劉　濤　呂瑞虎

(中鐵隧道勘測設(shè)計研究院，河南洛陽　471009)

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暗挖區(qū)間隧道密貼下穿既有線車站關(guān)鍵技術(shù)研究

劉濤呂瑞虎

(中鐵隧道勘測設(shè)計研究院，河南洛陽471009)

摘要:以北京地鐵6號線下穿既有車站工程為例，提出了密貼下穿既有車站的施工技術(shù)，并制定了CRD+千斤頂支護(hù)法及注漿等輔助措施，探討了施工中的操作要點(diǎn)，通過對既有車站結(jié)構(gòu)變形的分析，指出車站結(jié)構(gòu)處于安全可控狀態(tài)，為類似工程的施工提供了參考。

關(guān)鍵詞:既有車站，下穿施工，CRD法，千斤頂，結(jié)構(gòu)變形

0　引言

隨著城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的日益完善，在線路節(jié)點(diǎn)處出現(xiàn)大量對既有地鐵的穿越工程。工程界對穿越既有線的方式、加固手段及穿越期間的變形控制已有大量的研究，傳統(tǒng)的設(shè)計方法是在新隧道與既有結(jié)構(gòu)之間保留2 m～3 m的夾層土，通過注漿(大管棚、小導(dǎo)管或深孔注漿)或凍結(jié)等方法加固夾層土，或者直接加固、托換既有線結(jié)構(gòu)。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)上述工法產(chǎn)生的變形依然很大，且上層結(jié)構(gòu)一旦產(chǎn)生沉降變形很難恢復(fù)，因此已無法滿足地鐵工程發(fā)展的需要。北京地鐵6號線區(qū)間隧道下穿既有東四站和朝陽門站均采用了密貼下穿既有車站的施工技術(shù)，該工法主要采取液壓同步控制頂升技術(shù)并結(jié)合其他輔助措施，有效控制了既有車站結(jié)構(gòu)的變形，可為類似工程參考和借鑒。

1　下穿既有線車站工程概況

1．1下穿既有2號線朝陽門站工程概況

1)新建線路與既有線位置關(guān)系。既有朝陽門站寬22．7 m，為三跨矩形框架結(jié)構(gòu)，每25 m設(shè)置一條變形縫。新建隧道下穿范圍內(nèi)既有線結(jié)構(gòu)位于同一段變形縫內(nèi)。2)工程地質(zhì)。下穿段隧道所穿越的地層整體較穩(wěn)定，其上半斷面主要為砂土層或碎石土層，下半斷面則主要為粘性土層。砂土層、碎石土層中存在細(xì)顆粒，受施工擾動后容易發(fā)生流失，進(jìn)而可能會形成空洞或造成洞壁坍塌。地層賦存三層地下水，含水層透水性好，且水量補(bǔ)給充分，其中第二層的潛水、第三層的承壓水的水位高程均位于隧道底板標(biāo)高以上，因此要進(jìn)行洞外降水和洞內(nèi)止水。

1．2下穿既有5號線東四站工程概況

1)新建線路與既有線位置關(guān)系。既有東四車站寬23．86 m，為單層三連拱結(jié)構(gòu)，覆土層為12．68 m。隧道穿越位置距離既有結(jié)構(gòu)南側(cè)變形縫約7 m，左右線中心線間距約17 m。2)工程地質(zhì)。隧道所穿越地層以砂層、卵石層為主，其上半斷面及拱部以上主要為粉細(xì)砂層和中粗砂層，而下半斷面主要為圓礫—卵石層，結(jié)構(gòu)底板位置局部為粉質(zhì)粘土層、粘土層及粉土層。地層中賦存四層地下水，其中第三層的潛水層和第四層的承壓水層透水性較好且補(bǔ)給充分。結(jié)構(gòu)底板位置承壓水水頭高達(dá)6 m～7 m，容易發(fā)生涌水。由于下穿段無法打設(shè)降水井，需進(jìn)行全斷面注漿止水。

2　下穿既有車站工程重難點(diǎn)分析

2．1地下水的影響

1)新建隧道埋深大，穿越潛水層和承壓水層，且砂卵石地層滲透系數(shù)大，水量補(bǔ)給充足，施工受承壓水影響較大;2)既有車站寬度大于20 m，降水井因須避開既有結(jié)構(gòu)嚴(yán)重限制了點(diǎn)位的布設(shè)，使得降水難以封閉;3)為降低地下水影響，采用洞內(nèi)注漿加固止水帷幕技術(shù)，但下穿段距離長，且要快速通過，所以注漿循環(huán)不宜過多，注漿止水效果難以保證。

