暗挖區(qū)間隧道下穿既有地鐵施工技術(shù)

寇浩然

（中鐵十六局集團(tuán)地鐵工程有限公司 100018）

1 暗挖區(qū)間隧道下穿既有地鐵施工技術(shù)概述

1.1 施工技術(shù)介紹

軌道交通是現(xiàn)代化城市的一種快速便捷的交通形式，具有舒適的乘坐體驗(yàn)，避免了路面交通的擁堵情況，能改善城市的交通壓力，為現(xiàn)代化城市居民的提供高質(zhì)量的公共交通基礎(chǔ)服務(wù)。在軌道交通建設(shè)過程中，由于城市交通路線多交通網(wǎng)復(fù)雜，常出現(xiàn)交通線網(wǎng)線路規(guī)劃的改動(dòng)的情況，使得出現(xiàn)在建地鐵線路對(duì)原有的線路產(chǎn)生影響，不得不采取科學(xué)有效的施工技術(shù)方案解決既有地鐵下的暗挖區(qū)間隧道下穿的工程問題。本文以某市新建的7 號(hào)線地鐵暗挖區(qū)間隧道下穿既有1號(hào)線地鐵車站工程項(xiàng)目展開分析。

既有的1 號(hào)線地鐵車站是南北方向分布的雙層的地下地鐵車站，采用了雙柱三跨箱型的體系結(jié)構(gòu)。在建的7 號(hào)線則是呈東西分布與1 號(hào)線垂直的三層地下雙柱三跨箱型的體系構(gòu)造。與1 號(hào)線在該車站實(shí)現(xiàn)換乘。由于1 號(hào)線建設(shè)完成后7號(hào)線的規(guī)劃尚未確定，所以造成未對(duì)7 號(hào)線留有隧道下穿的施工區(qū)間。具體施工需要將原有的1 號(hào)線的車站兩排車站立柱進(jìn)行破除，且面臨著7 號(hào)線施工時(shí)1 號(hào)線處于正常運(yùn)營(yíng)時(shí)期的問題。因此有較大的施工難度，需要嚴(yán)格設(shè)計(jì)施工的具體方案。

1.2 施工技術(shù)方案及施工步序

針對(duì)7 號(hào)線暗挖區(qū)間隧道下穿施工難點(diǎn)，對(duì)所選用的施工技術(shù)的選用應(yīng)當(dāng)從技術(shù)的成熟度、工程造價(jià)、施工的安全性和對(duì)既有地鐵的影響等角度來全方位的考察。因此選用礦山法的施工方法，隧道的端面呈馬蹄形狀，復(fù)合襯砌，CRD 工法。新建的軌道交通隧道支承構(gòu)架與既有地鐵車站的底部有兩米的間距，同時(shí)為防止出現(xiàn)塌陷的情況發(fā)生，選用了直徑為108mm 的長(zhǎng)管棚和直徑為42mm 的小導(dǎo)管對(duì)隧道超前支承與防護(hù)，分期施工兩側(cè)的扯到，左右兩側(cè)線路間距16m。制定具體的施工步序如下：

第一步：對(duì)搭建的長(zhǎng)管棚進(jìn)行鉆工施工，并向管棚與鉆孔之前的間隙注入水泥漿，使水泥充滿整個(gè)空隙，保證管棚結(jié)實(shí)牢靠。

第二步：采用CRD 法對(duì)隧道進(jìn)行區(qū)塊劃分，總共分成4 個(gè)區(qū)塊來開展下穿工程的施工，施工的具體原則是先左側(cè)后右側(cè)，先上后下對(duì)導(dǎo)坑進(jìn)行施工，每個(gè)導(dǎo)坑之間間隔5m，直到隧道施工的終點(diǎn)位置。

第三步：對(duì)施工防水層的建設(shè)和再次的襯砌工作，應(yīng)當(dāng)在仰拱及臨時(shí)中隔壁未被拆除的情況下展開。

第四步：等到再次的襯砌工作完成并符合設(shè)計(jì)的要求后，展開對(duì)臨時(shí)仰拱及臨時(shí)中隔壁進(jìn)行拆除工作。

1.3 施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及分析

在隧道下穿施工中需要對(duì)既有地鐵車站監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)的具體內(nèi)容有，車站整體結(jié)構(gòu)的升降位移，車站的水平位移變化量，軌道的升降和橫向高度差及水平間距的變化情況。既有地鐵已處于運(yùn)營(yíng)階段，不能依靠人工的方式實(shí)時(shí)對(duì)軌道進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，所以監(jiān)測(cè)實(shí)施中采用了自動(dòng)化靜力水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)對(duì)既有地鐵的車站機(jī)構(gòu)和軌道的位置變化情況的監(jiān)測(cè)。

