近地铁轨行区微扰动三轴搅拌桩试验研究

刘 飞 韩建勇

上海公路桥梁（集团）有限公司 上海 200433

当前我国大中型城市基础设施建设力度不断增强，可用土地资源数量逐步萎缩，地下空间开挖的体量和开发速率均加速增长，导致不少城区在建工程与已建工程存在相互影响的问题。其中新建、在建工程对已建轨道交通地下车站和区间隧道的影响最为显著，尤其是在上海等大型、特大型城市。据统计，截至2017年12月31日，内地共有北京、上海、广州等35座城市开通运营轨道交通线路共计171条，总里程高达5 083.45 km，车站3 269座。

本文以毗邻上海市轨交10号线的淞沪路—三门路下立交工程项目为依托工程，单独研究对已有工程、设施影响较为明显的三轴搅拌桩微扰动施工技术问题。通过现场试验探索出一套施工工艺参数化、可实际操作的三轴搅拌桩微扰动施工工艺，将轨交10号线近轨行区三轴搅拌桩影响降到最低，同时为类似工程施工提供工程实践经验和技术指导。

1 工程概况

1.1 工程简介

在建淞沪路—三门路下立交工程为将来上海市杨浦区淞沪路—三门路重要的交通枢纽，下立交为双层地下隧道结构，主要采用深基坑工程和大顶管隧道工程进行修建。双层隧道部分深基坑工程平均深度17 m，最深可达20.8 m。隧道沿线距离既有轨交10号线较近，距离区间隧道或地下车站在5 m范围内的深基坑长度达到300 m以上，深基坑围护与轨交10号线区间隧道最近处仅间隔1.5 m（图1）。

1.2 水文地质

图1 在建工程深基坑与轨交10号线平面关系

工程场地土层从上到下依次为②1粉质黏土夹粉质粉土、②3-1砂质粉土、②3-2粉砂、③淤泥质粉质黏土、④淤泥质黏土、⑤1粉质黏土、⑤3粉质黏土、⑥粉质黏土、⑦黏质粉土夹粉质黏土。

深基坑开挖深度范围主要以②3-1砂质粉土和②3-2粉砂为主，为潜水赋存区，试验测试该土层液化指数较小，土层液化可能性低。

2 工程现场试验

因在建淞沪路—三门路下立交工程与轨交10号线既有区间隧道距离较近，为提前揭示三轴搅拌桩施工工艺对区间隧道的影响，先行进行现场试验。勘察资料表明整个工程场地水文地质差异性变化很小，场地各区域土层特性非常接近，因此选择距离轨交10号线较远B3区进行现场试验，同时布置测试点位模拟三轴搅拌桩对轨交10号线区间的影响。所模拟的位置为本工程A5基坑距离轨交10号线区间最近距离1.5 m处的点位。试验桩平面布置区域及试验桩与模拟区间关系见图2和图3。

图2 试桩平面位置

图3 试验桩位置与模拟区间相对关系

2.1 参数选择与工艺选择

三轴搅拌桩施工对周边土层扰动的因素主要包括地层性质，搅拌桩动力特性，水泥浆压力等。其中施工工艺可控因素主要包括搅拌桩动力特性、水泥浆压力等。将可控影响因素进行参数化定型，可得三轴搅拌桩对周边环境影响的主要施工工艺参数，包括：水灰比、桩径、桩长、下沉速度、提升速度、浆液流量及水泥掺量[1-3]。

根据三轴搅拌桩施工经验：连续搅拌对原状土破坏范围大，进而对周边环境的扰动较大；同时搅拌桩水泥土凝结硬化对周边环境变形发展趋势起到一定的抑制作用。因此可利用原状土抵抗变形能力强的特点及水泥土固化强度提升的特点来抵抗变形。

搅拌桩可采用跳打施工方式。为降低不同幅搅拌桩水泥土固化时间差异影响，搅拌桩施工采用套打工艺。考虑时间因素和桩位空间分布因素，最终确定三轴搅拌桩工艺为套打＋跳三打一。