2．2結(jié)構(gòu)沉降及變形控制

1)降水勢必會引起地層沉降，在保證降水效果的同時，還要保證既有車站變形不超標(biāo)，施工難度大;2)注漿施工每循環(huán)注漿的距離長、壓力設(shè)置大(1 MPa～2 MPa)，在保證加固及止水效果的同時，不能引起既有結(jié)構(gòu)變形超標(biāo)，壓力控制難度大;3)地層在既有結(jié)構(gòu)施工時期已受擾動，暗挖施工再次通過易產(chǎn)生更大的沉降;4)既有線路運(yùn)營列車重量大、速度高，產(chǎn)生的動荷載影響易導(dǎo)致開挖掌子面拱部地層失穩(wěn)垮塌，進(jìn)而造成既有結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大沉降。

3　暗挖密貼下穿既有線車站關(guān)鍵技術(shù)

3．1下穿施工前地下水治理及地層加固

1)降水作業(yè)。采取洞外降水和洞內(nèi)止水相結(jié)合的方法。打設(shè)深管井并安放大功率深水泵進(jìn)行降水，以增大降水曲線和增強(qiáng)減壓效果。為減小降水作業(yè)產(chǎn)生的沉降影響，不對既有車站埋深范圍內(nèi)潛水降水，只重點(diǎn)對承壓水進(jìn)行降水處理。2)洞內(nèi)注漿止水及地層加固。采用深孔注漿與袖閥管注漿相結(jié)合的注漿措施，在加固地層的同時，形成有效的止水帷幕，以消除潛水及承壓水層對暗挖作業(yè)的不利影響。注漿由下向上，縱向分兩次進(jìn)行，搭接2 m～3 m。注漿范圍為開挖線范圍內(nèi)及外2 m～5 m范圍內(nèi)土層，以形成筒狀加固區(qū)作為封閉堵水帷幕;注漿加固目標(biāo)為:隧道初支結(jié)構(gòu)輪廓線外無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為1．0 MPa，輪廓線以內(nèi)為0．5 MPa。注漿加固范圍見圖1。

圖1　既有車站下方注漿加固橫斷面示意圖

3．2下穿施工CRD法支護(hù)及液壓同步頂升技術(shù)

為減小既有車站結(jié)構(gòu)沉降，施工中采用CRD法開挖支護(hù)+液壓千斤頂頂升技術(shù)，確保新建隧道初支結(jié)構(gòu)和上部車站底板墊層剛性緊密接觸。左、右線隧道對稱開挖，首先開挖外側(cè)洞室，再開挖內(nèi)側(cè)洞室;待初支開挖通過后，再施作外側(cè)洞室的二次襯砌，使其盡快為上部車站結(jié)構(gòu)提供有效支撐，減小結(jié)構(gòu)沉降;外側(cè)洞室襯砌完成后方可拆除臨時中隔墻，再進(jìn)行內(nèi)側(cè)洞室的二次襯砌。開挖過程中嚴(yán)格控制各導(dǎo)洞步距和臺階長度，二次襯砌時分幅分段進(jìn)行。

3．2．1千斤頂布置

既有車站下方縱向每隔3榀格柵鋼架設(shè)置1榀千斤頂+型鋼鋼架(見圖2)，左、右線每個里程斷面各設(shè)3臺100 t液壓自鎖式千斤頂(見圖3)。開挖時先架設(shè)側(cè)墻豎向型鋼鋼架，焊接連接筋;再安裝頂部型鋼鋼架，千斤頂應(yīng)安裝到型鋼鋼架中預(yù)留的固定位置，其與型鋼鋼架相連接部位的安裝方法如圖4所示。

圖2　千斤頂布置縱斷面圖

圖3　千斤頂布置橫斷面圖

圖4　千斤頂與型鋼鋼架安裝示意圖

3．2．2初支格柵及型鋼鋼架安裝

下穿段格柵分為普通格柵鋼架和型鋼鋼架兩種。其中型鋼鋼架采用H270×440×12 mm3對稱焊接工字鋼，為千斤頂頂升提供支點(diǎn)。鋼架架立必須保證左右同步及垂直度，避免因鋼架架立偏差引起千斤頂頂力不垂直，進(jìn)而影響對既有線結(jié)構(gòu)頂升效果。因千斤頂頂升需要，將頂部型鋼鋼架與前后格柵分離，故在鋼架頂部不設(shè)連接筋。鋼架不能與既有線底板墊層密貼時采用鋼質(zhì)楔形墊塊墊實(shí)。

