（武漢新業(yè)人力資源服務(wù)有限公司， 湖北 武漢 430063）

隨著國(guó)家地鐵建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，暗穿下挖即帶有隧道的地鐵結(jié)構(gòu)工程的建設(shè)也是越來(lái)越多，隨著城市軌道交通線網(wǎng)的日益密集，地鐵站的環(huán)境也是越來(lái)越復(fù)雜。而暗穿下挖式地鐵的建設(shè)對(duì)于軌道交通來(lái)說(shuō)也是局勢(shì)所需。因此，國(guó)家應(yīng)加強(qiáng)對(duì)暗挖下穿既有隧道的地鐵車站重要程度認(rèn)知，分析有隧道的地鐵車站結(jié)構(gòu)對(duì)于地鐵工程的建設(shè)和發(fā)展有重要意義。

一、當(dāng)?shù)氐罔F工程概況

（一）以當(dāng)?shù)氐罔F工程為例，湖北省武漢市的地鐵四號(hào)線是武漢市地鐵開設(shè)的第三條運(yùn)營(yíng)路線，也是國(guó)家第二個(gè)穿越了長(zhǎng)江的地鐵路線。線路共途徑武漢市武昌區(qū)、漢陽(yáng)區(qū)和洪山區(qū)這三個(gè)中心區(qū)域，一共銜接了武漢市火車站與武昌火車站兩大鐵路樞紐站。武漢地鐵四號(hào)線與武漢地鐵一號(hào)線和武漢地鐵二號(hào)線構(gòu)成了一個(gè)大大的“工”字。[1]武漢地鐵四號(hào)線與武漢地鐵二號(hào)線在武漢中南路站和武漢洪山廣場(chǎng)站實(shí)現(xiàn)了連續(xù)同站臺(tái)換乘運(yùn)營(yíng)模式，成為中國(guó)首位同站連續(xù)運(yùn)營(yíng)的換乘車站。

（二）通過(guò)相關(guān)專家分析得出，武漢四號(hào)線地鐵路口車站內(nèi)部分布的地質(zhì)層巖層傾角為 65。，傾向?yàn)?275。，車站的地貌屬于丘陵區(qū)斜坡式地貌，無(wú)具體統(tǒng)一的地下水位。地下水的組成主要是基巖層裂隙水和松散層孔隙水。由于地下水受氣候和降水因素影響使得孔隙水在填土厚度小的地區(qū)水量有限制，在填土厚度大的地區(qū)孔隙水較大。具體參考以下地質(zhì)情況表1。

表1 地質(zhì)地層情況表

（三）武漢市四號(hào)線地鐵工程的土層劃分情況為人工堆積層（Qml）、晚更新世紀(jì)沖洪積層(Q3pl+al)和全新世紀(jì)沖洪層（Q4pl+al）這三類土層。[2]其主要構(gòu)造為從上而下的順序：①粉制土—①1雜填土—③粉土—③1粉質(zhì)粘土—③2黏土—④粉質(zhì)粘土—⑥粉質(zhì)粘土—車站地板（注：文字前序號(hào)代表數(shù)量或份數(shù)）。場(chǎng)地范圍下四層地下水分布：上層滯水—潛水—車站樓板中間層—層間水—承壓水—車站底板1m。

