某地鐵車站下穿既有地鐵車站施工技術(shù)問題分析處理

陳 艷,刁天祥

(成都中鐵隆集團(tuán)工程有限公司，四川成都610045)

1 車站工程概況

1.1 車站周邊環(huán)境

車站位于東、西向大街交叉路口正下方，在既有車站下方，距既有運營地鐵車站底板1.9 m，道路交通量大，周邊環(huán)境復(fù)雜，道路下共有各種雨水、通信、污水、上水、光纖電纜、熱力等89條。既有車站底板有一沉降縫在兩個矩形隧道中間。新舊車站位置關(guān)系圖1所示。

圖1 地鐵車站位置關(guān)系示意

1.2 車站地質(zhì)情況

1.3 車站設(shè)計概況

車站與既有環(huán)線車站成“十”字交叉，2號線在上，4號線在下，兩條線采用站廳——站臺“十”字換乘方式。車站為一座全暗挖地鐵車站，采用洞樁法施工。車站長近180 m，總寬度24.4 m，站臺寬度14 m。兩端為雙層三跨連拱結(jié)構(gòu)斷面，中間27 m為下穿既有運營地鐵車站，采用單層雙矩形斷面，在兩個矩形斷面間有一既有車站的變形縫。車站有兩個風(fēng)道、四個出入口通道、一個殘疾人通道和一個緊急出入口。車站結(jié)構(gòu)斷面設(shè)計如圖2所示。

圖2 車站主體雙層三跨結(jié)構(gòu)橫斷面

2 下穿既有車站設(shè)計情況

下穿既有線段全長26.7 m，結(jié)構(gòu)形式為兩座矩形單洞，洞體高9.0 m，寬8.5 m，兩洞之間凈距4.1 m，結(jié)構(gòu)垂直凈距1.9 m，頂部采用雙排φ295的大管棚，間距300 mm，初支采用I20型鋼架，間距500 mm，300 mm厚C25噴混凝土，二襯采用700 mm厚C30防水混凝土，防水等級為S10，采用“CRD”工法分四部開挖施工，臨時支撐采用I20型鋼支撐。

3 下穿既有車站達(dá)到的環(huán)境安全要求

運營公司根據(jù)車站運營的要求提出車站施工沉降控制在10 mm以內(nèi)。施工期間不允許出現(xiàn)任何影響地鐵運營的事件發(fā)生。

地鐵公司根據(jù)既有車站的特點將該車站定位特級環(huán)境風(fēng)險源進(jìn)行控制。必須確保施工的安全和對既有車站運營的安全。

4 施工技術(shù)問題分析及處理

車站下穿既有線車站自2007年5月21日開始施工，歷時250余天，結(jié)構(gòu)最大沉降僅為6.78 mm，完全滿足既有運營車站10 mm的沉降要求，在確保各項技術(shù)指標(biāo)的前提下，2008年1月29日，車站下穿既有車站主體結(jié)構(gòu)工程順利完成。施工中采取切實可行的方法和措施，以各分部工序的沉降目標(biāo)為控制值來控制，實現(xiàn)了特級環(huán)境安全風(fēng)險源的成功穿越。在穿越既有車站的過程中，有許多的經(jīng)驗值得總結(jié)和提高，特別是對安全控制要求嚴(yán)格的項目工程方面的經(jīng)驗為類似工程提供參考和借鑒。

4.1 沉降目標(biāo)控制

項目沉降最終的突破，首先是項目各分部目標(biāo)值的突破，為了總體控制項目目標(biāo)，項目一開始就將10 mm的沉降分解到各部工序中，嚴(yán)格實施分部分層控制，分別采取不同的方法和不同的技術(shù)措施實施控制，同時將每部沉降目標(biāo)按80%設(shè)立警戒值。施工時每部控制盡量不超過設(shè)定警戒值，達(dá)到警戒值即停止下部工序施工，采取有效措施處理確保整個工序不突破管理目標(biāo)值。因達(dá)到警戒值，運營公司也將限令停止后續(xù)施工。

4.2 超前支護(hù)選擇問題

隧道初步設(shè)計超前支護(hù)采用φ600的管幕，該管幕采用跟管擴大鉆機施工，根據(jù)其他施工情況[1-2]，該方法易造成管幕施工時管幕周邊空隙過大，管幕注漿不能及時跟上而造成地層沉降，且沉降不易控制。

綜合考慮車站的地質(zhì)和管棚施工技術(shù)以及環(huán)境條件，施工時改為雙排φ295的大管棚，采用擠壓土體夯管技術(shù)施工大管棚。從技術(shù)上克服管棚施工時造成的沉降問題，保證大管棚與地層之間沒有空隙。從施工的效果看，該方案的選擇是非常正確的，起到重要的作用，前期大管棚施工能夠有4～5 mm的隆起。