統(tǒng)計(jì)不同施工時(shí)期的既有車站結(jié)構(gòu)的沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，不同的監(jiān)測(cè)位置的數(shù)據(jù)表明，在暗挖區(qū)間隧道下穿施工中既有地鐵車站結(jié)構(gòu)和軌道的沉降范圍在4mm 以下，保證了地鐵結(jié)構(gòu)和地鐵運(yùn)營(yíng)的位置變動(dòng)范圍是處于安全的，對(duì)既有地鐵的運(yùn)營(yíng)不產(chǎn)生影響，另外數(shù)據(jù)顯示，在施工初期既有地鐵車站的已有1.5 到1.8mm 的升降量，分析可知主要是在鉆孔施工中導(dǎo)致地層的流失造成的。

2 區(qū)間設(shè)計(jì)方案的比較及選擇

根據(jù)該城市1 號(hào)與7 號(hào)軌道交通線的交匯位置關(guān)系和當(dāng)?shù)氐牡叵峦临|(zhì)和水文施工環(huán)境，擬制定了三種不同的隧道下穿施工的方案。方案1 采用礦山法（馬蹄形斷面），方案2 采用礦山法（平頂直墻斷面），方案3 采用盾構(gòu)法。對(duì)三種方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較分析，方案1 的優(yōu)點(diǎn)在于，技術(shù)成熟度高，施工成本低，對(duì)底板防水層的干涉小，缺點(diǎn)則是與既有隧道頂部?jī)擅椎膴A層無法保證其平穩(wěn)性，但可以使用長(zhǎng)管棚來支承和保護(hù)。相較于方案2 沒有夾層土依靠千斤頂來支護(hù)，施工成本低，且方案2 對(duì)底板防水層的干涉較大。而方案3，盾構(gòu)截樁技術(shù)的運(yùn)用不太成熟，對(duì)于1 號(hào)線處于運(yùn)營(yíng)的施工條件下，存在極大的風(fēng)險(xiǎn)，可能帶來嚴(yán)重的施工故障事故。經(jīng)過對(duì)比，本文選用方案1 來進(jìn)行暗挖區(qū)間隧道下穿的施工。

3 暗挖區(qū)間隧道下穿既有地鐵施工難點(diǎn)及應(yīng)對(duì)措施

3.1 工程難點(diǎn)

7 號(hào)軌道交通的暗挖區(qū)間隧道下穿施工工程屬于一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)。主要存在的施工難點(diǎn)包括以下四點(diǎn)：第一，由于新建的7 號(hào)線與既有地鐵1 號(hào)線為無間隙的穿越，為了使施工不對(duì)1 號(hào)線的運(yùn)營(yíng)造成影響，因此對(duì)施工的技術(shù)要求高。第二，對(duì)既有車站的變形量的控制要求高。按照軌道運(yùn)營(yíng)的技術(shù)要求指標(biāo)，施工對(duì)既有地鐵車站的變形量不得超過10mm，對(duì)運(yùn)營(yíng)軌道變形量需控制在3mm 范圍以內(nèi)，差異變形沒10m 不超過4mm。第三，存在較大的風(fēng)險(xiǎn)。由于量軌道輪廓之間的間距約是9m，之間有3m 左右的巖土層，且處于量軌道注漿加固的區(qū)間之外，因此可能帶來施工隱患。第四，對(duì)注漿的質(zhì)量要求高。為防止對(duì)既有地鐵運(yùn)營(yíng)造成影響，一方面要減少注漿造成的壓力，另一方面要確保注漿的加工效果和質(zhì)量。