二、暗挖下穿的地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

（一）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工序

暗挖下穿的車站結(jié)構(gòu)是帶有隧道的構(gòu)建結(jié)構(gòu)，對(duì)于這類地鐵的施工方案常用的有三種類型：蓋挖法、明挖法和礦山施工法。對(duì)于暗挖下穿的隧道施工工程，在保證設(shè)計(jì)施工的結(jié)構(gòu)安全前提，嚴(yán)格控制地層沉降的現(xiàn)象發(fā)生。湖北省武漢市地鐵車站為地下暗挖式車站，采用小導(dǎo)管注入漿體來(lái)加固整個(gè)地層和中洞施工CRD施工法，中洞開挖后進(jìn)行支護(hù)，之后鋪建防水底板層和架構(gòu)底縱梁與結(jié)構(gòu)底板，這個(gè)過(guò)程要注意鋼筋的搭接長(zhǎng)度和防水層的預(yù)留；接下來(lái)，在中洞內(nèi)部構(gòu)建鋼管混凝土柱、底縱梁和中縱梁、中板，鋪設(shè)拱部結(jié)構(gòu)、拱部防水層和頂縱梁，把中洞內(nèi)原有臨時(shí)支護(hù)拆除，中洞的施工完成。兩側(cè)洞的實(shí)施辦法是采用臺(tái)階法進(jìn)行挖掘，用小導(dǎo)管輔助完成加固施工，在兩側(cè)洞內(nèi)布置邊墻防水層并鋪設(shè)底板，完成部分邊墻結(jié)構(gòu)和底板的建筑，側(cè)洞內(nèi)施工與洞內(nèi)連接的內(nèi)中板相連接，繼續(xù)增加兩側(cè)洞內(nèi)的邊墻和拱部防水層的結(jié)構(gòu)，與中洞內(nèi)部結(jié)構(gòu)完成銜接，當(dāng)兩次砌建完成后拆除之前所有的臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)，最終完好主體結(jié)構(gòu)的構(gòu)建。[3]

（二）地鐵總體結(jié)構(gòu)構(gòu)建方案

由于武漢市的地貌特點(diǎn)，為了有效控制隧道的沉降現(xiàn)象發(fā)生，將車站設(shè)計(jì)成拱頂式車站，在車站與隧道間留有一定的安全距離，隧道的底板深埋度約為13.5cm，留5cm的安全距離之后，車站的頂板深埋度就應(yīng)是18.5cm，這個(gè)數(shù)值的深埋量會(huì)使得車站樁基礎(chǔ)壓力過(guò)大和地基承載力f值的有限增長(zhǎng)，最后結(jié)果會(huì)導(dǎo)致工程風(fēng)險(xiǎn)和設(shè)計(jì)難度的增加。5cm的安全距離很難保證車站施工時(shí)隧道的沉降值≤55mm，隧道中墻與邊墻沉降值≤9mm。因此，可以將車站設(shè)計(jì)成平頂直墻斷面的結(jié)構(gòu)模式，將車站頂板緊密貼合隧道底板，這樣可以有效降低設(shè)計(jì)荷載和深埋的減小及車站結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸的減小。另外，車站頂板密貼隧道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅能夠形成隧道的主要支頂，同時(shí)有效減小了隧道的機(jī)構(gòu)沉降率。

（三）地鐵隧道結(jié)構(gòu)控制標(biāo)準(zhǔn)分析

圖1 地鐵車站施工對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)的總體影響說(shuō)明圖

由上圖的說(shuō)明可以看出新地鐵工程的建設(shè)對(duì)原有的地鐵結(jié)構(gòu)會(huì)造成一系列的影響。在施工過(guò)程中由于地層的損失和挖掘機(jī)器的擾動(dòng)以及地鐵隧道的移動(dòng)和變形，會(huì)引起隧道的凈空產(chǎn)生變化，隨之而來(lái)的就是隧道內(nèi)的軌道發(fā)生變形和移動(dòng)。因此，為有效避免線路的變形和軌道的移動(dòng)現(xiàn)象發(fā)生，對(duì)于地鐵隧道結(jié)構(gòu)的變形進(jìn)行一定的控制是問(wèn)題的關(guān)鍵，解決變形的沉降和兩側(cè)變形的差異沉降是地鐵軌道建設(shè)結(jié)構(gòu)變形控制的重點(diǎn)和核心。[5]為制定合理的地鐵建設(shè)結(jié)構(gòu)變形控制標(biāo)準(zhǔn)，在施工前通過(guò)對(duì)地鐵現(xiàn)有結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的評(píng)估和檢測(cè)，得出相關(guān)數(shù)據(jù)。對(duì)混凝土外觀、混凝土裂縫、混凝土碳化深度、混凝土強(qiáng)度、鋼筋保護(hù)層厚度、混凝土堿含量、混凝土氯離子檢測(cè)以及鋼筋銹蝕情況等各方面都進(jìn)行了仔細(xì)的檢查。依據(jù)相關(guān)評(píng)估結(jié)果顯示現(xiàn)有的地鐵結(jié)構(gòu)是基本完好的。參考國(guó)外相似工程相關(guān)經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合檢測(cè)報(bào)告結(jié)果以及安全核算結(jié)果，經(jīng)過(guò)專家們的研究討論，最終確定了地鐵的隧道架構(gòu)沉降標(biāo)準(zhǔn)控制在40.5mm以內(nèi)，36.5mm是地鐵隧道結(jié)構(gòu)沉降的最低標(biāo)準(zhǔn)值和目標(biāo)值。