近年來，我國全面實施促進(jìn)大數(shù)據(jù)發(fā)展行動，優(yōu)化大數(shù)據(jù)發(fā)展的政策環(huán)境，推動了產(chǎn)品質(zhì)量大數(shù)據(jù)的發(fā)展。產(chǎn)品質(zhì)量大數(shù)據(jù)在有力的政策支撐下，生產(chǎn)、提供、利用主體日益多元，利用狀況不斷深化。

4.3 大管棚施工問題

一般大管棚采用內(nèi)刃腳，并且安裝切削環(huán)，避免管周摩擦力過大的。本車站沉降控制指標(biāo)嚴(yán)格，每部工序都有分解的控制指標(biāo)，不得超限。采用內(nèi)外雙刃腳的措施，通過大管棚的施工，擠壓和壓實地層，達(dá)到改良地層的作用。保持管壁與巖層密貼，不人為制造縫隙。在實施過程中發(fā)現(xiàn)，在密實高應(yīng)力地層，管壁摩擦力非常大，大管棚單側(cè)夯進(jìn)的深度僅能夯進(jìn)15 m，采用雙側(cè)夯進(jìn)大管棚,大管棚在加固體中間部位搭接，保證大管棚施做時地層不引起過大沉降。實踐證明，此方法非常有效，在整個大管棚施工后，既有結(jié)構(gòu)整體隆起5 mm，對整體沉降控制起到重要的作用。

4.4 開挖方案確定

采用工程類比分析[4]及有限元模擬分析，采用先近后遠(yuǎn)的方法施工，即先施工離既有車站底板沉降縫最近的1、2部，在完成1、2部后，在1、2部初支結(jié)構(gòu)的支撐下，再施工3、4部，左右兩洞同步施工，保證地鐵結(jié)構(gòu)底板的差異沉降不超標(biāo)。

采用CRD工法組織施工，步步為營，每部及時封閉成環(huán)，及時回填注漿，控制結(jié)構(gòu)沉降。同時為避免時差效應(yīng)，縮短開挖時間，加快施工進(jìn)度，采用車站兩端同時對挖。

4.5 高地應(yīng)力問題處理

施工部位結(jié)構(gòu)初支頂距既有車站底板1.9 m，大管棚頂距車站底板底僅有90 cm，此部分圍巖直接受上部荷載作用，既有線下部巖層所受應(yīng)力比較大，應(yīng)力比較集中，處于高應(yīng)力狀態(tài)，該部分土體處于高壓狀態(tài)，隧道開挖時，該部分地層巖體的應(yīng)力釋放很迅速，所以開挖后圍巖的變形速率比較大，施工控制不力，將產(chǎn)生較大的沉降[3]?？刂拼胧椋撼按蠊芘镏ёo(hù)，超前注漿，快速開挖及時封閉，大剛度初支鋼架，管棚與初支鋼架間通過剛性塊保證持續(xù)傳力，及時進(jìn)行回填注漿，初支封閉后根據(jù)監(jiān)測情況進(jìn)行補償跟蹤注漿，迅速補充地層應(yīng)力損失，快速實現(xiàn)應(yīng)力平衡。

4.6 開挖、初支問題

實現(xiàn)快速開挖，快速封閉，嚴(yán)格按部序開挖封閉，嚴(yán)格CRD各部施工質(zhì)量。特別是結(jié)構(gòu)連接節(jié)點的質(zhì)量保證。

隧道開挖前認(rèn)真做好超前注漿工作，保證注漿的質(zhì)量。但在高應(yīng)力狀態(tài)下即使這樣處理仍有可能垮塌，特別是在沙層中開挖，要備用一些處理坍塌的物資和材料，上部要挖到大管棚底部，通過連接鋼板等以便實現(xiàn)初支剛性連接。讓大管棚和初支一起形成系統(tǒng)受力狀態(tài)。保持開挖面能夠承受應(yīng)力和傳遞應(yīng)力，并且受力良好。

開挖前還要進(jìn)一步對中間巖柱進(jìn)行注漿加固，保證中間巖柱的承載能力和抗壓縮能力。

開挖時注意初支底部松渣的清理，使上部力能夠順利傳遞到下部基底，必要時加強初支底部注漿加固，改善隧道基地受力狀況，保證結(jié)構(gòu)受力穩(wěn)定。側(cè)向采用橫向小導(dǎo)管注漿加固。

初支和大管棚之間采用鋼板連接，保證大管棚受力良好，使初支結(jié)構(gòu)能夠受力和傳遞力良好，噴混凝土及時、密實，特別是初支面和巖層面的密貼，及時回填注雙液漿。鋼架背后不容易噴滿混凝土，易出現(xiàn)空洞的地方應(yīng)及時回填注漿，保證初支面與圍巖間密貼。

4.7 注漿問題

注漿是為了改善圍巖地層條件，或填充空隙，或調(diào)整圍巖的受力狀況。

超前注漿固結(jié)砂層，將開挖一定范圍內(nèi)的砂層固結(jié)，注漿實際是提高砂層的密實度，通過提高砂層的密實度達(dá)到穩(wěn)定開挖面，同時對中間巖柱也進(jìn)行加固和固結(jié)，在隧道開挖的1、2部從側(cè)面對中間巖柱注漿加固。

