基坑开挖引起下方隧道的变形控制
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［3， 4］ 。任何一个因素的改变都 将 式 （时空效应） 等等
不断满足人们日益增长的生活和工作需求， 同时也 给后建工程带来了诸多难题， 其中之一就是在地下 建构筑物上方 基 坑 开 挖 卸 荷。 在 软 土 地 层 中 开 挖 基坑引起的基坑隆起， 导致下方已有建构筑物的变 形， 从而对其使用功能和安全性产生影响甚至造成
地 下 空 间 与 工 程 学 报 第2卷 432 ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !
3
3 .1
减小隧道变形的施工控制措施
地基加固措施 为了确保下立交工程的施工安全， 尤其在施工
Baidu Nhomakorabea
灰色 淤 泥 质 粉 质 粘 土， 湿 度 饱 和， 含 水 量 50 % ， 土 土 质不均。而 ③ - 2 、 ③ - 3 层 也 为 粉 土 和 粉 质 粘 土， 层也是湿度饱 和。 该 三 层 土 层 正 好 在 下 立 交 底 板 的位置。在施工期间， 如果该层土受到扰动或遇到 水， 极容易液化， 从而引起基坑塌方， 造成事故。通 过这层土的加固， 注 入 了 大 量 水 泥 浆， 提高了该土 层的土体强度和密度以及回弹模量， 从而减小基坑 的变形， 减小坑底的回弹及下方隧道的隆起。 3 .2 搅拌桩的施工控制措施 在隧道上方搅拌桩施工时， 搅拌桩施工的卸荷 量也受搅拌桩的水灰比和注浆量的影响， 通过调整 注浆量和控制 水 灰 比 可 以 调 整 卸 荷 量。 并 且 根 据 搅拌桩的挤土效应的力学模型， 深层搅拌桩的挤土
第2卷 第3期 2006 年 06 月
地 下 空 间 与 工 程 学 报 Chinese JournaI of Underground Space and Engineering
VoI . 2 Jun . 2006
" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " 文章编号： （2006） 1673-0836 03-0430-04
基坑开挖引起下方隧道的变形控制
2 李志高 1， ，刘国彬 2 ， 曾
!
远 2 ，吴小将 2
200092）
（1 . 福建工程学院土木工程系， 福州 摘
上海 350007 ； 2 . 同济大学地下建筑与工程系，
要： 在上海东方路下立交工程中， 进行大 面 积 深 基 坑 开 挖 期 间， 严格控制地铁隧道由
工 程 全 长 600 m。 其 中 N01 、 N02 分 段 位 于 正 在运营中的地铁二号线上方， 施工过程中必须对地 铁线进行保护。 运 营 地 铁 二 号 线 隧 道 距 地 道 底 板 最近处为 2 . 8 m， 隧道大多位于 ④ 灰色淤泥质 粘 土
图1 Fig . 1 东方路下立交平面图
0 . 9 ~ 1 . 55 ~ 3 . 00 0 . 5 ~ 1 . 13 ~ 2 . 00 0 . 4 ~ 0 . 82 ~ 1 . 30 0 . 5 ~ 1 . 08 ~ 2 . 10 0 . 6 ~ 2 . 28 ~ 3 . 40 1 . 00 ~ 2 . 46 ~ 3 . 60 7 . 50 ~ 8 . 70 ~ 11 . 20 1 . 10 ~ 2 . 41 ~ 3 . 50
