基坑施工对邻近地铁运营隧道的影响及控制措施浅谈
摘要：本文通过实际案例，对地铁运营隧道受外部施工出现裂缝的原因及裂缝后续控制措施进行分析总结，并提出意见和建议。
关键词：基坑；暗挖隧道；裂缝；原因分析；控制措施
引 言：随着中国城市化进程的加快和城市地铁的发展，地铁与周边环境关系越来越密切。因地铁大多穿越城市繁华地段，地铁沿线项目的施工场地常常并不十分开阔，与地铁隧道的距离较短，很难避免对地铁隧道造成影响。本文结合实际案例，对暗挖隧道受外部施工影响出现裂缝的原因和后续的裂缝控制措施进行分析总结。
一、工程概况
某城中村改造项目位于城市中心地段，总建筑面积为491276平方米，设两层地下室。项目基坑开挖面积约为29393平方米，基坑开挖深度为8.4米~14.7米。基坑东侧紧邻正在运营的地铁线路，基坑围护结构外排桩外侧壁与地铁隧道结构外壁的最小距离仅5.8米。因基坑离隧道结构边线距离很小，且该区段隧道结构对外力扰动极为敏感，如何确保施工过程中地铁隧道结构的安全成为该项目的重点工作。
该项目的基坑采用多种支护形式相结合，邻近地铁隧道基坑方案设六个支护区段（JK-1至JK-6）。在基坑施工过程中，支护区段JK-1和JK-2对应的隧道区段出现3条结构裂缝。这两个区段的支护方式分别为：支护区段JK-1基坑深度为12.6米，采用单排桩+三道混凝土内支撑的支护方式；支护区段JK-2基坑深度为10.2米，采用双排桩加压顶板连接的支护方式，并采用加内支撑中心岛和预留反压土台施工。项目基坑与隧道位置关系及支护区段划分见下图1。
图1 项目基坑与隧道位置关系及基坑支护区段划分图
二、裂缝情况
出现的3条裂缝分别位于隧道10-11点、10-11点、12点钟方向，裂缝最大长度为6米，最大宽度为2毫米，3条裂缝均未出现渗漏水。裂缝具体情况见表1：
表1裂缝情况汇总表
三、裂缝产生原因分析
（一）出现裂缝区段的隧道情况
1、水文地质情况
该区段隧道地处丘前平原，地形平坦，地面建筑林立，上覆底四纪土层为杂填土，淤泥质粘土，零星透镜状中细砂层，花斑粘土及粉质粘土，残积粉质粘土；下伏基岩为大朗山三元里段泥质粉砂岩，粉砂岩，含砾砂岩，砾岩，地质构造简单，为单斜岩层，杂填土中富集地下水，其他地层地下水不发育，水质对混凝土无侵蚀性。
2、隧道结构形式
该区段隧道为暗挖隧道，埋深较浅，隧道上方覆土最深为6米，最浅覆土为2.5米。隧道结构为复合式支护结构：初衬采用由C20早强喷混凝土、钢筋网、砂浆锚杆、格栅钢架等组成的综合支护体系；二衬采用C25，0.8MPa模筑防水混凝土，厚度为300mm。初衬与二衬之间设PE泡沫垫板与卷材。
（二）基坑施工情况
邻近隧道新出现裂缝的JK-1区段开挖完成已一年，在完成了第三道内支撑后一直处于停工状态；JK-2区段基坑边的反压土台尚未开挖。自基坑开始施工至出现裂缝这段时间的监测数据反映，基坑及隧道变形均较小。
（三）原因分析
因该暗挖隧道区段的二衬不配筋，隧道主要依靠初期支护加固的围岩或围岩自稳形成的受力环区受力及抵抗变形，隧道本身对其周边土层扰动极为敏感，加之在基坑施工过程中的荷载、水位等因素的综合影响，导致裂缝的产生。出现裂缝的原因主要包括以下三点：
隧道上方的地面施工及重型车辆产生的荷载远远超出原基坑设计和施工组织设计明确规定的允许值。设计图纸明确规定，“临近地铁侧JK段原则上不允许堆载，确有需要，不应超5KPa”。而在实际施工过程中，大型混凝土搅拌车、泵车均在JK-1、JK-2段上方操作，不仅严重超载，而且还有震动荷载，对地铁隧道结构造成严重影响，是导致裂缝产生的主要原因之一。
地下水位下降幅度大。发现裂缝当月的水位下降5.5m，即使按稳定水位计
也下降了2.5m。经计算，地下水位每下降1m，将对二衬结构增加19.5kN·m/m的弯矩，已经达到素混凝土二衬的抗弯强度。故地下水位的下降是地铁隧道结构产生裂缝的另一主要原因。
基坑围护结构变形、隧道侧方卸荷。施工过程中，斜撑地段开挖后未及时构筑结构物，暴露时间过长，土体软化，致使围护结构变形，加之隧道单侧卸荷，对隧道二衬的结构弯矩产生一定的影响，也是导致隧道裂缝产生的原因。
四、裂缝控制措施
隧道裂缝的产生，说明基坑施工已对地铁隧道的二衬结构产生了一定程度的不利影响。经评估，基坑施工尚未危及地铁隧道的结构安全，不影响地铁隧道的正常运营。受地铁隧道运营，且该项目施工正在进行，后续施工亦可能对隧道结构造成影响，出现的裂缝暂时无条件也无必要完全修复。但必须采取有效措施控制裂缝的发展，防止对隧道的结构安全造成影响。控制措施主要包括两个方面：从基坑施工方法、技术工艺上减小对隧道结构的影响和调整监测体系及时掌握隧道结构变形及裂缝发展情况。
（一）从基坑施工方法、技术工艺上减小施工对隧道结构的影响
1、调整场地布局和运输道路，禁止混凝土搅拌车运输车、泵车及其它重型车辆在隧道与基坑之间的施工便道作业，严格按照设计规定超载控制该便道的使用，防止因荷载过大加剧隧道裂缝的发展。
2、施工过程中严格控制地下水位的下降幅度，封堵基坑围护结构及地铁隧道渗漏处，必要时进行地下水回灌。
（二） 调整监测体系及时掌握隧道结构变形及裂缝发展情况
1、加大围护结构、隧道结构变形监测布点密度并提高监测频率，及时了解围护结构和隧道结构的变形情况，根据监测结果及时调整施工方法，最大限度减小基坑施工对隧道结构的不利影响。
2、将隧道裂缝纳入监测体系。隧道裂缝的监测数据是反应隧道控制措施是否有效的最直接数据。采用专业仪器对隧道内已出现的裂缝进行自动监测，对隧道裂缝发展情况实时掌握，检验控制措施的成果，并为下一步裂缝控制措施提供技术参考资料。
五、裂缝控制措施效果评价
通过上述裂缝控制措施，自发现裂缝后一年内隧道未出现新的裂缝、渗漏水点或其它异常情况。此段时期内的监测数据显示：隧道结构的最大累计沉降量为0.61毫米；水平位移最大累计变化量为3.96毫米，隧道裂缝的最大累计变化量为0.05毫米。监测数据显示隧道变形及裂缝发展均处于可控范围之内，表明裂
缝后续一系列控制措施取得了很好的效果。
六、结语
通过对裂缝成因的分析，采取行之有效的针对性措施，有效控制了裂缝发展，最大限度降低了外部施工对地铁隧道结构的不利影响。待基坑施工结束且监测数据完全稳定后可采取下一步的裂缝处理措施，如改性环氧砂浆修补、粘贴芳纶布等方法，完全修补裂缝，确保隧道结构安全。
