新建地鐵車站近距離穿越既有地鐵隧道的變形控制分析

杜仲彬

（中鐵上海工程局華海工程有限公司，上海 201101）

1 工程概況

某車站位于二環(huán)路東側(cè)，東西走向。該車站的西側(cè)有一地鐵與公交交匯的站臺，北側(cè)則為城市鐵路交通樞紐。從實際施工的狀況上看，該車站主要使用的是明挖以及暗挖相結(jié)合的施工方式，其兩端為明挖基坑，而中間的部分則穿過了正在運營以及使用當中的地鐵線路。所穿越的地鐵線路正好處于變形縫當中，既有線路道岔跨縫設(shè)置。同時，該車站的下穿結(jié)構(gòu)頂板位于粉質(zhì)黏土層中，而底板則位于中粗砂層與卵石層當中，側(cè)墻從上到下經(jīng)過的土層為粉土、粉質(zhì)黏土、粉細砂、粉質(zhì)黏土、中粗砂、卵石層。

2 穿越既有軌道交通路線施工步驟

2.1 施工狀況分析

根據(jù)實際的案例分析了解到，該車站的結(jié)構(gòu)設(shè)計為：長度31.25 m，斷面寬度17.4 m，高度9.23 m。下穿施工當中，應(yīng)穿越既有城市鐵線車站和原有明挖基坑的圍護樁。然而，當時并沒有使用長大管棚支護的條件，那么在實際的施工當中，可使用“洞樁法與千斤頂托換”相互協(xié)作的平頂直墻密貼的方式進行穿越。在下穿施工之前，要在地面做好支頂樁施工，城市地鐵的折返線外的基樁應(yīng)打入地面，并將其灌注至工程項目設(shè)計的標高之后立即進行回填。折返線內(nèi)則使用人工方式挖設(shè)孔樁。在頂樁施工完成之后才開始下穿施工。

2.2 施工步驟

①在密貼相關(guān)結(jié)構(gòu)的底部、折返線的下端位置開挖，實現(xiàn)導洞的開挖，將這個導洞作為初期支護，同時還應(yīng)在導洞內(nèi)部打入預(yù)先設(shè)定的側(cè)向注漿錨管，同時使用外側(cè)的土體進行注漿加固。②在開挖好的導洞中施工托梁以及孔樁，并將托梁以及孔樁連接在一起，而后再進行托梁定折返線結(jié)構(gòu)的澆筑施工。在托梁頂部預(yù)埋設(shè)注漿管道，并且在內(nèi)閣倉中安置千斤頂。③開挖中間導洞，同時加固導洞兩側(cè)的土體。當開挖施工完成之后，還要在其內(nèi)部施加一種條形基礎(chǔ)，在條形基礎(chǔ)的上面安置橫梁以及型鋼為猴子稱。在條形基礎(chǔ)的左右兩側(cè)還應(yīng)設(shè)置7個千斤頂，并將其安置在折返線結(jié)構(gòu)地板上作為結(jié)構(gòu)的支撐。④將剩余的導洞土體開挖完成，而這些導洞的設(shè)置一般都具有對稱性。⑤將導洞的隔壁進行分段拆除，并將其作為頂板結(jié)構(gòu)，頂板中的鋼筋穿越支撐型鋼并且應(yīng)綁扎固定，同時還應(yīng)將相應(yīng)的支撐埋入頂板結(jié)構(gòu)體系當中。在對頂板分段施工之時，應(yīng)將千斤頂放入頂板的上方，同時頂緊導洞，將其作為導洞的初步支撐體系。⑥蓋設(shè)導洞下方的土體要埋到基底部分為止，并且一邊進行土體開挖的施工，一邊進行鋼支撐的設(shè)置，同時在各個支撐樁之間注漿錨管，進行網(wǎng)噴支護的施工。⑦最后進行底板的施工，在基樁與結(jié)構(gòu)側(cè)墻之間砌磚并進行回填，拆除鋼支撐從而便于側(cè)墻的施工。在折返線以及結(jié)構(gòu)頂板的孔隙當中，應(yīng)使用混凝土進行必要的施工回填。

3 施工難點分析

一方面，在下穿施工部位上方的折返線的交叉渡線的跨縫處理時，所設(shè)置的道岔往往對于變形縫的不均勻沉降有著較高的要求；另一方面，在下穿施工時，其上部分則正好為折返線結(jié)構(gòu)當中的兩條變形縫，由此將導致折返線結(jié)構(gòu)的整體剛度較差，一旦該部分沉降，則十分敏感。那么在實際施工過程中，一定要做好工程項目施工工序的評估，否則將產(chǎn)生較大的風險。

首先，在開挖中導洞的施工中，若是工程項目的變形縫下方設(shè)置未達到支撐頂板的要求，則將導致暗挖斷面較大，從而造成較大的風險。

其次，在拆除中隔壁的施工當中，其頂板結(jié)構(gòu)的施工以及中隔墻的拆除施工等都需要進行受力轉(zhuǎn)換，導致綁扎鋼筋以及混凝土澆筑施工中所使用的時間較長，由此也將導致較大的風險。

最后，在蓋挖下方土體的施工當中，往下開挖施工過程中往往容易導致圍護樁土體的脫落現(xiàn)象，甚至將出現(xiàn)基坑自身變形，從而導致施工風險。

其上所述風險，往往也是工程項目施工中的難點問題，因此在實際工程項目的穿越施工中應(yīng)更加注意。

4 既有地鐵隧道的變形控制

4.1 結(jié)構(gòu)變形控制

城市軌道結(jié)構(gòu)的沉降，應(yīng)以相應(yīng)工程項目的沉降量以及軌道結(jié)構(gòu)的特點為基礎(chǔ)，可使用在墊板下面加墊的方式實現(xiàn)對軌道面標高的調(diào)整和設(shè)置。對于道床開裂以及道床與隧道剝離的現(xiàn)象，可使用AB樹脂進行修補，并且使用無壓灌注方法，灌漿的材料應(yīng)達到強度等級C15，同時在通車前2 h內(nèi)完成施工。

