供稿|曹德更，馮志耀，潘旦光 / CAO De-geng, FENG Zhi-yao, PAN Dan-guang

內(nèi)容導(dǎo)讀

以地鐵17號線東大橋站下穿既有6號線區(qū)間隧道為背景，根據(jù)施工中的難點提出相應(yīng)的解決措施，尤其是在上層導(dǎo)洞高程與既有線高程相同，下層導(dǎo)洞高程小于既有線高程，導(dǎo)洞封端距既有線最小距離僅為3.2 m，且既有線變形控制要求在3.2 mm的情況下，提出超前局部全斷面注漿與洞樁法相結(jié)合的施工方法，同時優(yōu)化導(dǎo)洞的施工順序和施工間隔，以控制既有結(jié)構(gòu)的變形和地下管線的安全。

隨著城市地鐵建設(shè)的不斷推進，穿越既有線的現(xiàn)象必然發(fā)生，從穿越位置關(guān)系看有上穿、下穿、側(cè)穿。從穿越既有線的內(nèi)容看，有穿越區(qū)間隧道和穿越既有車站。在穿越過程中，需要控制既有線的變形，以確保既有線的安全正常運營。為此，根據(jù)地層條件和穿越關(guān)系提出了不同的施工工法和沉降控制技術(shù)。其中常用的施工方法有盾構(gòu)法穿越和暗挖+注漿法穿越。

楊志勇等[1]以北京地鐵14號線阜通西站-望京站盾構(gòu)區(qū)間隧道下穿地鐵15號線運營隧道為工程背景，對比分析了兩次盾構(gòu)穿越的施工過程和沉降與施工參數(shù)的關(guān)系。江華等[2]研究了深圳地鐵9號線紅嶺站-大劇院站區(qū)間隧道上穿地鐵1號線隧道的變形規(guī)律。盾構(gòu)法穿越既有線具有施工速度快、施工風(fēng)險小等優(yōu)點，但是，由于截面形式固定，因此適用于區(qū)間隧道而無法用于地鐵車站的施工。對于淺埋暗挖+注漿法施工靈活度高，適應(yīng)各種斷面的隧道和車站施工，從而在穿越工程中得到廣泛的應(yīng)用。候永兵等[3]采用增加拱部預(yù)支護和管線周圍土體改良的施工方法以保證施工區(qū)域管線的安全。孫旭東[4]以北京地鐵6號線東四-朝陽門區(qū)間隧道密貼下穿既有地鐵5號線東四站為背景，研究了千斤頂支護法結(jié)合深孔注漿及背后回填注漿等相結(jié)合的施工方法。張成平等[5]以北京地鐵5號線崇文門暗挖車站下穿既有地鐵隧道施工為背景，探討了柱洞法結(jié)合超前管幕施工的控制技術(shù)。王聯(lián)平[6]討論了深圳地鐵7號線區(qū)間隧道下穿既有地鐵4號線福民站中的施工難點和相應(yīng)的施工技術(shù)。閆朝霞等[7]總結(jié)了北京4號線、5號線和10號線穿越既有線的施工實例。

從現(xiàn)有的地鐵車站穿越既有線的施工方案看，洞樁法(PBA法)利用小導(dǎo)洞施作樁梁形成主要傳力結(jié)構(gòu)，在暗挖拱蓋保護下進行內(nèi)坑開挖，地面沉降小，適用于雙層中大跨度地下工程。它是大跨度地鐵車站施工的常用方法之一[8，9]。從已施工的下穿或上穿的案例看，穿越工程無論是區(qū)間隧道還是地鐵車站，大部分是整體穿越，即下層結(jié)構(gòu)的頂面標(biāo)高不大于上層結(jié)構(gòu)的底面標(biāo)高。對于無法整體穿越時，則需要將地鐵車站分為不同區(qū)域，因此施工難度進一步增加[10-12]。地鐵17號線東大橋站頂面高于既有6號線區(qū)間隧道的頂面而東大橋站底面低于6號線區(qū)間隧道的底面，即無法直接上穿或下穿。因此，地鐵17號線東大橋站設(shè)計為三段，由此導(dǎo)致部分大跨度地鐵車站將緊鄰既有線施工，如果處理不當(dāng)，易于造成既有線沉降和傾斜。為此提出超前局部全斷面注漿與洞樁法相結(jié)合的施工方法，以控制既有結(jié)構(gòu)的變形，同時考慮小導(dǎo)洞施工過程中的群洞效應(yīng)[13-16]，優(yōu)化導(dǎo)洞的施工順序和施工間隔，可供類似工程施工參考。