中要确保运行中地铁二号线的安全， 本工程采用了 水泥搅拌桩加固和双液 注 浆 加 固 （图 3 ） 。 另 外， 还 采用了三重管高压旋喷桩加固， 应用于下立交及管 廊等加固区域。 水 泥 搅 拌 桩 地 基 加 固 主 要 应 用 于 加固强度要求 N01 、 N02 节段地铁二号线沿线两 侧， 为 1 . 2 Mpa。通过加固软弱地基， 提高土体强度， 防 止土体液化， 从 而 提 高 基 坑 的 稳 定， 减小坑底的回 弹及下方隧道的隆起变形。 从地层特性表 中 （见 表 1 ） 可 以 知 道： ③ - 1 层为
3 .2 .1
充分利用遮拦效应
由于在下行线隧道外侧已经打了一排遮拦桩， 遮拦桩施工完毕 到 靠 近 遮 拦 桩 的 深 层 搅 拌 桩 施 工 已有 2O 天左右 的 时 间， 遮拦结构达到了比较高的 强度， 水泥土和 型 钢 形 成 一 个 整 体， 能承受一定的 水平荷载； 而上行线隧道外侧的遮拦桩施工完毕到 靠近遮拦桩的深层搅拌桩施工只有 3 天， 水泥土还 远没有达到强度， 甚 至 比 原 状 土 的 强 度 还 低， 但是 型钢本身有一定的刚度， 只不过水泥土没有将其连 成一个整体， 其遮拦效果不好。 3 .2 .2 控制连续成桩数量 共施 NO1 区的深层搅拌桩每 天 施 工 7 ~ 14 根， 工了 11 天， 而 NO2 区 相 同 桩 数 的 深 层 搅 拌 桩 只 施 工了 3 天， 几乎是连续施工。由于隧道的变形主要 是深层搅拌桩施工产生的孔隙水压力， NO1 区搅 拌 桩的施工速度很慢， 先前打桩产生的部分孔隙水压 力已经消 散， 因 而 隧 道 的 隆 起 值 较 NO2 区 的 小 得 多。 NO2 区的深层搅拌桩几乎是连续成桩， 其产生 的超孔隙水压力 来 不 及 消 散， 隧 道 隆 起 较 大， 因此 可以减少连续成桩数量控制隧道的变形。 3 .2 .3 隧道上方加固 在地铁隧道两侧进行抗拔桩施工前， 先在隧道 上半圆 环 圈 采 用 双 液 注 浆 加 固， 双液注浆厚度 1 增大 m。地基加固的作用首 先 增 大 土 体 的 c、 ! 值， 土体的弹性模量， 使 得 基 床 系 数 k 增 大， 使得隧道 纵向弹性特征值增大， 从而隧道的变形减小； 其次， 加固体形成的整体性很好的空间厚板体系， 在打桩 产生的挤土作用 时， 增 大 土 体 对 隧 道 的 约 束， 从而 可以有效地限 制 隧 道 的 隆 起。 其 次 合 理 安 排 打 桩 顺序， 先在地铁 隧 道 上 方 进 行 地 基 加 固， 然后打靠 近隧道的深层搅拌桩 （内插型钢） 作为遮拦结构， 利 用先打桩自身的遮拦作用， 可以在不花任何代价的 条件下， 减小隧道的隆起值。
［1， 2］ 严重危害 。合理选择控制地下建筑物变形 的工
影响到下方建构筑物的变形量。然而， 所允许的下 方建构筑物变 形 要 求 是 非 常 苛 刻 的。 本 文 从 施 工 工艺上分析了开挖卸载对下卧隧道的影响， 并提出 控制措施， 取得了巨大的成功。
艺， 保证下方建 构 筑 物 的 正 常 使 用， 成为工程界迫 在眉睫的一个 难 题。 本 文 以 上 海 东 方 路 下 立 交 工 程为背景， 该工程基坑开挖位于已运营的地铁隧道
Geological condition of the project 层厚 （ m） 重度 ） （ kN/m3 ） 18 . 4 17 . 7 17 . 7 18 . 3 17 . 2 16 . 6 17 . 9 粘聚力 C （ kpa） 10 13 14 3 13 14 19 内摩擦角 千 28 22 21 . 5 34 . 5 20 9 13 . 5 压缩模量 （ Mpa） Es 6 . 43 3 . 71 4 . 43 9 . 72 3 . 63 2 . 27 4 . 07
!