4.2 結(jié)構(gòu)沉降控制

若是既有地鐵隧道結(jié)構(gòu)在沉降上超過了一定的范圍，要在一定程度上迅速、及時地減少以及消除既有結(jié)構(gòu)的沉降現(xiàn)象，保護既有線路的正常運行，保證施工中的安全，可在工程項目的施工當中使用PIC液壓同步控制頂升技術(shù)。PIC液壓同步控制頂升系統(tǒng)是由4個部分構(gòu)成，分別是液壓系統(tǒng)、檢測傳感器、計算機控制系統(tǒng)以及千斤頂所構(gòu)成，使用PIC技術(shù)來控制既有地鐵結(jié)構(gòu)沉降。

既有地鐵隧道結(jié)構(gòu)沉降在很大程度上是由于下穿結(jié)構(gòu)施工而造成的沉降。下穿結(jié)構(gòu)的施工順序為：①1號導洞的開挖并施加支護。②開挖好的1號導洞位置打樁，并施加L形托梁。③2號導洞的開挖，以條形基礎(chǔ)和鋼作為支護的支撐。④2號導洞位置以千斤頂為支撐，開挖3號導洞。⑤拆除導洞隔墻，下穿結(jié)構(gòu)頂板的實施。⑥下穿結(jié)構(gòu)主體的開挖，而后以錨索和鋼作為支撐。⑦下穿結(jié)構(gòu)的邊墻和結(jié)構(gòu)底板的施工。⑧千斤頂拆除并回填施工空隙。

相應(yīng)的施工工序如圖1、圖2所示。

圖1 ①~④施工工序

圖2 ⑤~⑧施工工序

根據(jù)上述施工工序，分為3個階段進行沉降變形的控制。

第一階段，1、2號導洞開挖完成之后，在3號導洞開挖之時，也就是下穿結(jié)構(gòu)施工順序的第4個步驟起，在導洞中安裝PIC液壓同步頂升系統(tǒng)，同時將在1、2號導洞內(nèi)部、結(jié)構(gòu)工程項目設(shè)計的位置布設(shè)下千斤頂。在3號導洞開挖施工過程當中，要根據(jù)工程項目測量的施工數(shù)據(jù)要求進行合理的頂升，由此在實際的施工過程中就實現(xiàn)了既有地鐵隧道結(jié)構(gòu)的沉降控制。

第二階段，下穿結(jié)構(gòu)施工到分段拆除導洞隔墻之時，也就是下穿結(jié)構(gòu)施工到第5步時，在下穿結(jié)構(gòu)的頂板結(jié)構(gòu)的施工中。若是頂板的結(jié)構(gòu)達到了工程項目設(shè)計的強度，則可在頂板上施以支撐，從而支撐住開挖的導洞。第二階段的施工中，頂板結(jié)構(gòu)的施工要分段進行，在實際的工程項目施工當中，可適當對千斤頂?shù)奈恢煤筒贾玫臄?shù)量進行調(diào)整，甚至還可對既有地鐵隧道結(jié)構(gòu)加以頂升施工，通過多種方式控制既有地鐵線路的沉降。

第三階段，下穿結(jié)構(gòu)施工彎沉的施工中，也就是施工順序的第7步，要保證地鐵線路結(jié)構(gòu)達到施工的強度要求，則應(yīng)根據(jù)工程項目參數(shù)的檢測以及計算的需要頂升既有地鐵隧道結(jié)構(gòu)以及線路，將地鐵線路的沉降保持在控制的區(qū)域內(nèi)。

在地鐵線路的工程設(shè)計施工中，其頂力的計算以及千斤頂所需使用的數(shù)量分析，PLC液壓同步控制頂升系統(tǒng)在實際施工中應(yīng)配置：1臺PLC液壓控制總站，2臺控制子站，30臺200 t千斤頂。在第一階段的暗挖施工，暗挖施工段一側(cè)的1號導洞位置施加8臺千斤頂作為支撐，明挖施工段一側(cè)1號導洞施加6臺千斤頂作為支撐。2號導洞位置鋼支撐的兩邊沿著2號導洞位置對稱施加14臺千斤頂。在第二階段以及第三階段的明挖階段當中，要沿著地鐵隧道側(cè)墻的位置均勻施加20臺千斤頂，千斤頂布置的距離保持在1～2 m，在既有地鐵隧道的暗挖施工段施加8臺千斤頂。

在實際的頂升施工當中，既有地鐵隧道結(jié)構(gòu)通過千斤頂進行支撐，在每一次頂升施工完成之后，要采取壓漿等處理措施，在處理施工完成后使用PLC液壓同步控制頂升系統(tǒng)，通過將千斤頂進行收油，同時既有地鐵線路的隧道結(jié)構(gòu)還是通過支護結(jié)構(gòu)進行受力支撐。

5 結(jié)束語

案例當中的工程項目施工屬于新建地鐵，其需要穿越既有軌道交通路線，在實際施工中遇到了結(jié)構(gòu)變形等問題。由此在新建地鐵工程項目的施工中，要控制好相關(guān)結(jié)構(gòu)的變形，則應(yīng)對折返結(jié)構(gòu)、側(cè)墻以及底板等部分進行綜合施工，從而保證地鐵工程的整體沉降量符合標準的規(guī)范要求，同時也能保證工程項目的質(zhì)量以及人員的安全。

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