蘇州街站后停車線區(qū)間橫通道施工工法

賀彥衛(wèi)

（青島市地鐵一號線有限公司，山東青島　266034）

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蘇州街站后停車線區(qū)間橫通道施工工法

賀彥衛(wèi)

（青島市地鐵一號線有限公司，山東青島266034）

摘要北京地鐵16號線蘇州街站后停車線區(qū)間橫通道兼作盾構機接收、平移、吊出通道，開挖斷面較大。該盾構接收施工通道原設計方案為CRD法施工，在豎井開挖過程中發(fā)現(xiàn)該區(qū)域地下水位高，降水施工極為困難。為確保盾構接收通道施工安全，從工期、沉降等方面對CRD法和洞樁法2種施工方案采用有限元數(shù)值模擬對比分析。結果顯示：洞樁法地表沉降值遠小于CRD法；導洞開挖、扣拱及中板以上結構未進入地下水標高范圍內(nèi)，不存在地下水干擾，工期及風險可控；扣拱及負一層結構完成后，橫通道受力框架已形成，負二層土方開挖及結構施工在邊樁支護下，雖局部存在地下水，但風險可控。故將設計方案變更為洞樁法。實施結果證實洞樁法用于富水卵石地層暗挖地下工程效果比較顯著。

關鍵詞區(qū)間盾構；接收通道；洞樁法；CRD法；降水

1　工程概況

北京地鐵16線工程土建施工11合同段，位于北京市海淀區(qū)，包括蘇州街站及站后停車線區(qū)間。其線路沿蘇州街路下敷設，北起蘇州街與人大北路路口的蘇州街站，南至人民大學西門外萬泉莊橋北，單線長度約408 m［1］。停車線區(qū)間與萬泉莊橋以南的盾構區(qū)間相接，停車線末端需設置盾構接收臨時施工豎井、橫通道滿足南側區(qū)間盾構機平移吊出需求。盾構接收施工橫通道平面位置見圖1。

圖1　盾構接收施工橫通道平面位置

盾構接收施工橫通道采用復合式襯砌結構［2］。結構凈寬10 m，雙層結構總凈高18. 7～12. 7 m。在豎井二襯回筑完成且達到設計強度后方可進洞。橫通道開挖寬度12. 3 m，開挖高度21. 1～15. 1 m，覆土14. 0 ～20. 4 m，原設計方案采用CRD法（圖2），分三跨、五層開挖，采用格柵鋼架噴射混凝土初期支護。橫通道結構剖面見圖2［1］。

圖2　盾構接收橫通道結構剖面（單位：mm）

盾構接收橫通道開挖地層從上至下依次為⑤卵石層、⑥3細中砂層、⑥粉質黏土層、⑦卵石層和⑧粉質黏土層。施工影響范圍內(nèi)的地下水主要為上層滯水、潛水、承壓水或層間水，賦存介質主要為卵石圓礫、砂土和粉土［3］。橫通道中樓板以下結構所在地層以卵石層為主，圍巖均屬Ⅵ級，圍巖穩(wěn)定性較差，開挖后自穩(wěn)時間短，施工時如不及時進行有效支護，易發(fā)生坍塌現(xiàn)象。上層滯水的水位位于橫通道拱頂，可通過降水井抽降。施工影響范圍內(nèi)地下水為潛水，潛水水位標高約24. 05 m，位于第三層施工導洞底板位置。潛水水位較高，對橫通道施工有較大的影響。降水井可以疏干上層滯水，但對于地層潛水及承壓水收效甚微。帶水作業(yè)使CRD工法存在較大安全風險。

盾構接收施工橫通道上方環(huán)境復雜，風險源眾多。蘇州街下方盾構接收橫通道下穿管線統(tǒng)計見表1。

表1　蘇州街下方盾構接收橫通道下穿管線統(tǒng)計

2　變更方案

盾構豎井降水設計為內(nèi)外兩層，共計25眼流量32 m3/h的水泵降水施工，豎井開挖至勘探潛水位標高時出現(xiàn)了大量涌水，后經(jīng)多方研究更換為流量80 m3/h的水泵，地下水位仍無明顯變化，遂對豎井提前封底。

