1、试议城市下穿地道工程施工摘要：本文结合工程实例，介绍了城市下穿隧道施工的施工工艺和流程，对其施工中的关键环节和技术难点均做出了较为详细的介绍，有一定参考价值。 关键词：暗挖隧道；既有线车站；超前注浆 中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号： 引言 随着城市地铁建设规模的不断扩大，必将产生线路交叉或换乘，从而出现新建地铁线路穿越既有地铁线的问题。穿越既有线一般分为上穿、下穿、侧穿等几种方式。穿越施工过程中，新建地铁施工不可避免地对既有地铁产生影响，如何确保既有地铁线正常运营是施工中的重、难点。工程界对穿越的方式、加固手段及穿越期间既有线的变形控制已有大量的研究。一般在新建隧道和既有结构中间
2、预留一定间距土体，施工时采用大直径管棚进行超前支护，并通过注浆加固该部分土体，以减小新建隧道施工对既有线结构的影响，但通过研究表明，管棚施工时对既有线影响较大，施工期间将引起既有结构沉降。随着社会的发展，人们对既有线的使用功能要求越来越高，其变形控制要求也越来越高，从初始的 30mm 提高到现在的 23mm。随着标准的提高，原先的施工工艺、施工方法已经不能满足现阶段的施工对既有线变形控制的要求，需要新的施工方法控制既有线变形。以北京地铁 6 号线东四站朝阳门站区间密贴下穿既有地铁 5 号线东四站为背景，研究采用千斤顶支护法密贴下穿既有线控制既有结构变形的施工关键技术，通过 千斤顶法施工主动平衡
3、施工过程中的应力释放，辅助深孔注浆及背后回填注浆技术，以期控制既有结构的变形。 1 工程概况 1.1 新建区间与既有站关系 既有地铁 5 号线东四站南北向布置，南北两端为单层三跨明挖结构，中部为单层三连拱暗挖结构，结构最大高度 10.61m，结构最大宽度 23.86m，结构顶覆土 12.68m。根据原设计文件说明，该车站通过加强二次衬砌纵向钢筋，预留了 6 号线下穿的条件。 地铁 6 号线东四站朝阳门站区间，东西向下穿 5 号 线 东 四 站，起 讫 里 程 为 13122.493 156355 ，总长 33.862m，左右线中心线线间距约 17m。隧道与既有车站平面交角 91120，下穿既有
4、线段采用平顶直墙断面，法施工，隧道顶部紧贴既有车站底部。 区间隧道下穿既有线段结构与既有线平面关系见图 1，纵断面关系见图 2。 1.2 工程地质与水文地质 本段区间下穿既有线段地层情况为：隧道顶部及上半断面为粉细砂1 层和中粗砂2 层；下半断面为圆砾至卵石层，底板局部穿越粉质黏土层、黏土1 层及粉土2 层。结构受承压水影响，容易发生涌水现象，详见图 3。 根据地质勘察实测资料，本段线路赋存 4 层地下水，地下水类型分别为上层滞水一 、潜水二 、层间潜水三及承压水四 ，本段区间隧道结构底板位置处承压水水头高达 67m。层间潜水、承压水含水层水量补给较充分，且含水层透水性较好，区间结构大部分位于
5、承压水含水层内。 2 工程重难点及应对措施 2.1 工程重难点分析 暗挖隧道下穿既有地铁 5 号线东四站属于特级风险工程。主要存在如下重难点：1）既有线结构沉降控制标准为 3.0mm，变形控制要求高；2）区间结构位于承压含水层中，且受既有地铁车站的影响，降水无法闭合，施工时受承压水影响大；3）既有线下深孔注浆既要保证注浆效果，又需控制注浆压力，减小对既有线的影响。 2.2 应对措施 1）变形控制。对既有结构采用远程自动化 24监测，并对测数据及时整理分析，对监测结果进行评价，用于指导施工。同时将控制指标按工序进行分解，以便于现场及时发现问题并处理，做到步步为营。为了减小地下水对施工的影响和确保
6、开挖面稳定，开挖前应进行降水，并进行超前注浆对开挖面前方土体进行加固和止水。采用分部开挖，以便于初期支护及时封闭成环，并控制好各部之间的间距。拱架安装时，为保证拱架与既有结构底板垫层密贴，架设前采用喷射混凝土找平。千斤顶应及时加力，以补偿初期支护结构本身的沉降变形造成的初期支护顶部出现空隙。及时进行初期支护背后回填注浆，并根据监测情况，及时进行补偿注浆。二次衬砌施工时，临时支撑应分段进行，并控制分段长度。 2）地下水控制。采用打设深管井降水，安放大功率深水泵的方法抽水，增大降水曲线和减压；进行超前深孔注浆，形成止水帷幕。 3）深孔注浆控制。采取后退式分段注浆，以保证浆液扩散的均匀性，提高注浆质
