度：板入土深入≥1：1.2。
4.5 路口开挖卸载施工
路口路面平均标高5.2m，标高为6.05m，原现状地面标高4.0m，卸载至2.5m。为控制路口下隧道变形，采取将路口填土区域分阶段进行挖土卸载的措施。每个阶段再分为两个基坑按先北后南的顺序进行先后施工，两个基坑相互独立。
4.6 路口换填施工
采用现浇泡沫轻质土换填厚度2m，现浇泡沫土容重0.7t/m3。
5 工况与隧道变形分析
5.1 施工工况
4月1日开工，桥两侧卸土于4月15日完成，共卸载约10000m3。交叉口东北侧卸土4月16日完成，共卸载约2000m3;交叉口西北侧卸土4月14日已完成，共卸载1200m3。路口北侧两块恢复通车后，进行南侧两块卸载施工。交叉口东南侧卸土4月23日完成，共卸载约3000m3;交叉口西南侧卸土4月23日已完成，共卸载2000m3。
5.2 隧道监测数据
由图2可以看出，桥两侧卸载施工前，对应区段隧道最大沉降达-81.27mm。卸土施工期间，对应区段隧道沉降数据上抬11.71mm，上抬速率2.34mm/d，说明隧道正上方土方卸载是整治隧道差异沉降的有效措施。EPS铺设施工期间，对应区段隧道沉降数据上抬3.69mm，上抬速率0.31mm/d，说明EPS块料铺设不会使隧道沉降，EPS换填土方进行道路施工对减轻上方荷载对隧道垂直位移影响有显著作用。
由图3可以看出，路口施工前，对应区段隧道最大沉降达-87.85mm。卸土施工期間，对应区段隧道沉降数据上抬3.19mm，上抬速率0.35mm/d，由于该处土方卸载量较小，隧道上抬量也较小。泡沫轻质土浇筑施工期间，对应区段隧道沉降数据先上抬6.23mm，后下沉4.13mm，说明泡沫轻质土对隧道沉降有一定影响，泡沫轻质土填土方进行道路施工对减轻上方荷载对隧道垂直位移影响作用较小。
6 结语
通过对工程施工及隧道数据变化情况分析，我们可以给出以下结论：
（1）隧道正上方加卸载对隧道的垂直位移有着直接的影响，隧道正上方土方卸载是整治隧道差异沉降的有效措施。
（2）EPS块料铺设不会使隧道沉降，EPS换填土方进行道路施工对减轻上方荷载对隧道垂直位移影响有显著作用。
（3）泡沫轻质土对隧道沉降有一定影响，泡沫轻质土填土方进行道路施工对减轻上方荷载对隧道垂直位移影响作用较小，其效果不如EPS换填。
（4）建议加强对地铁上方加卸施工的监督和审查。
参考文献
[1] 王如路.上海软土地铁隧道变形影响因素及变形特征分析[J].隧道与轨道交通，2009（1）：1-6.
[2] 叶耀东，朱合华，王如路.软土地铁运营隧道病害现状及成因分析[J].地下空间与工程学报，2007，3（1）：157-160.
[3] 邵华，黄宏伟，张东明，等.突发堆载引起软土地铁盾构隧道大变形整治研究[J].岩土工程学报，2015， 38（6）：1036-1043.
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