（一）因暗挖下穿隧道地鐵的建設(shè)是一道涉及到多道工序和多次受力結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換測(cè)試的重大工程，地鐵的后期程序都是由前期諸多程序累加而來(lái)的，所以對(duì)前期的每一道程序、其中的每一個(gè)步驟都要嚴(yán)格把控。要依照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)把控沉降值，36mm是對(duì)現(xiàn)有地鐵隧道結(jié)構(gòu)沉降值的標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)現(xiàn)有的地鐵隧道結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和變形過(guò)程以及結(jié)構(gòu)變化分配的方法和原理，結(jié)合數(shù)值模擬計(jì)算進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的多次修正，同時(shí)對(duì)現(xiàn)有地鐵隧道架構(gòu)沉降標(biāo)準(zhǔn)控制進(jìn)行相應(yīng)的分解，確定好每個(gè)施工步驟的控制值，最終實(shí)現(xiàn)地鐵隧道結(jié)構(gòu)沉降階段性的控制。

三、暗挖下穿地鐵隧道架構(gòu)檢測(cè)和相關(guān)控制措施

（一）監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和道床沉降實(shí)測(cè)分析

傳統(tǒng)的檢測(cè)系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)反饋和采集，并且在車區(qū)間高密度的環(huán)境下也很難實(shí)施。選用高密度自動(dòng)化遠(yuǎn)程靜力水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)有的地鐵隧道架構(gòu)進(jìn)行不間斷的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可有效解決數(shù)據(jù)的及時(shí)采集和真實(shí)性。結(jié)合新地鐵站施工引起的沉降情況和地鐵隧道結(jié)構(gòu)以及軌道的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在現(xiàn)有地鐵結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)了隧道結(jié)構(gòu)沉降、兩軌之間水平間距、軌道結(jié)構(gòu)沉降以及變形膨脹等監(jiān)測(cè)點(diǎn)。同時(shí)實(shí)際的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)中發(fā)現(xiàn)，軌道中兩軌間的水平間距、變形膨脹和高差值等數(shù)據(jù)變化并不大，都在要求的控制標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)。但道床與隧道結(jié)構(gòu)的沉降比較大，最大沉降值主要發(fā)生在變形縫隙處，因此，總結(jié)以上陳訴，軌道變形縫隙處的施工是整個(gè)施工中需要控制的重中之重。由于地鐵隧道結(jié)構(gòu)的變形縫隙處剛度很小，隨著施工的推進(jìn)，隧道結(jié)構(gòu)會(huì)呈現(xiàn)出剛體特征，變行縫隙處會(huì)出現(xiàn)最大沉降值，容易將沉降線分割成若干條類似直線的線段。另外，由于道床剛度較小，隧道與道床之間無(wú)連接，沉降曲線為非線性曲線，這些因素的不協(xié)調(diào)直接導(dǎo)致變形縫隙處附近與隧道結(jié)構(gòu)和道床之間出現(xiàn)脫離現(xiàn)象，最大脫離值達(dá)12.8mm,最大脫離區(qū)域?yàn)?.1mm。[6]

