新建地鐵上跨既有線路隧道CRD開(kāi)挖工法施工技術(shù)研究

摘要：概述擬采用的施工方案，對(duì)開(kāi)挖過(guò)程控制展開(kāi)具體論述與分析，再通過(guò)施工效果評(píng)價(jià)模型的建立，對(duì)CRD開(kāi)挖工法的施工效果進(jìn)行了詳細(xì)的分析和評(píng)估。通過(guò)布設(shè)地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)并分析地表特征點(diǎn)沉降，探討了CRD開(kāi)挖工法對(duì)地表沉降的影響。研究結(jié)果表明：CRD開(kāi)挖工法在地鐵上跨既有線路隧道的施工中，具有較好的效果和應(yīng)用潛力，可為類似工程實(shí)施提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：上跨，既有線路，CRD開(kāi)挖工法

0 引言

隨著城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，地鐵交通逐漸成為改善城市交通狀況、提高居民出行效率的重要手段[1]。然而，在城市已有交通基礎(chǔ)設(shè)施較為完善的情況下，新建地鐵線路常常需要跨越既有線路隧道，以實(shí)現(xiàn)線網(wǎng)的拓展和銜接[2]。在這種情況下，如何保證施工安全和減小對(duì)既有線路的影響成為一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。

許多學(xué)者已針對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了深入探討，并取得了不少成果。劉雷[3]等人以杭州市文一西路地下隧道明挖基坑K3+184-3+229段上跨地鐵5號(hào)線為例，研究在軟土地區(qū)低凈空條件下，跨越正在運(yùn)營(yíng)的地鐵盾構(gòu)區(qū)間隧道時(shí)的基坑開(kāi)挖施工技術(shù)。應(yīng)用該技術(shù)雖然能一定程度降低對(duì)既有地鐵線路的干擾，但施工過(guò)程相對(duì)復(fù)雜和繁瑣。

本文針對(duì)新建地鐵上跨既有線路隧道情況，研究并探討CRD（地下擠壓法）開(kāi)挖工法施工技術(shù)。通過(guò)對(duì)工程概況的闡述、施工技術(shù)的論述以及實(shí)際施工效果的分析，旨在總結(jié)出一套可行的施工方案，為今后類似工程的設(shè)計(jì)與施工提供參考和借鑒。

1 工程概況

成都市17號(hào)線新建地鐵位于晉陽(yáng)路與中環(huán)路青羊大道段交叉路口，暗挖隧道區(qū)間左線全長(zhǎng)115.523m，右線全長(zhǎng)113.896m。礦山法暗挖隧道包括兩部分，即原礦山法隧道和頂推區(qū)間工法變更暗挖隧道。

由于在建暗挖隧道上跨既有7號(hào)線盾構(gòu)區(qū)間隧道，暗挖隧道底板與7號(hào)線盾構(gòu)管片凈距較小，17號(hào)線暗挖隧道施工時(shí)，7號(hào)線既有線隧道仍在運(yùn)營(yíng)，因此需在臨近7號(hào)線運(yùn)營(yíng)隧道進(jìn)行暗挖初期支護(hù)及二襯施工。在此過(guò)程中，需確保7號(hào)線既有隧道能夠正常運(yùn)營(yíng)。

陽(yáng)公橋站與龍爪堰站之間的礦山法隧道，位于晉陽(yáng)路下方，其頂部深度約為6.0～6.6m。該隧道所處的主要地質(zhì)構(gòu)造為密集卵石土和中密卵石土，部分地區(qū)還含有中細(xì)砂。根據(jù)這些地質(zhì)條件，將該隧道的圍巖等級(jí)評(píng)定為Ⅵ級(jí)。

區(qū)間洞身在龍騰西路高架橋樁身范圍內(nèi)，與龍騰西路高架橋橋樁最小水平凈距1m，與青羊大道高架橋橋樁最小水平凈距0.9m。區(qū)間洞身部分在地鐵7號(hào)線龍爪堰站C2出入口圍護(hù)樁底以上，部分在樁底以下，與圍護(hù)樁水平方向沖突0.6m。區(qū)間與地鐵7號(hào)線龍爪堰站C1出入口豎向沖突4.3m。