2.2 试验分组

在B3基坑施工区域选择一处场地施工40根试验桩，试验桩分为2组，每组20根，施工方式相同，均为套打＋跳三打一，工程施工经验表明，下沉速度、提升速度越慢对周边土体的影响越小，因此选用设备的最低施工参数，各组参数如表1所示。

表1 试验桩参数

2组试验桩施工顺序相同，施工顺序依次为：1-5-9-13-17-2-6-10-14-18-3-7-11-15-19-4-8-12-16-20。2组试验桩编号及测试点位布置如图4所示。

图4 试验区平面位置

3 现场试验结果及分析

3.1 试验结果

试验结果如表2及图5、图6所示。表2中，上抬为“＋”，下沉为“－”，用红色标出的数值为轨交10号线所在深度。

表2 测点位置土体分层沉降

图5 试桩1区最大水平位移

图6 试桩2区最大水平位移

3.2 结果分析

通过观察2个试桩区的测斜与土体分层沉降量数据，可以得到以下结论：

1）《上海申通地铁集团有限公司轨道交通安全保护区域作业方案技术审查意见》规定本工程施工期间地铁结构的沉降（或隆起）变化累计量和水平位移变化累计量需＜10 mm，水平直径收敛变化量累计量需＜10 mm；采取2组参数的施工工艺均能满足地铁结构变形要求，产生变形占据容许变形总量的20%以上。从试桩1区收集得到的测量数据可知：最大水平位移为2.70 mm，土体分层沉降量在轨交10号线区间范围内累计变化值为下沉2 mm。从试桩2区收集得到的测量数据可知：最大水平位移为2.38 mm，土体分层沉降量在轨交10号线区间范围内累计变化值为下沉3 mm。

2）试桩2区土体测斜小于试桩1区。从数据可知试桩1区土体测斜最大位移为2.70 mm，位于地面以下11.5 m左右位置，轨交10号线区域内土体测斜最大位移为2.18 mm。试桩2区土体测斜最大位移为2.38 mm，位于地面以下9 m左右位置；轨交10号线区域内土体测斜最大位移为1.50 mm。因此，不难发现试桩2区的土体测斜小于试桩1区。

3）试桩2区沉降程度大于试桩1区。由于试桩2区土体分层沉降量在轨交10号线区间范围内累计变化值为下沉3 mm，大于试桩1区在轨交10号线区间范围内的检测数据2 mm。

比选结果显示，试桩2区参数略优于试桩1区参数。

试验结果表明，2组数据均符合地铁结构影响要求，但在水平与垂直方面的偏移情况各有优劣。考虑到本工程为近轨区间作业，水平位移可能会带来更为深远的影响[2-3]，因此经过综合比选最终决定在轨交10号线附近采用试桩2区的参数进行施工。

4 依托工程施工影响分析

采用试桩2区参数对轨交10号线近轨行区沿线所有涉及三轴搅拌桩加固的深基坑进行作业。施工过程中，根据轨交10号线隧道监测数据，表明采用套打＋跳三打一，搅拌桩工艺参数为水灰比1.5、下沉速度0.5 m/min、提升速度1.2 m/min、浆液流速200 L/min、水泥掺量24%的三轴搅拌桩施工工艺对既有轨交10号线区间影响甚微。

5 结语

轨交工程在一些城市大量建设和运行，给紧邻轨交的深基坑施工带来了新的要求和挑战，特别是一些超深基坑的槽壁加固对轨交设施的影响尤为突出。但只要采取有效的控制措施，通过科学的精细化管理和施工，就能确保工程的顺利完工。

然而，本次槽壁加固施工过程中，由于条件的限制，存在参数组设定过少、对比参数过少、仅进行定性分析等不足。因此，在后续的工作中，有必要设定足量的参数组，将理论模型与实际施工情况结合，进行定量的分析，以期更好地解决超深基坑的槽壁加固难题。