7、量；采取定量、定压控制标准，以防止注浆压力过大，造成既有结构抬起。 3 施工关键技术 3.1 超前注浆加固及止水技术 在隧道下穿既有线前，为提高开挖面自稳能力，防止开挖面坍塌及涌水涌砂事故的发生，需对开挖面前方土体进行超前注浆，以达到加固地层和止水效果，消除地下水对施工的影响。 1）加固范围。开挖面及其轮廓线外 2m，纵向为 34m。加固范围平、横断面图如图 4 所示。 2）注浆参数。注浆材料：上半断面（粉细砂地层）采用超细水泥，下半断面（卵石至圆砾地层）采用普通水泥；布孔间距：0.8m0.8m，梅花型布置；注浆压力：0.50.6M；扩散半径：0.5m。3）注浆施工。采用后退式分段注浆，分段长
8、度为 100m。加固后隧道外侧土体无侧限抗压强度达到 1.2M，隧道内土体无侧限抗压强度达到 0.5M。 4）效果评价。注浆完成后，在开挖的过程中上半断面（粉细砂地层）注浆效果比较好，开挖面稳定，下半断面（卵石至圆砾地层）在仰拱部位仍存有渗水，施工时加强了抽排，保证了开挖工作的顺利进行。 3.2 千斤顶顶升技术 为确保初支结构与地铁 5 号线底板刚性接触，控制既有结构沉降，区间隧道下穿地铁 5 号线段采用法 千斤顶支护法。 1）千斤顶布置。为补偿区间初支结构本身的沉降变形造成的初支顶部出现空隙，该段初支结构钢架采取 2 种形式，一种为普通钢架，另一种为型钢钢架。其中型钢钢架为千斤顶顶升提供支点
9、，拱架安装时，应使拱架与既有结构底板垫层密贴。型钢钢架采用工 440220 型钢焊接而成，其布设间距如图 5 所示。左、右线每条隧道共设置 13 组千斤顶，隧道每个断面设置 3 台千斤顶。千斤顶布置见图 6。 2）千斤顶顶力施加顺序。采用 80、行程不小于 100mm 的液压自锁式千斤顶，随型钢钢架架立，在初支封闭成环后，即可施加顶力。千斤顶顶力施加前，应调节千斤顶行程，使千斤顶上方型钢与既有线底板垫层密贴。初期支护顺序如图 7 所示。千斤顶顶力施加顺序为：1 部洞室初支封闭成环后，按 5分级加载的方式对千斤顶施加初顶力至 30；2 部洞室上台阶开挖至距离千斤顶 1m 时，应提前将相应位置的千
10、斤顶顶力卸载，保证上部顶力不影响 2 部洞室开挖；2 部洞室初支封闭成环后，再按 5分级加载的方式对千斤顶施加顶力至 30，并在后续施工过程中根据监测情况进行千斤顶顶力调整（最大顶力 80） ，保证对既有线结构的顶升效果；3，4 部洞室千斤顶加载顺序同 1，2 部洞室；二次衬砌施工时，1，3 部外侧墙上的千斤顶不拆除，浇入结构内，中隔墙部位的千斤顶随临时支撑一起拆除。 3.3 初支背后回填及补偿注浆 1）回填注浆。注浆管布设间距：顶板 0.5m（环向）0.5m（纵向） ，侧墙及底板 1.0m（环向）1.0m（纵向） ；浆液选用普通水泥 M（掺量 12） ，注浆压力不大于 0.30.5M；注浆顺
11、序为仰拱侧墙拱顶。针对工 440220 型钢结构较宽，背后无法喷射密实的情况，需要在工钢上打孔预埋注浆管，以确保型钢背后能够回填密实。 2）补偿注浆。根据既有线结构沉降及区间结构沉降监测情况，当沉降值及沉降速率接近预警值时，及时进行补偿注浆。可利用回填注浆管或风钻钻孔埋设新管，进行动态补偿注浆，及时填充因沉降产生的空隙。补偿注浆浆液同回填注浆，注浆压力不大于 0.5M。 3.4 二次衬砌施工 二次衬砌施工时，由东西两端按第 1，5，2，4，3 的顺序向中间分段同步拆除临时中隔壁，先进行底板和部分侧墙的二次衬砌施工，同步拆除临时中隔板，最后进行部分侧墙及顶板的二次衬砌施工。二次衬砌施作分段情况如图 9 所示。 参考文献： 1姚海波.大断面隧道浅埋暗挖法下穿既有地铁构筑物施工技术研究.北京：北京交通大学土木建筑工程学院，2005 2沈良帅，贺少辉.复杂环境条件上跨下穿同一既有地铁隧道的变形控制分析及施工方案优化.岩石力学与工程学报，2008，27（1）：28932900