收稿日期： （ 修改稿） 2005-12-09 作者简介： 李志高 （1977- ） ， 男， 福建仙游人， 博士， 主要从 事 地 下 工 程、 基 坑 工 程 数 值 计 算 等 方 面 研 究。 E-maiI： heIIoIzg @ yahoo . com . cn
李志高， 等： 基坑开挖引起下方隧道的变形控制 2006 年第 3 期 431 ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !
图3 Fig . 3
地基加固图 图6 Fig . 6 在不同打桩条件下隧道隆起值比较 Comparison of tunneI upheavaI under different conditions of piIe driving
Graph of ground reinforcement
效应与贯入的 “泥浆桩” 的等效半径和桩长有关， 控 制注浆量和控制水 灰 比 可 以 调 整 “泥 浆 桩” 的等效 半径， 从而控制搅拌桩的挤土效应。下行线隧道两 侧分别连续施工了 2 根、 （图 6 根、 21 根 深 层 搅 拌 桩 ， 其隧道隆起增量值如图 5 所示。 4） 施：
2
工程概况
东方路下立交工程位于上海东方路、 世纪大道
和张杨路 交 叉 口 （见 图 1 ） 。下立交工程附近有已 建及规划建设的三条轨道交通线穿过， 自北向南依 次为明珠线二期、 地 铁 二 号 线 及 规 划 地 铁 R4 线 区 间隧道 （图 2） 。
图2 Fig . 2
地铁与下立交的相对位置关系图 Relation of the metro to underpass
1
前言
已建地下建构筑物 （如地铁车站、 区间隧道等）
二号线之上， 在地铁隧道上方进行宽达 18 m， 深 6. 基坑坑底距隧道顶部的最近距 5 m 的深基坑工程， 离只有 2 . 8 m， 常规的 大面 积开挖 不能满 足地 铁 隧 道的容许变形要求， 故采用考虑时空效应的施工方 法进行开挖。基 坑 开 挖 必 然 引 起 下 方 建 构 筑 物 的 变形， 下方 建 构 筑 物 变 形 量 的 大 小 与 许 多 因 素 有 关， 如： 基坑卸荷 量 （开 挖 深 度） 、 卸 荷 模 量、 开挖方
中。地下水位位于地面以下 0 . 5 m。工程地质特性 见表 1 。
表1 工程地质条件表
plan of Dong-fang Road Underpass
Table 1 土层层号 ① ② -1 ② -2 ③ -1 ③ -2 ③ -3 ④ ⑤ 土层名称 人工填土 褐黄色粉质粘土 灰黄色粉质粘土 灰色淤泥质粉质粘土 灰色砂质粉土夹粉粘 灰色淤泥质粉质粘土 灰色淤泥质粘土 灰色粘土
于上方基坑开挖卸载引起的变形量， 保证下方地铁二号线的正常运营， 施工难度极大。作者从 施工工艺上分析了开挖卸载对下卧隧道的影响， 提出了减小隧道变形的施工控制措施， 采用了 考虑时空效应的施工方法进行开挖， 取得了很大的成功。 关键词：开挖卸荷；隧道；变形控制 中图分类号： TU473 . 2 文献标识码： A
Control Measures of Tunnel Displacement by Over- excavation Unloading
， LI Zhi-gao1 2 ，LIU Guo-bin2 ，ZENG Yuan2 ，WU Xiao-jiang2
（1 . Department of Ciuil Engineering ，Fujian Uniuersity of Technology ，Fuzhou 350007 ，China ； 2 . Department of Geotechnical Engineering ，Tongji Uniuersity ，Shanghai 200092 ，China ） Abstract：During the Iarge acreage excavation in the project of Dong-fang Road Underpass in Shanghai，deformation of metro tunneI resuIting from over-excavation is strictIy controIIed to assure the normaI run and the construction is guite difficuIt. From the point of view of construction technoIogy，this paper anaIyzes the effect of excavation，proposes some measures to minimize the tunneI’ s deformation，and the construction method with considering time-space effect is adopted to excavation . The resuIts indicate that the construction is successfuI . Keywords：excavation unIoading；tunneI；deformation controI
不断满足人们日益增长的生活和工作需求， 同时也 给后建工程带来了诸多难题， 其中之一就是在地下 建构筑物上方 基 坑 开 挖 卸 荷。 在 软 土 地 层 中 开 挖 基坑引起的基坑隆起， 导致下方已有建构筑物的变 形， 从而对其使用功能和安全性产生影响甚至造成
地 下 空 间 与 工 程 学 报 第2卷 432 ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !
