由于建设初期缺乏必要的施工技术与经验，一些施工工艺与方法还在摸索，对复杂的地质特性与施工环境复杂性认识不够深入，给隧道施工质量留下了安全隐患。随着地铁周边建设项目的增多，如何确保运营隧道结构安全已成为运营单位亟待解决的难题之一。为降低外部施工对盾构隧道坐落层土体的扰动，提高影响区域土体强度，采取有效的举措对土层进行必要的加固改良。
工程概况
(1)拟建项目概况
拟建箱涵工程与地铁圆形盾构隧道平面交叉，交叉处箱涵基坑深度约10.9m，基坑采用三轴水泥土搅拌桩密插型钢（SMW工法桩）支护，隧顶支护型钢底距离隧道顶约3.0m，坑内地下水采用管井疏干处理。箱涵开挖范围内主要为填土、粉质黏土（可塑、硬塑）、淤泥质粉质黏土。
根据拟建工程场地周边条件及地质条件，箱涵上跨地铁区间隧道部分可采用顶管法及明挖顺作法施工。顶管施工相比明挖顺作法具有开挖取土量小、对地铁影响较小的优势，但对线路线型要求较高，两个顶管井之间只能直线连接， 但该上跨部位为小半径曲线段，同时考虑到工期紧张等因素，最终选择明挖上跨方式。
箱涵工程涉及地铁区间平面关系图
(2)地铁区间概况
上跨区间为盾构隧道，洞顶埋深约19.7 m，管片衬砌环外径6.2m，内径5.5m，管片宽度1.2m，管片厚度35cm。隧道所在土层主要为粉质黏土层（可塑、硬塑），持力层较好。根据该段隧道2015年4月运营至今的长期监测数据，道床最大仅下沉0.7mm，可以判断其已处于稳定状态。但盾构隧道管片水平收敛扩张较大，相对标准圆最大外扩超80mm的有16环，其中有部分环已实施了钢环加固补强处理。
施工难点总结
(1)基坑开挖减轻了隧道上部荷载，打破了原有荷载平衡，开挖取土会使部分隧道结构在竖向产生位移，引起整个隧道内力变化及不均匀沉降与隆起。
(2)基坑回填使盾构上方荷载重新增加，土体产生固结沉降，基坑下方的盾构隧道竖向位移产生二次变化。
(3)围护结构的施工会对地铁盾构隧道上方土体产生扰动，当距离较近时会对隧道产生挤压作用。
(4)盾构隧道水平收敛扩张导致其椭圆度不佳，对施工中地铁隧道的保护提出了更高要求。
地铁正上方基坑开挖保护措施
(1)常规保护措施
地铁深基坑开挖过程中常见各种程度的隆起，针对这些隆起，在基坑设计中都会根据产生原因采取针对性的解决方案，可供选择的保护措施有“分层分块对称开挖、分块筑”“周边环境自动监测”“坑内（外）土体加固”“减 少坑底暴露时间”和“土体改良”等。采用任何方式的控制措施是为了提高隧道的安全效能，确保在其保护下的工程项目能够顺利完成。
1)水平向时空效应：在进行基坑开挖过程中，所有的施工成果是通过叠加单次效果累计得到的，在现有技术条件和经济因素的双重制约下，每一次施工步骤耗时大，显然不具备复杂的保护措施，给施工影响留下风险隐患。根据施工工序分析，该工程对地铁的水平施工影响效应主要体现在SMW工法桩施工与隧道两侧基坑开挖期间。
2)垂直向时空效应（控制坑底回弹）：在基坑开挖施工过程中，适量地减少单次开挖坑底面的外露时间，要求施工作业人员在开挖完成前，要提前预留垫层与预制箱涵吊装所需的准备， 提高施工水平和衔接效率。将开挖过程所暴露出的缺口存在时间降到最低，开挖作业和回填作业要紧密联系，互相协同， 尽可能压缩在基坑开挖过程中土体变形的反应时间。
(2)保护措施的选择
本工程按照地铁保护要求，经多轮专家咨询，最终采用分区对称开挖、施工前进行隧道预加固、上覆土体改良、 减低施工器械扰动等综合设计方案。
1)分区开挖、预制拼装:箱涵基坑分为2个分区，隧道两侧5m外基坑组成一个分区，隧道上方基坑单独分区。在围护结构施工完成后，隧道两侧基坑同时对称开挖，在减少偏载效应的同时也为后期上跨基坑开挖积累了施工经验。在开挖中严格按照分层开挖、严禁超挖的原则进行现场管控，加快单一分区施工速度。此外，依据“时空效应”原理减少对地铁区间隧道的影响，缩短基坑暴露时间，箱涵与地铁交叉段主体结构采用预制拼装施工，预制节段长度综合考虑吊装重量对地铁影响和支撑间距等因素，同时基坑宽度在满足节段组装条件下尽量缩小其宽度。