根據(jù)豎井開挖對地下水位的揭露，通道原設計的CRD法施工方案存在較大風險。具體為：①該區(qū)域地下水位高，水流量大，補勘發(fā)現(xiàn)該處地下承壓水隔水層斷裂，承壓水標高為24. 05 m，井點降水難度極大；②該區(qū)域交通流量較大，降水實施難度大，降水施工滯后；③通道上方大型管線多，對沉降要求苛刻，采用三跨、五層CRD法施工工序多，節(jié)點多，極容易塌方，沉降控制難度大［4］；④CRD法施工橫通道第三、四、五層導洞，因是富水卵石地層暗挖作業(yè)風險大［5］。

施工方案變更為洞樁法，橫通道結構施工斷面同原設計方案。由于豎井襯砌已施工完成，邊洞不具備直接進洞開挖及成樁鉆機進洞施工條件，在通道中部增加施工通道（通道長約15 m，寬3. 5 m，以滿足成樁鉆機施工要求）。施工通道端部設置邊洞。橫通道雙層段邊洞開挖寬度4. 6 m，高8. 4 m；橫通道單層段邊洞開挖寬度4. 6 m，高5. 4 m，邊洞間距6. 6 m。盾構接收施工橫通道變更后方案見圖3。

圖3　盾構接收施工橫通道變更后方案

3　方案對比分析

3. 1工期對比

方案變更前后工程計劃總工期相當，但CRD法開挖過程中，地下水的影響較大，可能造成干擾，工期不可控。洞樁法實施過程中因避免了富水卵石地層暗挖施工，工期可控。

3. 2沉降分析

采用數(shù)值模擬方法對洞樁法與CRD法地表沉降及施工過程中對稱軸處沉降進行分析［6］。運用有限元計算軟件［7］對兩種方案進行數(shù)值模擬分析，地層參數(shù)與實際相符，使用MIDAS［8］建模，F(xiàn)LAC3D計算。考慮工程的需要和計算的誤差以及有限元離散誤差，選取的計算范圍：上取至地面，下取至洞底下50 m處，橫向兩邊取至距離洞室中線50 m。由于通道沿縱向長度較大，考慮模型的簡化，取暗挖中心段縱向兩跨計算。模型尺寸在X，Y，Z 3個方向長度分別為100，75，14 m。模型地面定義為自由邊界，其余各面均施加法向約束。有限元模型見圖4。

1）洞樁法

洞樁法沉降曲線見圖5。部分地表沉降數(shù)據(jù)上升是因為模型保持了和CRD法相同的應力釋放系數(shù)，未開挖土體和模型中的初期支護節(jié)點是剛性連接，在土體開挖后相當于施加在初期支護上的荷載減小，所以出現(xiàn)后續(xù)施工階段沉降曲線不降反升的情況。實際施工中，出現(xiàn)上升的可能性很小。

采用洞樁法施工暗挖作業(yè)時間較短，開挖期間地表沉降較小，約為6. 5 mm（見圖5（a）），在后續(xù)洞內(nèi)機械成樁、結構施工過程中對稱軸處拱頂累計最大沉降約為16 mm（見圖5（b））。

2）CRD法

CRD法施工初期支護時間較長，導洞上下層疊加造成累計沉降較大，且地表沉降影響范圍較大。CRD法沉降主要發(fā)生在開挖的最后3個階段。地表最大沉降為29. 7 mm（見圖6（a）），拱頂處最大沉降46. 1 mm（見圖6（b））。而洞樁法主要沉降發(fā)生在扣拱施工階段，最大理論沉降為16 mm?？傮w上看，洞樁法地表沉降值遠小于CRD法，具有明顯優(yōu)勢。

3）采用洞樁法施工優(yōu)點

洞樁法相比CRD法主要主要優(yōu)勢是地表沉降量小，斷面利用率高，臨時支撐少［9］。就本工程來說減少了地下水的影響，具體表現(xiàn)為：①導洞開挖、扣拱及中板以上結構所處地層的地下水可通過降水井疏干，不存在地下水干擾，工期及風險可控；②扣拱及負一層結構完成后，橫通道受力框架已形成，負二層土方開挖及結構施工在邊樁支護下，雖局部存在地下水，但風險可控。③CRD法施工在導洞開挖初期就需要進行降水作業(yè)，且降水周期長，會因降水引起一定沉降［10-11］。而洞樁法施工抽水時間較CRD法減少7個月，有利于控制沉降。