工程概況

17號線東大橋站為全線第10座車站，與既有6號線東大橋站呈“T”型通道換乘，并與規(guī)劃APM線換乘。東大橋站工程概況及地質(zhì)特征見《金屬世界》2019年第5期“東大橋站群洞施工開挖面距的優(yōu)化分析”[16]。既有線附近的地層自上而下依次為：雜填土、素填土、粉質(zhì)粘土、粘質(zhì)粉土、細砂、卵石、粉質(zhì)粘土、粘質(zhì)粉土、中砂、卵石、粘土、粉質(zhì)粘土、卵石、中砂。車站主要受潛水、承壓水的影響，潛水的水位標(biāo)高為22.7~23.62 m(埋深約15 m)，承壓水的水位標(biāo)高為15.87~17.1 m(埋深約22 m)，潛水的水位在車站頂板頂附近，承壓水的水位在中板以上1.7~3.0 m，在底板以上11.0~12.2 m。本文主要討論標(biāo)準(zhǔn)段導(dǎo)洞施工鄰近既有線過程中存在的難點及解決方法。

工程難點

車站導(dǎo)洞鄰近既有線隧道

車站上、下導(dǎo)洞鄰近既有6號線區(qū)間隧道，導(dǎo)洞封端距離既有線最小距離僅為3.2 m。導(dǎo)洞斷面為拱頂直墻結(jié)構(gòu)，采用臺階法施工。上導(dǎo)洞高度與6號線區(qū)間隧道基本相同，而下導(dǎo)洞低于6號線區(qū)間隧道。上導(dǎo)洞高5.5 m，下導(dǎo)洞高5.3 m，導(dǎo)洞開挖對3倍導(dǎo)洞洞徑范圍內(nèi)的場地沉降有顯著影響，而既有線沉降控制要求在3 mm以內(nèi)。因此，如若導(dǎo)洞開挖處理不當(dāng)，易造成既有線隧道的沉降過大，影響其運營安全，其風(fēng)險等級為一級。

導(dǎo)洞施工的群洞效應(yīng)

已有的研究表明，當(dāng)導(dǎo)洞的中心線距離小于3倍洞徑時，在導(dǎo)洞開挖過程中引起相鄰?fù)馏w的多次擾動，從而導(dǎo)致地表沉降過大，其值大于單個導(dǎo)洞開挖引起相應(yīng)位置沉降值之和，即存在群洞效應(yīng)。本工程的導(dǎo)洞水平中心距為7.2~8.86 m，垂直高差為14.27 m，上導(dǎo)洞開挖寬4.7 m，下導(dǎo)洞結(jié)構(gòu)寬4.7~5.7 m，導(dǎo)洞之間的距離都小于3倍洞徑，開挖過程中相互影響較大，且車站主體施工要求控制地表沉降在60 mm以內(nèi)。因此，如若施工處理不當(dāng)會造成地表沉降過大，嚴(yán)重影響周邊環(huán)境，其風(fēng)險等級為一級。

市政管線多且近

車站管線種類繁雜，互相交叉，其中重要管線包括：橫跨東大橋車站的2000 mm×2350 mm電力隧道、4500 mm×2800 mm熱力方溝、f1550 mm上水管、f1550 mm污水管、1600 mm×950 mm熱力方溝、4根燃氣管(f300、f400、f406、f508 mm)、f600 mm上水管，先平行車站后橫跨車站的4500 mm×3000 mm雨水方溝等，圖1是車站下穿各主要管線的剖面圖。各個管線控制指標(biāo)要求較高，施工中如何做到在保證管線安全的條件下，是本工程的一個難點。