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减小隧道变形的施工控制措施
地基加固措施 为了确保下立交工程的施工安全， 尤其在施工
Baidu Nhomakorabea
灰色 淤 泥 质 粉 质 粘 土， 湿 度 饱 和， 含 水 量 50 % ， 土 土 质不均。而 ③ - 2 、 ③ - 3 层 也 为 粉 土 和 粉 质 粘 土， 层也是湿度饱 和。 该 三 层 土 层 正 好 在 下 立 交 底 板 的位置。在施工期间， 如果该层土受到扰动或遇到 水， 极容易液化， 从而引起基坑塌方， 造成事故。通 过这层土的加固， 注 入 了 大 量 水 泥 浆， 提高了该土 层的土体强度和密度以及回弹模量， 从而减小基坑 的变形， 减小坑底的回弹及下方隧道的隆起。 3 .2 搅拌桩的施工控制措施 在隧道上方搅拌桩施工时， 搅拌桩施工的卸荷 量也受搅拌桩的水灰比和注浆量的影响， 通过调整 注浆量和控制 水 灰 比 可 以 调 整 卸 荷 量。 并 且 根 据 搅拌桩的挤土效应的力学模型， 深层搅拌桩的挤土
第2卷 第3期 2006 年 06 月
地 下 空 间 与 工 程 学 报 Chinese JournaI of Underground Space and Engineering
VoI . 2 Jun . 2006
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基坑开挖引起下方隧道的变形控制
2 李志高 1， ，刘国彬 2 ， 曾
!
远 2 ，吴小将 2
200092）
（1 . 福建工程学院土木工程系， 福州 摘
上海 350007 ； 2 . 同济大学地下建筑与工程系，
要： 在上海东方路下立交工程中， 进行大 面 积 深 基 坑 开 挖 期 间， 严格控制地铁隧道由
工 程 全 长 600 m。 其 中 N01 、 N02 分 段 位 于 正 在运营中的地铁二号线上方， 施工过程中必须对地 铁线进行保护。 运 营 地 铁 二 号 线 隧 道 距 地 道 底 板 最近处为 2 . 8 m， 隧道大多位于 ④ 灰色淤泥质 粘 土
图1 Fig . 1 东方路下立交平面图
0 . 9 ~ 1 . 55 ~ 3 . 00 0 . 5 ~ 1 . 13 ~ 2 . 00 0 . 4 ~ 0 . 82 ~ 1 . 30 0 . 5 ~ 1 . 08 ~ 2 . 10 0 . 6 ~ 2 . 28 ~ 3 . 40 1 . 00 ~ 2 . 46 ~ 3 . 60 7 . 50 ~ 8 . 70 ~ 11 . 20 1 . 10 ~ 2 . 41 ~ 3 . 50
中要确保运行中地铁二号线的安全， 本工程采用了 水泥搅拌桩加固和双液 注 浆 加 固 （图 3 ） 。 另 外， 还 采用了三重管高压旋喷桩加固， 应用于下立交及管 廊等加固区域。 水 泥 搅 拌 桩 地 基 加 固 主 要 应 用 于 加固强度要求 N01 、 N02 节段地铁二号线沿线两 侧， 为 1 . 2 Mpa。通过加固软弱地基， 提高土体强度， 防 止土体液化， 从 而 提 高 基 坑 的 稳 定， 减小坑底的回 弹及下方隧道的隆起变形。 从地层特性表 中 （见 表 1 ） 可 以 知 道： ③ - 1 层为
3 .2 .1
充分利用遮拦效应