3.2 應(yīng)對(duì)措施

針對(duì)施工難點(diǎn)將分別采用以下應(yīng)對(duì)措施。首先對(duì)變形的控制。對(duì)既有地鐵采用全天性的遠(yuǎn)程自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，采集相關(guān)性的數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)分析從而保證施工的安全性。采用超前注漿技術(shù)來加固隧道挖掘前的土體，防止出現(xiàn)土方塌陷對(duì)既有地鐵運(yùn)營(yíng)造成影響同時(shí)能更有效的控制施工的精度。隧道挖掘過程采用分區(qū)分時(shí)的高效施工方法，施工中保持足夠的施工間距，挖掘后及時(shí)加固成封閉環(huán)。確保拱架的尺寸精度，對(duì)于間隙要用鋼楔子來固定，對(duì)于可能出現(xiàn)錯(cuò)位的地方都要確保牢固可靠。注漿作業(yè)時(shí)要做好初期的支護(hù)工作，并要實(shí)時(shí)監(jiān)控注漿質(zhì)量，對(duì)于缺陷部位及時(shí)補(bǔ)償處理。拆除二次襯砌、臨時(shí)支撐時(shí)因做好數(shù)據(jù)分析，確保安全的情況下合理的控制好可拆出的區(qū)間段。采取封頂工藝對(duì)二次襯砌施工，保證頂板的質(zhì)量。

為確保施工的安全性。在具體施工過程中先進(jìn)行右線隧道的下段進(jìn)行施工，待其支撐保護(hù)工作完成之后，在利用右線對(duì)左右線之間的巖土層進(jìn)行超前注漿加工。對(duì)于施工中的注漿的難點(diǎn)，因在注漿前進(jìn)行相關(guān)性的實(shí)驗(yàn)，來制定最佳的施工參數(shù)。同時(shí)應(yīng)當(dāng)依照定量、定壓的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格控制注漿的壓強(qiáng)，防止對(duì)既有地鐵線路的造成沉降。

4 暗挖區(qū)間隧道下穿既有地鐵施工安全分析

為了對(duì)施工安全進(jìn)行分析，本文采用了Midas-GTS 有限元的分析方法。首先建立了7 號(hào)線與既有地鐵1 號(hào)線的三維模型，然后將模型導(dǎo)入到Midas-GTS 有限元分析軟件中，分析施工對(duì)既有地鐵1 號(hào)線車站的升降、水平的移動(dòng)分析計(jì)算，其中三維模型中X 軸方向?yàn)? 號(hào)線的隧道方向，Y 軸則是1 號(hào)線的車站方向。整個(gè)模型中X 軸、Y 軸、Z 軸方向的長(zhǎng)度分別為44m、60m 和40m。分析計(jì)算中對(duì)模型的X 方向、Y 方向及底部施加法向的約束，而上表面無約束。整個(gè)模型的施工環(huán)境材料選用摩爾-庫侖理想彈塑性模型對(duì)巖土層進(jìn)行仿真，既有地鐵車站及7 號(hào)線在建隧道設(shè)置成彈性材料。擬仿真的施工步驟為三步，分別為施工左線隧道選用CRD 施工方法，將馬蹄形斷面分成四個(gè)區(qū)塊進(jìn)行初期的支護(hù)。采用相同的方法施工右線隧道初期支護(hù)，對(duì)二次襯砌結(jié)構(gòu)的施工。

通過上述模型對(duì)7 號(hào)隧道下穿施工對(duì)既有地鐵1 號(hào)線車站施工進(jìn)行數(shù)值仿真計(jì)算分析，可得到左右施工線施工完成后對(duì)的既有車站的沉降影響分別為2.8mm和3.3mm，對(duì)車站的水平位移影響為0.8mm，0.9mm。都處于安全的范圍之內(nèi)。

5 結(jié)語

本文以某市的新建的7 號(hào)軌道交通線對(duì)既有地鐵施工技術(shù)展開了分析研究，對(duì)施工中的施工技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹，并分析了施工中難點(diǎn)問題，提出了相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，并對(duì)具體的施工方案進(jìn)行對(duì)比選擇，通過方案的比較確定最佳的施工方案，最后也通過施工實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)以及施工安全性分析，分析了7 號(hào)線施工對(duì)既有1 號(hào)地鐵線車站的沉降和水平位移的影響，經(jīng)過分析可知，采用本文選用的具體施工方案與施工中的應(yīng)對(duì)策略能有效的保證施工的質(zhì)量和安全性，本文的研究具有一定的借鑒價(jià)值。