施工難點的解決方法

在施工過程中嚴(yán)格遵循“管超前、嚴(yán)注漿、短進尺、強支護、早封閉、勤量測”十八字方針。

車站導(dǎo)洞鄰近既有線的控制措施

為確保既有線區(qū)間隧道的運行安全，距離既有線隧道10 m范圍內(nèi)深孔注漿加固地層。注漿漿液采用水泥-水玻璃雙液漿，注漿壓力為0.8~1.5 MPa，注漿加固后土體強度指標(biāo)提高20%，加固后的土體應(yīng)有良好的均勻性、自立性和密封性，無側(cè)限抗壓強度為0.8 MPa，滲透系數(shù)小于10–6cm/s。深孔注漿范圍為導(dǎo)洞開挖輪廓線外2 m及掌子面全斷面注漿加固。且在導(dǎo)洞開挖到封端后，在封端墻上打設(shè)DN25(f32 mm)×2.75 mm鋼焊管，對區(qū)間隧道側(cè)壁及下方進行注漿加固，加固區(qū)域如圖2和圖3所示。同時，深孔注漿每一循環(huán)前在上臺階核心土外(開挖內(nèi)輪廓線范圍向內(nèi)2 m)掌子面設(shè)置止?jié){墻，厚度為300 mm采用C20噴射混凝土，并設(shè)雙層f6.5 mm@ 150 mm×150 mm鋼筋網(wǎng)片。

車站主體平行管線措施

污水管管內(nèi)底埋深約5.2 m，熱力方溝內(nèi)底埋深約2.4 m，雨水方溝內(nèi)底埋深約5.0 m，車站采用暗挖洞樁法施工，暗挖主體結(jié)構(gòu)平行側(cè)下穿污水管，污水管與結(jié)構(gòu)外墻間水平距離為0.65~3.8 m，結(jié)構(gòu)拱頂與管內(nèi)底垂直距離約為9.7 m。熱力方溝與結(jié)構(gòu)外墻間水平距離約為7.5 m，結(jié)構(gòu)拱頂與溝內(nèi)底垂直距離約為12.6 m。雨水方溝與結(jié)構(gòu)外墻間水平距離約為20 m，結(jié)構(gòu)拱頂與溝內(nèi)底垂直距離約為10 m。為確保管線安全，與車站平行的大型管線，施工時加強小導(dǎo)洞和主體大拱拱部的超前注漿加固，及時封閉初期支護。初期支護施工完畢后應(yīng)及時對其背后多次進行回填注漿，注漿壓力控制在0.2~0.5 MPa，同時加強監(jiān)控量測，減少地面沉降量和嚴(yán)防壓力太大出現(xiàn)地面隆起現(xiàn)象。

車站主體垂直下穿管線的措施

在車站下穿帶水、帶壓等大型管線前后各6 m范圍內(nèi)，對結(jié)構(gòu)拱部采用深孔注漿加固地層，加固范圍為初支外2.0 m，初支內(nèi)0.5 m，注漿壓力控制在0.5~1.0 MPa，擴散半徑0.5 m。深孔注漿每一循環(huán)前在上臺階核心土外(開挖內(nèi)輪廓線范圍向內(nèi)2 m)掌子面設(shè)置止?jié){墻，厚度為300 mm采用C20噴射混凝土，并設(shè)雙層f6.5 mm @150 mm×150 mm鋼筋網(wǎng)片。初期支護施工完畢后應(yīng)及時對其背后多次進行回填注漿，以減少地面沉降量。注漿壓力控制在0.2~0.5 MPa，嚴(yán)防壓力太大出現(xiàn)地面隆起現(xiàn)象。