暗挖隧道左右線區(qū)間近距離垂直上跨7號(hào)線運(yùn)營(yíng)盾構(gòu)區(qū)間，上跨長(zhǎng)度為24.5m，暗挖區(qū)間仰拱初支結(jié)構(gòu)與既有7號(hào)線PSELZDi6yGW84/GYNiElBQ==盾構(gòu)區(qū)間左線拱頂管片結(jié)構(gòu)凈距1.241m，與既有7號(hào)線盾構(gòu)區(qū)間右線拱頂管片結(jié)構(gòu)凈距1.210m。

2 CRD開(kāi)挖工法施工方案

CRD開(kāi)挖工法是一種常用于地鐵隧道施工中的開(kāi)挖技術(shù)[4]。其原理是先進(jìn)行地表切割，然后在地下進(jìn)行開(kāi)挖，最后通過(guò)支護(hù)結(jié)構(gòu)加固，使得地面能夠承受所需交通荷載。

暗挖隧道上跨7號(hào)線運(yùn)營(yíng)隧道左右線，上跨長(zhǎng)度為24.5m，與管片最小豎向凈距為1.21m。暗挖隧道位于中密-密實(shí)卵石土地層，既有7號(hào)線隧道位于密實(shí)卵石土地層。在本次研究中，擬采用礦山法與CRD開(kāi)挖工法相結(jié)合的施工方案。

在17號(hào)線礦山法隧道的開(kāi)挖輪廓范圍內(nèi)，提前施作兩根直徑為1.8m的鋼筋混凝土人工頂管，以確保避開(kāi)7號(hào)線預(yù)留管棚。該人工頂管覆蓋了7號(hào)線與17號(hào)線區(qū)間平面交叉的區(qū)域，并在頂管內(nèi)部設(shè)置型鋼，以破除部分回填素混凝土。

開(kāi)挖方式采用改進(jìn)后的CRD工法，調(diào)整CRD暗挖施工時(shí)序，先開(kāi)挖隧道上部導(dǎo)洞，進(jìn)行板凳樁頂管施工。再依次開(kāi)挖左線1、2號(hào)導(dǎo)洞，并展開(kāi)左線板凳樁人工挖孔樁施工。然后依次開(kāi)挖左線3、4號(hào)導(dǎo)洞和右線1、2號(hào)導(dǎo)洞，開(kāi)展右線板凳樁人工挖孔樁施工，之后開(kāi)挖右線3號(hào)導(dǎo)洞、4號(hào)導(dǎo)洞。在上跨7號(hào)線的段落洞內(nèi)澆筑臨時(shí)二襯，以完成受力轉(zhuǎn)換，然后拆除橫撐和中隔壁。進(jìn)行永久二襯的施工。

該方案通過(guò)這一系列精確且有序的施工步驟，能夠較好地結(jié)合礦山法和CRD法的優(yōu)勢(shì)，確保隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，并有效提高施工效率，為確保工程質(zhì)量提供有力支持。

3 施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 CRD法開(kāi)挖過(guò)程控制

采用CRD法進(jìn)行施工時(shí)，必須按照特定的順序進(jìn)行各個(gè)小導(dǎo)洞的開(kāi)挖工作，同時(shí)確保相鄰導(dǎo)洞的開(kāi)挖面之間有5m的間隔。CRD工法開(kāi)挖工序如圖1所示。

對(duì)于上跨段應(yīng)用改進(jìn)后的CRD開(kāi)挖工法開(kāi)挖施工，具體步驟如下。

第一步：局部交通導(dǎo)改，從地面預(yù)注漿加固，并布置降水系統(tǒng)，展開(kāi)隧道超前支護(hù)施工（大管棚、小導(dǎo)管）并注漿。

第二步：開(kāi)挖①導(dǎo)洞1-1部位，上下臺(tái)階間距3～5m，并在設(shè)計(jì)位置打設(shè)鎖腳錨桿。核心土留置長(zhǎng)2～3m，核心土高度不小于上臺(tái)階至拱頂凈空高度的一半，核心土側(cè)邊距離側(cè)墻留置寬度為0.8～1.5m。

第三步：①洞室上臺(tái)階開(kāi)挖超過(guò)3～5m后，開(kāi)挖①洞室1-2部位，及時(shí)封閉成環(huán)，上下臺(tái)階錯(cuò)開(kāi)掌子面不大于5m。

第四步：當(dāng)下臺(tái)階開(kāi)挖超過(guò)5m后，將進(jìn)行分臺(tái)階開(kāi)挖。開(kāi)挖導(dǎo)洞2-1部位，并在拱腳部位設(shè)置鎖腳錨管。核心土留置長(zhǎng)2～3m，核心土高度不小于上臺(tái)階至拱頂凈空高度的一半，側(cè)邊距離側(cè)墻留置寬度為0.8～1.5m。