3．2．3千斤頂頂力加載

對于型鋼鋼架斷面(如圖3所示)，在1部洞室上臺階初支開挖架設(shè)型鋼鋼架時安放好①②號千斤頂，逐漸調(diào)節(jié)其行程直至鋼架頂部與上部車站底板墊層有效密貼;1部下臺階初支結(jié)構(gòu)封閉成環(huán)后，對①②號千斤頂按5 t分級的方式逐漸加載至30 t。為避免影響2部洞室土方開挖及鋼架架設(shè)，在2部上臺階開挖至距此斷面約1 m時，將①②號千斤頂提前卸力，待2部初支結(jié)構(gòu)封閉成環(huán)后，再對①②號千斤頂重新加載恢復(fù)頂力;過程中根據(jù)變形監(jiān)測情況進(jìn)行調(diào)液壓頂力以保證頂升效果。3部開挖至此斷面安裝型鋼鋼架時固定好③號千斤頂，初支封閉成環(huán)后逐漸調(diào)節(jié)液壓進(jìn)行頂升;4部開挖至距此斷面約1 m時，將③號千斤頂提前卸力，待其初支成環(huán)后逐級恢復(fù)并根據(jù)變形監(jiān)測情況調(diào)整頂力。頂力衰減、發(fā)生突發(fā)事故或沉降變形較大時，及時對千斤頂進(jìn)行加壓補(bǔ)償。

3．2．4初支背后回填及補(bǔ)償注漿

初支通過后及時回填注漿，壓力不大于0．5 MPa。根據(jù)監(jiān)測情況，進(jìn)行動態(tài)補(bǔ)償注漿。為控制既有線沉降，還應(yīng)對左右線之間的土體進(jìn)行了注漿加固。

3．3分幅分段施作二襯結(jié)構(gòu)

為減小既有線結(jié)構(gòu)沉降，分段分幅對稱施工二次襯砌。環(huán)向先施工底板，再施工側(cè)墻和頂板，縱向每段不大于12 m。臨時仰拱拆除與側(cè)墻澆筑對應(yīng)，拆一段，澆筑一段，嚴(yán)禁超拆。外側(cè)洞室襯砌示意圖見圖5，內(nèi)側(cè)洞室襯砌支撐示意圖見圖6。

圖5　外側(cè)洞室襯砌示意圖

圖6　內(nèi)側(cè)洞室襯砌支撐示意圖

4　既有車站結(jié)構(gòu)變形分析

1)下穿2號線朝陽門車站施工過程中，既有結(jié)構(gòu)變形總體控制良好，絕大部分監(jiān)測項目的累計變形值處于可控狀態(tài)，各監(jiān)測項目變形的最大累計值如表1所示。

表1　下穿既有2號線車站監(jiān)測最大值統(tǒng)計　mm

2)下穿既有5號線東四車站的過程中，既有結(jié)構(gòu)各項監(jiān)測項目累計變形均在可控范圍內(nèi)，沒有出現(xiàn)報警現(xiàn)象，變形控制較好，各監(jiān)測項目變形的最大累計值如表2所示。

表2　下穿既有5號線車站監(jiān)測最大值統(tǒng)計　mm

5　結(jié)語

1)下穿既有線車站屬于特級風(fēng)險工程，埋深大，環(huán)境地形條件復(fù)雜，施工難度大，變形控制標(biāo)準(zhǔn)要求極高，施工過程中采用CRD+千斤頂支護(hù)法及注漿等輔助措施，基本滿足了沉降變形控制要求，有效保證了既有車站結(jié)構(gòu)始終處于安全可控狀態(tài)，成功實(shí)現(xiàn)了穿越。2)實(shí)踐證明該技術(shù)是可靠的，但在實(shí)際運(yùn)用中尚不成熟，例如安放千斤部位初支回填注漿時易漏漿、多導(dǎo)洞開挖情況下側(cè)壁處型鋼鋼架垂直度難以保證可能會導(dǎo)致千斤頂難以有效頂升等，這些還需要認(rèn)真研究總結(jié)和優(yōu)化。3)過程中需要根據(jù)監(jiān)測情況頻繁地對千斤頂加載頂升，下層導(dǎo)洞通過時也需對千斤頂卸載，能否將千斤頂液壓控制系統(tǒng)與自動化監(jiān)測系統(tǒng)有機(jī)地整合為一個自動化操作系統(tǒng)，從而更有效地實(shí)現(xiàn)對既有線結(jié)構(gòu)變形的精確控制，值得繼續(xù)探索。

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On key techniques for closely attached underpass existing stations in mining intervals

Liu TaoLv Ruihu
(China Railway Tunnel Survey and Design Institute，Luoyang 471009，China)

Abstract:Taking No．6 Metro’s underpass existing station in Beijing as the example，the paper points out its construction techniques，makes out some measures including CRD+lifting jack support method and grouting，explores the operation points in the construction，and points out the station structure stays in the safe and controllable status according to the analysis of the structural deformation in existing stations，so as to provide some reference for the construction of similar projects．

Key words:existing station，underpass construction，CRD method，lifting jack，structural deformation

作者簡介:劉濤(1989-)，男，助理工程師;呂瑞虎(1983-)，男，碩士，工程師

收稿日期:2015-10-23

文章編號:1009-6825(2016)01-0183-03

中圖分類號:U455

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A