隧道開挖后及時進(jìn)行初支的背后注漿，填充初支背后空隙，使初支和圍巖間傳遞力良好。必要時可停止開挖進(jìn)行回填注漿。

補充跟蹤注漿是注漿管底部達(dá)到既有車站底板下，對此處進(jìn)行補償注漿，根據(jù)隧道變形速率來調(diào)整車站底板處圍巖的應(yīng)力狀態(tài)，達(dá)到控制變形及時收斂。此注漿要根據(jù)情況反復(fù)多次，直到達(dá)到目的。

4.8 二襯初支拆除問題

隧道初支的臨時支撐拆除按6 m長分段、分層拆除。二襯時臨時中隔墻豎向底、頂支撐采用換撐處理，保持結(jié)構(gòu)受力不發(fā)生較大的變化，防止二襯拆除臨時結(jié)構(gòu)時發(fā)生沉降，另考慮整個初支結(jié)構(gòu)是平頂直墻結(jié)構(gòu)，抗變形能力差，并且初支就在原地鐵車站下，直接承受原車站的豎向荷載，換撐必須確保結(jié)構(gòu)受力安全，采用半幅半幅做結(jié)構(gòu)的方法。結(jié)構(gòu)做完半幅后，腳手架、二襯等受力桿件不拆除，在二襯回填注漿完成后，在結(jié)構(gòu)受力安全的情況下，對頂部豎向支撐進(jìn)行換撐處理，保證防水板的密封性，然后進(jìn)行剩余半幅二襯結(jié)構(gòu)施工，待整個二襯結(jié)構(gòu)做完后，再拆除腳手架和豎撐。確保二襯時隧道初支結(jié)構(gòu)受力穩(wěn)定，實現(xiàn)階段沉降目標(biāo)的實現(xiàn)，最終實現(xiàn)整體沉降目標(biāo)的實現(xiàn)，精細(xì)每部施工控制。

4.9 分段分部二襯

二襯施工也是關(guān)乎整體沉降的一個重要部序，要高度重視。結(jié)合其他CRD及臨時中隔墻隧道結(jié)構(gòu)二襯施工時拆除臨時支撐造成地層發(fā)生大量沉降的情況，本部二襯將采取切實穩(wěn)妥的方案進(jìn)行二襯，控制車站沉降，達(dá)到預(yù)期目的。

平頂直墻結(jié)構(gòu)二襯，采取分部分段襯砌，每部二襯基本保持初支結(jié)構(gòu)受力不發(fā)生大的變化，隧道二襯分底板、邊墻、左側(cè)半幅頂板、右側(cè)半幅頂板。二襯腳手架采用滿堂紅腳手架，加強橫向和斜向的支撐構(gòu)件支撐聯(lián)系，加大二襯施工時的結(jié)構(gòu)的整體支撐剛度，保持二襯施工時初支結(jié)構(gòu)受力相對穩(wěn)定，實現(xiàn)二襯施工時既有車站結(jié)構(gòu)變形沉降控制目標(biāo)。

隧道二襯按照拆除段長度來控制施做二襯，在施做底板時，先換撐豎向CRD臨時結(jié)構(gòu)，待底邊有一定強度后，再拆除原CRD臨時仰拱部分，側(cè)墻結(jié)構(gòu)做完并達(dá)到一定強度后，施做頂部半幅頂板結(jié)構(gòu)，并預(yù)留直螺紋連接。待結(jié)構(gòu)混凝土達(dá)到一定強度后，對其頂部進(jìn)行回填注漿，保證頂板混凝土密實。最后，保留所有腳手架和橫向支撐，對頂部豎向CRD進(jìn)行換撐，施工剩余部分頂板，待回填注漿完成后，結(jié)構(gòu)強度達(dá)到一定強度后開始按順序施工下一段結(jié)構(gòu)。

5 結(jié)論

本車站下穿既有線工程環(huán)境要求嚴(yán)，為同類工程之最，為特級環(huán)境安全風(fēng)險工程, 兩站之間采取“十”字換乘。宣武門站通過既有線段全長26.7 m，結(jié)構(gòu)形式為兩座矩形單洞，洞體高9.0 m，兩洞之間凈距4.1 m，結(jié)構(gòu)垂直凈距僅1.9 m，采用“CRD”工法分四部開挖施工，施工風(fēng)險巨大。經(jīng)過項目部全體人員艱辛努力，最終使既有運營車站的結(jié)構(gòu)最大沉降僅為6.78 mm，結(jié)構(gòu)最大沉降始終控制在目標(biāo)范圍內(nèi)，在確保各項技術(shù)指標(biāo)的前提下，實現(xiàn)了特級環(huán)境安全風(fēng)險源的成功穿越。工程中所采取的各種方法和措施為今后類似工程提供借鑒和參考。

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[2] 王偉東.北京地鐵東單站暗挖大跨段過既有線施工技術(shù)[J].西部探礦工程,2006 ,18(6):132-133

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