圖6　CRD法沉降曲線

4　結語

本工程前期在豎井開挖期間地下承壓水的水位高，抽水量大，且橫通道開挖前經(jīng)過20 d抽排水測量靜態(tài)水位無明顯下降，如仍采用原方案暗挖富水卵石層，存在較大的安全風險。如將CRD法施工橫通道方案調整為洞樁法，則可以規(guī)避帶水開挖卵石層的施工風險，同時減小地表沉降。故采用洞樁法施工。

實際施工結果表明洞樁法施工該橫通道過程中即使帶水開挖作業(yè)，土層亦無大范圍坍塌，降低了施工的安全風險。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明：地表及地下管線沉降都在設計允許范圍內(nèi)，管線及地表構筑物安全可控。破除初支量少，減少了廢棄工程量，降水周期短，降低了成本。

采用洞樁法施工該橫通道，對于本工程地質情況而言安全、經(jīng)濟、可行。對于類似地層情況的其他工程亦可提供參考。

參考文獻

［1］北京市市政工程設計研究總院有限公司.蘇州街站后停車線區(qū)間盾構接收橫通道邊樁及冠梁結構圖［Z］.北京：北京市市政工程設計研究總院有限公司，2014.

［2］葉銘，孟偉.復雜環(huán)境條件下盾構接收井的設計［J］.隧道建設，2010（5）：546-548，553.

［3］國家質量技術監(jiān)督局，中華人民共和國建設部. GB 50307—1999地下鐵道、輕軌交通巖土工程勘察規(guī)范［S］.北京：中國計劃出版社，2000.

［4］王紹君.洞樁法及CRD工法地鐵施工對地表沉降影響研究［D］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學，2007.

［5］徐磊.富水卵石地層洞內(nèi)機械成孔塌孔處理技術［J］.鐵道建筑技術，2015（5）：79-83.

［6］瞿萬波.城市地鐵洞樁法施工力學效應研究［D］.重慶：重慶大學，2009.

［7］肖茜.北京地鐵車站PBA工法施工對地表沉降影響的研究［D］.北京：中國地質大學，2014.

［8］林黎.地鐵車站洞樁法施工對地表沉降的影響研究［D］.北京：北京交通大學，2014.

［9］歐陽艷，高書軍.北京地鐵6號線東四站洞樁法施工工藝［J］.福建建設科技，2011（3）：66-67.

［10］刁志剛.橫通道與大斷面隧道交叉口施工方法探討［J］.鐵道建筑，2015（10）：35-37.

［11］郭峰.地鐵車站導洞內(nèi)大直徑成樁裝備及暗挖法PBA工藝研究［J］.市政技術，2014（2）：145-150.

（責任審編葛全紅）

Construction Method of Cross Passage of Parking Line Section Behind Suzhou Street Metro Station

HE Yanwei
（Qingdao Metro Line 1 Co.，Ltd.，Qingdao Shandong 266034，China）

AbstractT he cross passage of parking line section behind Suzhou street metro station in Beijing subway line 16 is used as the channel for shield machine receiving，translation and hanging out and has a large excavation section. T he original design scheme for shield receiving cross passage construction was CRD method. During the excavation of the shaft，it was found that the underground water level of this area was high and the construction of precipitation was extremely difficult. In order to ensure the construction safety of shield receiving channel，the finite element numerical simulation method was used to compare and analyze two kinds of construction schemes which are CRD method and hole pile method in terms of construction period and settlement. T he results show that the surface settlement value of the hole pile method is far less than the one of CRD method，pilot tunnel excavation and construction structure above the arch and medium plate is not within the range of groundwater level，there is no interference of groundwater，the time limit for a project and risk can be controlled，after the completion of arch and construction structure of first basement，cross passage stress framework has been formed，the earthwork excavation and construction structure of second basement under the edge pile support although has the local existence of groundwater but the risk is in control. T he design scheme was changed to hole pile construction method，and the experiment results confirme that the hole pile construction method applied in underground excavation engineering of water-rich pebble stratum has a significant effect.

Key wordsInterval shield；Receiving channel；Hole pipe method；CRD method；Precipitation

中圖分類號U455. 4

文獻標識碼A

DOI：10. 3969 /j. issn. 1003-1995. 2016. 05. 25

文章編號：1003-1995（2016）05-0112-04

收稿日期：2016-01-10；修回日期：2016-03-25

作者簡介：賀彥衛(wèi)（1984—），男，工程師。