宋南濤

（中鐵二院工程集團有限責任公司地鐵院，四川成都 610031）

隨著城市軌道交通的快速發(fā)展，新建地鐵線路穿越既有地鐵隧道和車站的情況越來越多。由于地鐵車站圍護結構插入車站基坑底以下數米，且寬大車站基坑常常存在格構柱樁基礎，新建地鐵線路難以采用盾構法直接下穿通過。因此，當新建線路不可避免下穿地鐵車站時，需要采用組合工法，即采用礦山法破除可能侵入隧道的圍護結構或格構柱樁基礎，后期再利用盾構管片作為隧道主體結構。本文以深圳市軌道交通 11 號線工程前海灣站—寶安站區(qū)間（簡稱“前寶區(qū)間”）下穿既有5 號線寶華站為工程背景，闡述復合地層中采用該工法下穿既有車站的關鍵技術。

1 工程概況

深圳市軌道交通 11 號線工程前寶區(qū)間位于深圳寶安區(qū)填海區(qū)，線路出前海灣站后，依次下穿填海區(qū)、雙界河、5 號線區(qū)間隧道、新圳河、5 號線寶華站后進入寶安站。11 號線右線斜交先后下穿寶華站 B2 出入口、B2 與B1出入口之間市政道路、寶華站 B1 出入口及車站主體結構，左線斜交先后下穿寶華站 B1、B2 出入口和車站主體結構（圖1）。

圖1 11 號線前寶區(qū)間平面圖

既有 5 號線寶華站為二層三跨的標準站，B1、B2 出入口寬 5.0m，高 4.7m，埋深約 4.5m。車站主體全長224.5m，頂板覆土埋深為 3.35m 左右，車站整體呈2‰的縱坡。車站主體圍護結構采用 800mm 厚 C30P8地下連續(xù)墻，標準段嵌固深度為 7.2m（圖2）。寶華站車站主體有 4 根鋼支撐格構柱樁基礎（上部為臨時鋼立柱，施工過程中已割除，下部為φ800mm C30 混凝土鉆孔樁，臨時結構不受力）位于隧道范圍內，格構柱樁基侵入 11 號線隧道開挖范圍內約 1～1.2m（圖3）。

圖3 寶華站格構柱樁基示意圖（單位：mm）

本段隧道區(qū)間上覆人工填土、第四系沖洪積、殘積黏性土、砂層，下伏燕山期花崗巖。區(qū)間隧道主要在殘積黏性土，花崗巖全強風化層及中風化、微風化帶內穿過，存在軟硬不均現象。區(qū)間地下水水位埋深約 3.5m，地下水豐富，并接受海水側向補給，與前海灣海水水力聯系緊密。

2 設計施工難點與工法選擇

2.1 設計施工難點

（1）新建 11 號線隧道拱頂與既有 5 號線寶華站車站主體圍護結構的最小凈距為 0.957m，與車站結構底板最近距離為 8.16m，既有車站的臨時格構柱樁基侵入隧道。

（2）5 號線是正在運營的既有線，行車密度間隔時間約 5～8min。新建的 11 號線在下穿寶華站施工過程中，距離寶華站車站圍護結構最近距離僅0.957m，距車站底板也僅有8.16 m。若隧道開挖和爆破施工控制不到位，會使圍巖產生擾動及地下水流失，有可能對正在運行的軌道、車站結構、出入口結構造成不均勻沉降，導致車站結構變形沉降超限，產生裂縫及滲水，影響5號線列車正常運營。

（3）地質復雜。11 號線隧道處于上軟下硬地段，該地段有 23m 為Ⅴ級圍巖，161m 為 Ⅵ 級圍巖。Ⅵ 級圍巖穩(wěn)定性差，但其下部又是強度為 155mPa 的微風化花崗巖，需要爆破，加之該地段地下水豐富，因此隧道施工風險很大。

2.2 工法選擇

2.2.1 工法 1（盾構強行通過）

該工法需更換破巖能力強的刀具破除硬巖，容易造成盾構機偏壓、姿態(tài)控制失敗、機頭上翹，導致上方土層嚴重超挖，甚至引起地面坍塌。另外，盾構機也不能直接破除車站的臨時格構柱。

2.2.2 工法 2（礦山法通過）

該工法需下壓線路，增加隧道埋深，采用礦山法通過。通過將線路下壓 6m，讓礦山法隧道拱部位于中-微風化地層，這將使得礦山法隧道增長 160m，2 號吊出井深度也增加至 41m，綜合工期延長 6 個月，難以滿足 11 號線工期要求。若將 2 號井移至海濱廣場，將與規(guī)劃的兩層地下停車場沖突。