2)隧道预加固:为降低水平向时空效应的影响，同时考虑既有隧道水平收敛扩张较大，为降低施工风险，该工程采取了对隧道进行主动加固的措施，对水平扩张量超过6cm的管片腰部实施了微扰动注浆加固，其中收敛值超7cm的管片在隧道外两侧距离隧道边线2.4、3m处分别设置注浆孔位，对隧道底标高以下1m至隧道底标高以上5.2m的范围内进行微扰动注浆；对收敛值在6~7cm之间的管片在隧道内微扰动注浆，主要在管片腰部预留注浆孔进行分层叠加注浆，采用水泥-水玻璃双液浆，注浆深度为管片外90、60、30 cm，通过隧道内隧道外同步注浆相结合的方式提高了加固效率。经过微扰动注浆加固，实施了隧道内加固的管片平均收缩了13.7mm，隧道外加固的管片平均收缩了17.4mm， 微扰动注浆加固效果极为明显。
隧道外微扰动注浆示意图
隧道内微扰动注浆示意图
3)上覆土体改良:为减小基坑开挖对隧道垂直向的影响，根据上覆土体性质，选择在隧道上部及两侧10m范围内基坑底部采用Ф850mm@600mm三轴水泥土搅拌桩满堂地基加固，加固深度为5m。水泥土搅拌桩是以水泥作为固化剂，在特制的深层搅拌机械的搅拌下使其与黏土强制拌和， 并在拌和过程中发生一系列物理和化学反应，使加固区域形成具有一定强度的连续加固地基，以满足工程施工需要。其具有噪声小、无振动、无污染、工效高、成本低等优点。此外，该范围内SMW围护桩型钢采用插二跳一布置形式，隧道轮廓外6m范围内SMW搅拌桩距离地铁隧道顶不小于3m，6~10m范围内SMW搅拌桩桩底不超过隧道顶以下，以减小围护施工对隧道的扰动。
4)减弱施工器械扰动:施工过程中加强现场的管控，限制地面大型施工机械的使用，通过铺设钢板，土方随挖随清运、无堆载等措施，以保障地面施工超载不超过20kPa。此外，为减少施工后对水平土体影响， 对隧道上方及两隧道中间的SMW工法桩中的型钢予以留置， 冠梁采取无振动的绳锯切割与吊运出场地后破除的方式。
隧道变形
在项目实施过程中，通过自动化监控的方式对隧道结构管片水平收敛、道床垂直位移与水平位移进行实时的变形数据采集，截止项目监控结束（土方回填后3个月），该区间隧道变形在项目施工期间未出现预警，且各测项变形值远小于施工前通过MIDAS-GTS岩土与隧道仿真分析软件模拟的三维变形数值。
管片水平收敛：在完成管片外微扰动注浆加固后，区间管片在项目实施期间最大外扩量为1.2mm，与软件模拟值1.96mm基本相符。垂直位移：道床在项目施工期间最大仅下沉1.1mm，且变形主要发生在三轴深搅桩施工期间， 截至监控结束，最后百日变形速率最大为0.007mm/d，小于结构变形稳定指标0.04mm/d，且远低于施工前软件模拟的道床沉降值6.85mm。道床水平位移：至监控工作结束，道床水平位移最大变形量为0.8mm，小于软件模拟值4.98mm。
结语
随着城市轨道交通网络化运营时代的到来，地铁线路周边的工程项目将越来越多，根据其相对位置关系、地质条件与施工方法的差异，其影响都是动态的、非线性的、 持续的。地铁盾构区间上方深基坑的开挖是可行的。该基坑工程挖深大、线型要求高，同时面临上跨地铁区间隧道变形情况，但通过一系列措施的实施，在极小的隧道变形控制下完成了工程建设。
邻近地铁施工制定有针对性的设计方案是十分必要的。在地铁周边项目建设前，及时准确掌握地铁结构变形状态、地质环境情况与周边环境情况，在科学分析施工过程中可能出现的风险源后，根据其设计出有针对性的实施方案，保证项目顺利施工，确保地铁结构安全。自动化监控与严格管控是高风险项目成功的前提。
根据实时的监控数据，及时调整施工参数或工艺，同时对现场工人及时进行施工交底与监督，落实各方责任，严格按照审批的方案进行施工，避免风险事件的发生。