第五步：待②導(dǎo)洞上臺(tái)階開(kāi)挖完成3～5m后，開(kāi)挖②導(dǎo)洞2-2部位，及時(shí)施作②導(dǎo)洞橫撐。

第六步：①、②洞室開(kāi)挖貫通后，基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，開(kāi)挖導(dǎo)洞③的上臺(tái)階，同時(shí)在拱腳部位進(jìn)行鎖腳錨管施工。

第七步：在導(dǎo)洞③的上臺(tái)階完成3～5m開(kāi)挖后，進(jìn)行導(dǎo)洞③的下臺(tái)階開(kāi)挖，確保上下臺(tái)階之間有3～5m的間隔。

第八步：下臺(tái)階開(kāi)挖超過(guò)5m后，將進(jìn)行分臺(tái)階開(kāi)挖④洞室。在左側(cè)洞室下臺(tái)階超前右側(cè)洞室上臺(tái)階掌子面不小于5m情況下，先開(kāi)挖導(dǎo)洞④的上臺(tái)階，并在拱腳部位設(shè)置鎖腳錨管。

第九步：待④導(dǎo)洞上臺(tái)階開(kāi)挖完成3～5m后，開(kāi)挖④導(dǎo)洞下臺(tái)階，使上下臺(tái)階錯(cuò)開(kāi)3～5m。

3.2 施工效果評(píng)估模型建立

為了準(zhǔn)確地計(jì)算下載力和地表沉降，需要建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。在CRD開(kāi)挖工法中，下載力和地表沉降的計(jì)算是評(píng)估基坑開(kāi)挖對(duì)周圍土體影響的重要步驟。通過(guò)合理的計(jì)算公式推導(dǎo)，能夠更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)和控制這些影響，從而確保施工的安全性和穩(wěn)定性[5]。

土體受到的垂直力等于土體單位質(zhì)量乘以土柱高度和面積?？紤]到基坑的形狀，可以將基坑劃分為若干個(gè)橫向單元，并通過(guò)對(duì)各個(gè)單元的力分析得出總的下載力。基坑下載力的計(jì)算過(guò)程如式（1）所示。

F=γHL （1）

式中：F表示下載力，單位為kN；γ表示土的單位質(zhì)量，單位為kN/m3；H表示基坑深度，單位為m；L表示基坑長(zhǎng)度，單位為m。

地表沉降主要是由于基坑開(kāi)挖引起的土體變形和沉降導(dǎo)致的?？紤]到土體的彈性特性，可以使用彈性本構(gòu)關(guān)系來(lái)描述土體的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。地表沉降的計(jì)算過(guò)程如式（2）所示：

（2）

式中：δ表示地表沉降，單位為m；E表示土的彈性模量，單位為kN/m2；q表示下載力在地表上的分布，單位為kN/m。

根據(jù)彈性本構(gòu)關(guān)系，可以得到土體的應(yīng)力和應(yīng)變之間的關(guān)系如下：

σ=Eε （3）

式中：σ表示土體的應(yīng)力；ε表示土體的應(yīng)變。

假設(shè)土柱寬度為b，則其面積為bH，根據(jù)土體受力平衡的原理，可得到土柱受到的合力如下：

?F=σbH=Ebδ （4）

將所有單元的力加總，可以得到總的合力表達(dá)式，如下：

F=∫L 0 ?Fdx=Eb∫L 0 δdx （5）

通過(guò)下載力和地表沉降的推導(dǎo)，可建立基本的數(shù)學(xué)模型，將其用于預(yù)測(cè)和評(píng)估CRD開(kāi)挖工法對(duì)土體的影響。這些計(jì)算公式為施工過(guò)程的控制和工程安全性的評(píng)估提供了有力理論支持。

4 施工效果分析

為了評(píng)估CRD開(kāi)挖工法的施工效果，收集了地表沉降數(shù)據(jù)，通過(guò)高精度測(cè)量?jī)x器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并記錄相關(guān)信息。借助動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)指導(dǎo)施工進(jìn)程，能夠了解隧道開(kāi)挖對(duì)地層沉降的影響程度，判斷周圍巖土體是否產(chǎn)生空洞。這樣可以及時(shí)采取必要的措施，確保工程的安全性和周邊環(huán)境的穩(wěn)定性。