由于在下行线隧道外侧已经打了一排遮拦桩， 遮拦桩施工完毕 到 靠 近 遮 拦 桩 的 深 层 搅 拌 桩 施 工 已有 2O 天左右 的 时 间， 遮拦结构达到了比较高的 强度， 水泥土和 型 钢 形 成 一 个 整 体， 能承受一定的 水平荷载； 而上行线隧道外侧的遮拦桩施工完毕到 靠近遮拦桩的深层搅拌桩施工只有 3 天， 水泥土还 远没有达到强度， 甚 至 比 原 状 土 的 强 度 还 低， 但是 型钢本身有一定的刚度， 只不过水泥土没有将其连 成一个整体， 其遮拦效果不好。 3 .2 .2 控制连续成桩数量 共施 NO1 区的深层搅拌桩每 天 施 工 7 ~ 14 根， 工了 11 天， 而 NO2 区 相 同 桩 数 的 深 层 搅 拌 桩 只 施 工了 3 天， 几乎是连续施工。由于隧道的变形主要 是深层搅拌桩施工产生的孔隙水压力， NO1 区搅 拌 桩的施工速度很慢， 先前打桩产生的部分孔隙水压 力已经消 散， 因 而 隧 道 的 隆 起 值 较 NO2 区 的 小 得 多。 NO2 区的深层搅拌桩几乎是连续成桩， 其产生 的超孔隙水压力 来 不 及 消 散， 隧 道 隆 起 较 大， 因此 可以减少连续成桩数量控制隧道的变形。 3 .2 .3 隧道上方加固 在地铁隧道两侧进行抗拔桩施工前， 先在隧道 上半圆 环 圈 采 用 双 液 注 浆 加 固， 双液注浆厚度 1 增大 m。地基加固的作用首 先 增 大 土 体 的 c、 ! 值， 土体的弹性模量， 使 得 基 床 系 数 k 增 大， 使得隧道 纵向弹性特征值增大， 从而隧道的变形减小； 其次， 加固体形成的整体性很好的空间厚板体系， 在打桩 产生的挤土作用 时， 增 大 土 体 对 隧 道 的 约 束， 从而 可以有效地限 制 隧 道 的 隆 起。 其 次 合 理 安 排 打 桩 顺序， 先在地铁 隧 道 上 方 进 行 地 基 加 固， 然后打靠 近隧道的深层搅拌桩 （内插型钢） 作为遮拦结构， 利 用先打桩自身的遮拦作用， 可以在不花任何代价的 条件下， 减小隧道的隆起值。
［1， 2］ 严重危害 。合理选择控制地下建筑物变形 的工
影响到下方建构筑物的变形量。然而， 所允许的下 方建构筑物变 形 要 求 是 非 常 苛 刻 的。 本 文 从 施 工 工艺上分析了开挖卸载对下卧隧道的影响， 并提出 控制措施， 取得了巨大的成功。
艺， 保证下方建 构 筑 物 的 正 常 使 用， 成为工程界迫 在眉睫的一个 难 题。 本 文 以 上 海 东 方 路 下 立 交 工 程为背景， 该工程基坑开挖位于已运营的地铁隧道
Geological condition of the project 层厚 （ m） 重度 ） （ kN/m3 ） 18 . 4 17 . 7 17 . 7 18 . 3 17 . 2 16 . 6 17 . 9 粘聚力 C （ kpa） 10 13 14 3 13 14 19 内摩擦角 千 28 22 21 . 5 34 . 5 20 9 13 . 5 压缩模量 （ Mpa） Es 6 . 43 3 . 71 4 . 43 9 . 72 3 . 63 2 . 27 4 . 07
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收稿日期： （ 修改稿） 2005-12-09 作者简介： 李志高 （1977- ） ， 男， 福建仙游人， 博士， 主要从 事 地 下 工 程、 基 坑 工 程 数 值 计 算 等 方 面 研 究。 E-maiI： heIIoIzg @ yahoo . com . cn
李志高， 等： 基坑开挖引起下方隧道的变形控制 2006 年第 3 期 431 ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !
图3 Fig . 3
地基加固图 图6 Fig . 6 在不同打桩条件下隧道隆起值比较 Comparison of tunneI upheavaI under different conditions of piIe driving
Graph of ground reinforcement
效应与贯入的 “泥浆桩” 的等效半径和桩长有关， 控 制注浆量和控制水 灰 比 可 以 调 整 “泥 浆 桩” 的等效 半径， 从而控制搅拌桩的挤土效应。下行线隧道两 侧分别连续施工了 2 根、 （图 6 根、 21 根 深 层 搅 拌 桩 ， 其隧道隆起增量值如图 5 所示。 4） 施：
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工程概况
东方路下立交工程位于上海东方路、 世纪大道
和张杨路 交 叉 口 （见 图 1 ） 。下立交工程附近有已 建及规划建设的三条轨道交通线穿过， 自北向南依 次为明珠线二期、 地 铁 二 号 线 及 规 划 地 铁 R4 线 区 间隧道 （图 2） 。
图2 Fig . 2
地铁与下立交的相对位置关系图 Relation of the metro to underpass
1
前言
已建地下建构筑物 （如地铁车站、 区间隧道等）
二号线之上， 在地铁隧道上方进行宽达 18 m， 深 6. 基坑坑底距隧道顶部的最近距 5 m 的深基坑工程， 离只有 2 . 8 m， 常规的 大面 积开挖 不能满 足地 铁 隧 道的容许变形要求， 故采用考虑时空效应的施工方 法进行开挖。基 坑 开 挖 必 然 引 起 下 方 建 构 筑 物 的 变形， 下方 建 构 筑 物 变 形 量 的 大 小 与 许 多 因 素 有 关， 如： 基坑卸荷 量 （开 挖 深 度） 、 卸 荷 模 量、 开挖方
中。地下水位位于地面以下 0 . 5 m。工程地质特性 见表 1 。
表1 工程地质条件表
plan of Dong-fang Road Underpass
Table 1 土层层号 ① ② -1 ② -2 ③ -1 ③ -2 ③ -3 ④ ⑤ 土层名称 人工填土 褐黄色粉质粘土 灰黄色粉质粘土 灰色淤泥质粉质粘土 灰色砂质粉土夹粉粘 灰色淤泥质粉质粘土 灰色淤泥质粘土 灰色粘土
于上方基坑开挖卸载引起的变形量， 保证下方地铁二号线的正常运营， 施工难度极大。作者从 施工工艺上分析了开挖卸载对下卧隧道的影响， 提出了减小隧道变形的施工控制措施， 采用了 考虑时空效应的施工方法进行开挖， 取得了很大的成功。 关键词：开挖卸荷；隧道；变形控制 中图分类号： TU473 . 2 文献标识码： A
Control Measures of Tunnel Displacement by Over- excavation Unloading
， LI Zhi-gao1 2 ，LIU Guo-bin2 ，ZENG Yuan2 ，WU Xiao-jiang2
（1 . Department of Ciuil Engineering ，Fujian Uniuersity of Technology ，Fuzhou 350007 ，China ； 2 . Department of Geotechnical Engineering ，Tongji Uniuersity ，Shanghai 200092 ，China ） Abstract：During the Iarge acreage excavation in the project of Dong-fang Road Underpass in Shanghai，deformation of metro tunneI resuIting from over-excavation is strictIy controIIed to assure the normaI run and the construction is guite difficuIt. From the point of view of construction technoIogy，this paper anaIyzes the effect of excavation，proposes some measures to minimize the tunneI’ s deformation，and the construction method with considering time-space effect is adopted to excavation . The resuIts indicate that the construction is successfuI . Keywords：excavation unIoading；tunneI；deformation controI