減少群洞效應(yīng)的措施

標(biāo)準(zhǔn)段車站小導(dǎo)洞分兩層，每層4個，總共8個。由于導(dǎo)洞數(shù)量多，距離近，因此，為減少群洞效應(yīng)的影響，結(jié)合場地地下水位較高的特點，從導(dǎo)洞的施工順序和不同導(dǎo)洞的開挖間距兩方面進行優(yōu)化。采用“先邊后中，先上后下，錯洞開挖”的順序進行開挖。且不同導(dǎo)洞的開挖面距不小于15 m，在上層導(dǎo)洞施工完成后再進行下層導(dǎo)洞的施工。開挖前開設(shè)小導(dǎo)管預(yù)注漿加固地層，開挖導(dǎo)洞并支護。采用臺階法施工，預(yù)留核心土施工，上下臺階每次開挖進尺控制在一榀格柵的寬度，即0.5 m，上下臺階施工步距長度3~5 m。每一循環(huán)開挖后及時安設(shè)格柵、掛網(wǎng)、錨桿、噴射混凝土支護。

監(jiān)控量測方案及分析

監(jiān)測方案

為及時了解前一步施工工藝和支護參數(shù)是否符合預(yù)期要求，以確定和調(diào)整下一步施工，以修改和完善設(shè)計，使設(shè)計達到優(yōu)質(zhì)安全、經(jīng)濟合理，確保施工安全和地表建筑物、地下管線的安全。同時，可將現(xiàn)場測量的數(shù)據(jù)與理論預(yù)測值比較，用于反分析法進行分析計算，使設(shè)計更符合實際，以便指導(dǎo)今后的施工。因此，施工過程中監(jiān)控量測是一項重要的內(nèi)容，車站主體及既有隧道結(jié)構(gòu)的位移監(jiān)控測點布置示意圖如圖4所示。

監(jiān)測結(jié)果

監(jiān)測斷面A-A距離導(dǎo)洞封端25 m，圖5為監(jiān)測斷面A-A在導(dǎo)洞貫通后地表的沉降分布圖，從現(xiàn)場監(jiān)測來看，在開挖面距為15 m的情況下，2#導(dǎo)洞和3#導(dǎo)洞上方地表沉降值較大，最大沉降發(fā)生在車站中心線上方，8個小導(dǎo)洞施工完成后沉降值為39.4 mm，滿足工程控制標(biāo)準(zhǔn)。監(jiān)測斷面B-B位于既有隧道左線，在采用上述深孔注漿工藝加固的情況下，既有隧道左線的豎向變形如圖6所示，既有隧道左線的豎向最大變形發(fā)生車站中心線偏左的位置，這是由于既有隧道并非完全垂直小導(dǎo)洞，車站中心線偏左處的隧道結(jié)構(gòu)距離小導(dǎo)洞更近，實測既有隧道結(jié)構(gòu)最大豎向變形為2.84 mm，滿足工程要求。這說明在導(dǎo)洞開挖前進行深孔注漿，然后再進行導(dǎo)洞開挖，可有效減小鄰近既有線隧道時導(dǎo)洞開挖引起的變形。

結(jié)束語

北京地鐵17號線東大橋站由于受既有地鐵的影響而使車站分為三個部分，且地鐵車站鄰近或下穿既有6號線區(qū)間隧道，為避免地鐵施工引起地表和既有線的過大沉降，同時，考慮周邊環(huán)境、地下管線的影響，對這些施工難點提出相應(yīng)的措施，主要內(nèi)容包括：

對于車站導(dǎo)洞鄰近既有線區(qū)間隧道，距離既有線隧道10 m范圍內(nèi)深孔注漿加固地層，深孔注漿范圍為導(dǎo)洞開挖輪廓線外2 m及掌子面全斷面注漿加固。

對于車站主體平行管線，施工時加強小導(dǎo)洞和主體大拱拱部的超前注漿加固，及時封閉初期支護，初期支護施工完畢后應(yīng)及時對其背后多次進行回填注漿。

對于車站主體垂直下穿管線，對結(jié)構(gòu)拱部采用深孔注漿加固地層，加固范圍為初支外2 m，初支內(nèi)0.5 m，注漿壓力控制在0.5~1.0 MPa，擴散半徑0.5 m。

采用“先邊后中，先上后下，錯洞開挖”的原則進行導(dǎo)洞開挖，且不同導(dǎo)洞間的開挖面距控制在15 m以上，在上層導(dǎo)洞施工完成后再進行下層導(dǎo)洞的施工，從而最大程度的減少群洞效應(yīng)。