4.1 地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)

在施工過(guò)程中，需要布設(shè)一定密度的監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)測(cè)驗(yàn)證。根據(jù)現(xiàn)行的監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，暗挖區(qū)間應(yīng)在每10m的距離上設(shè)置一個(gè)橫向大斷面，并在左右線上每5m設(shè)置一個(gè)中線測(cè)點(diǎn)。橫向斷面的布點(diǎn)原則為9～15個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)間距從隧道中線往外分別為2.5m、2m、2.5m和2.5m。

根據(jù)實(shí)際情況，需要在5m中線測(cè)點(diǎn)處增加更多橫向斷面測(cè)點(diǎn)。地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)埋設(shè)采用鉆具成孔的方法，這些監(jiān)測(cè)點(diǎn)將穿透路面結(jié)構(gòu)層，并在其上加裝保護(hù)蓋，孔徑大小至少為120mm。

根據(jù)要求，在進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)之前，需要在隧道影響范圍外100m的位置設(shè)置5個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)，并形成一個(gè)水準(zhǔn)控制網(wǎng)。為了確定初始值，需要進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)3次并計(jì)算平均值。每月需要對(duì)水準(zhǔn)點(diǎn)和工作基點(diǎn)進(jìn)行定期校核，以確保它們本身沒(méi)有發(fā)生變化，從而保證沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4.2 地表特征點(diǎn)沉降分析

采集應(yīng)用本文設(shè)計(jì)技術(shù)和文獻(xiàn)[3]的技術(shù)，展開(kāi)施工過(guò)程中地表沉降情況，得到地表沉降結(jié)果對(duì)比如圖2所示。

由圖2可知，按照掘進(jìn)方向開(kāi)挖進(jìn)尺過(guò)程中，地表縱向沉降量變化可分為微小變形、急劇變形以及穩(wěn)定變形3個(gè)階段。在本次施工過(guò)程中，應(yīng)用本文設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行施工最初均處于微小變形階段，且微小變形階段的持續(xù)進(jìn)尺要大于文獻(xiàn)[3]技術(shù)。本文設(shè)計(jì)技術(shù)急劇變形階段所經(jīng)歷的開(kāi)挖進(jìn)尺較小，縱向沉降量也較小，且能夠較快恢復(fù)穩(wěn)定，穩(wěn)定變形在-6mm左右，明顯優(yōu)于文獻(xiàn)[3]技術(shù)對(duì)應(yīng)的-16mm。由此說(shuō)明，應(yīng)用本文設(shè)計(jì)技術(shù)的地表沉降較小，符合施工需求，具有較好地應(yīng)用效果。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)新建地鐵上跨既有線路隧道的情況，研究并探討CRD（地下擠壓法）開(kāi)挖工法施工技術(shù)。通過(guò)對(duì)工程概況的闡述、施工技術(shù)的論述以及實(shí)際施工效果的分析，旨在總結(jié)出一套可行的施工方案。

通過(guò)地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)和地表特征點(diǎn)沉降分析，可知CRD開(kāi)挖工法對(duì)地表沉降的影響較小且可控，在工程實(shí)施中滿足相關(guān)要求，證實(shí)CRD開(kāi)挖工法在新建地鐵上跨既有線路隧道的施工中具有可行性和有效性。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊招，黃強(qiáng)兵，肖雙全，等.地裂縫場(chǎng)地地鐵隧道施工CRD工法優(yōu)化研究[J]工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2021，29（2）：516-525.

[2] 任柏男.某新建地鐵區(qū)間頂推法與明挖法上跨既有線區(qū)間的工法對(duì)比研究[J].鐵道建筑技術(shù)，2021（3）：112-116.

[3] 劉雷，張崗平，徐啟良，等.軟土地區(qū)低凈空上跨運(yùn)營(yíng)地鐵盾構(gòu)區(qū)間隧道的基坑開(kāi)挖施工技術(shù)研究[J].陜西水利，2022（7）：172-175.

[4] 馬明明，姬永生.新建隧道下穿施工對(duì)既有高速公路的影響及工法優(yōu)化研究[J].公路工程，2020，45（1）：140-145.

[5] 李云飛.新建地鐵隧道下穿既有地鐵施工技術(shù)探究[J].現(xiàn)代工程科技，2022，1（4）：50-53.