（二）道床與隧道結(jié)構(gòu)問(wèn)題處理措施

為了有效的保證地鐵隧道的施工順利和安全運(yùn)營(yíng)，在隧道側(cè)洞施工前，可以對(duì)隧道與道床結(jié)構(gòu)之間的開脫部位進(jìn)行灌漿和加固。灌漿時(shí)采用漏斗法進(jìn)行高位灌輸，保證漿體有一定的壓力能夠進(jìn)入隧道與道床結(jié)構(gòu)之間開脫部位的縫隙之間，同時(shí)要注意灌輸期間不會(huì)出現(xiàn)因壓力過(guò)大而產(chǎn)生道床隆起現(xiàn)象。通過(guò)多次的實(shí)驗(yàn)證明，漿液應(yīng)選擇經(jīng)過(guò)加工處理的CGM-3型高強(qiáng)和早強(qiáng)等無(wú)收縮性流態(tài)的罐裝漿液，在具有一定的擴(kuò)散性和流動(dòng)性的環(huán)境條件下，在 2.5小時(shí)后滿足漿體強(qiáng)度≥16MPa。在整個(gè)灌漿實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，仔細(xì)觀察漿液是否完全填滿，加固效果是否良好，最后保證道床在車體運(yùn)營(yíng)情況下是安全穩(wěn)定并且無(wú)任何問(wèn)題的。

（三）地鐵隧道結(jié)構(gòu)沉降量問(wèn)題處理措施

由于先期工程施工完畢導(dǎo)致的中洞結(jié)構(gòu)和中洞管棚之間的剛度過(guò)大，具備高壓性灌輸漿體條件，可以在新建地鐵車站結(jié)構(gòu)和地鐵隧道中的土體進(jìn)行抬升式灌漿，來(lái)彌補(bǔ)前期施工導(dǎo)致的損失。值得注意的是抬升式灌漿法要從導(dǎo)洞上的天梁兩側(cè)進(jìn)行實(shí)際灌輸漿體操作。注漿工程可以分五個(gè)區(qū)域進(jìn)行，一區(qū)和五區(qū)在軌道的外側(cè)，三區(qū)在軌道中間，二區(qū)和四區(qū)在軌道的正下方，運(yùn)用排灌進(jìn)行灌漿時(shí)灌漿管間距為0.6m,二區(qū)與四區(qū)之間灌漿管長(zhǎng)2.6m,剩余區(qū)域灌漿管長(zhǎng)度為3m。灌漿水灰比控制在0.95，漿體凝固時(shí)間為25分鐘左右，采用分階段式進(jìn)行低速度灌漿，將地鐵隧道車站結(jié)構(gòu)中側(cè)洞內(nèi)土體與中洞范圍內(nèi)土體進(jìn)行分割，對(duì)一區(qū)、三區(qū)和五區(qū)進(jìn)行再次灌漿，達(dá)到加固和止?jié){的作用。灌漿過(guò)程中出現(xiàn)漏漿情況時(shí)要及時(shí)補(bǔ)漿，防止土體沉降的現(xiàn)象發(fā)生，確保灌漿之后一個(gè)月時(shí)間內(nèi)地鐵隧道結(jié)構(gòu)最大抬升值達(dá)到16.5mm,并且左、右隧道結(jié)構(gòu)抬升率總體平穩(wěn)。

總結(jié)：

隨著國(guó)家各個(gè)城市地鐵建設(shè)的快速發(fā)展，對(duì)于暗挖下穿地鐵軌道的建設(shè)上，要保證建筑和人身安全以及地鐵運(yùn)營(yíng)等多方面的安全性。暗挖下穿地鐵軌道的設(shè)計(jì)方案要充分考慮區(qū)域性條件、區(qū)域地質(zhì)和地形以及交通條件等多方面因素。

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