2.2.3 工法3（礦山法初支+盾構空推）

由于以上工法 1、工法2均不能滿足設計施工要求，因此，本工程采用“礦山法初支+盾構空推”工法。該工法先期采用礦山法施工初期支護以穩(wěn)定開挖洞室，處理盾構機無法直接破除的硬巖、鋼筋等物體，后期盾構機直接拼裝管片通過。該工法綜合考慮盾構機刀盤尺寸和圍巖級別，確定空推段隧道內凈空尺寸為直徑 6 600mm，在盾構機外徑 6280mm 的基礎上考慮160mm 的盾構工作空間，隧道初期支護擬定為300mm。

3 設計施工技術措施

3.1 變形和沉降標準

監(jiān)控指標及施工注意事項按深圳市地鐵集團有限公司下發(fā)的《城市軌道交通安全保護區(qū)施工管理辦法》規(guī)定執(zhí)行。當實際變形值達到最大允許變形值的 60% 時，須向有關單位發(fā)出黃色預警；當達到控制值的 80% 時，應發(fā)出橙色報警；當超過控制值時，應發(fā)出紅色報警（表1）。

表1 變形沉降控制指標

3.2 沉降控制措施

3.2.1 沉降與控制預測

采用地層-結構模型預測隧道開挖引起的地層沉降。根據計算結果，在該地層下不采取任何措施時，地層最大沉降為 12.4mm（圖4a），已超過表1控制標準。為減小既有車站的沉降，11 號線隧道開挖時必須對地層采取措施。考慮到該段區(qū)間地下水豐富，采取能有效改良地層和止水的深孔注漿控制措施。對隧道上半斷面進行深孔注漿的模擬計算結果表明，地層最大沉降由 12.4mm 減小到 6.2mm（圖4b），滿足表1控制標準。

圖4 地層沉降云圖

3.2.2 沉降控制實施

利用 11 號線 2 號盾構吊出井為開挖工作面開挖，開挖形式為預留核心土環(huán)形短臺階法開挖，開挖前進行上臺階全斷面水泥-水玻璃雙液漿深孔預注漿，采用小導管注漿補強，配合錨桿＋格柵拱架＋網噴混凝土組成聯合初期支護。

注漿加固范圍為土石分界以上斷面，鉆孔按雙排孔布置，鉆孔直徑φ80mm，排距 500mm，孔間距 600mm。該段區(qū)間隧道屬于曲線段，鉆孔注漿方向為直線，為避免鉆孔偏離隧道方向過遠，鉆孔深度一般為 10～12m，最長注漿施工段鉆孔注漿深度達 20m。周邊孔按一定角度向外呈放射狀打設，注漿加固范圍為隧道周邊土體 3m 以內（圖5、圖6）。

圖5 深孔注漿縱斷面示意圖（單位：mm）

圖6 上半斷面深孔注漿布孔示意圖（單位：mm）

注漿流程為：止?jié){墻施作（掛網噴混凝土）→孔位布置→超前地質探孔→鉆孔→注漿封口→后退式注漿→注漿效果檢查→破除止?jié){墻開挖。

3.3 沉降控制效果與監(jiān)測結果

3.3.1 監(jiān)測方法與監(jiān)測段選擇

本沉降監(jiān)測以自動化監(jiān)測為主，人工監(jiān)測為輔。自動化監(jiān)測擬采用徠卡 TS30 測量機器人配合 Geomos 專業(yè)監(jiān)測軟件進行，Geomos 專業(yè)監(jiān)測軟件是實現自動化監(jiān)測的平臺，可遠程控制測量機器人。該監(jiān)測軟件能自動處理接收到的監(jiān)測數據，并生成監(jiān)測成果表及變形曲線。人工觀測采用徠卡 DNA03 水準儀配合水準尺進行沉降觀測，采用徠卡 TS30 全站儀配合 L 型棱鏡進行水平位移觀測。

經綜合考慮，選擇車站 B2 出入口為試驗段，監(jiān)測出入口通道內的沉降變形情況，對地層沉降控制措施的有效性進行驗證、調整和優(yōu)化。后期隧道下穿車站主體時，進一步監(jiān)測車站主體結構及軌行區(qū)的沉降變形。監(jiān)測段和監(jiān)測點見圖7、圖8。

圖7 試驗段范圍設置

圖8 車站監(jiān)測點布置圖

3.3.2 控制與監(jiān)測結果

根據監(jiān)測結果，監(jiān)測數據已經穩(wěn)定，監(jiān)測段所有監(jiān)測點在礦山法初支期間變形值與差異變形值均在控制標準范圍內。其中車站底板最大累計沉降值為 -6.1mm，車站結構最大差異變形值為 3.1mm，滿足表1控制標準，5 號線寶華站一直保持正常運營。

4 結論與建議

（1）對于復雜地層，下穿既有運營車站時，若不能采用盾構法穿越，應采取組合工法，同時宜采用改良地層的注漿措施。

（2）下穿既有運營車站時，應根據不同的區(qū)段制定相應的設計施工控制措施，并在整個施工過程中對這些區(qū)段進行監(jiān)測，將監(jiān)測數據反饋，指導施工。

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