地鐵明挖車(chē)站下穿越既有建筑物的局部暗擴(kuò)挖施工關(guān)鍵技術(shù)

摘要：

針對(duì)成都地鐵某明挖車(chē)站局部穿越既有建筑物的復(fù)雜工程挑戰(zhàn)，通過(guò)綜合對(duì)比分析和有限元模擬，采用了局部暗擴(kuò)挖的施工策略。提出了明暗挖分界點(diǎn)的科學(xué)判定方法，并深入探討了沉降控制、暗挖初期支護(hù)和二次襯砌等施工關(guān)鍵技術(shù)的多個(gè)方面，包括施工前的降水處理、地表注漿加固與數(shù)值模擬分析，以及施工中的超前支護(hù)、開(kāi)挖步驟控制和二次襯砌結(jié)構(gòu)施工等。結(jié)果表明：相較于傳統(tǒng)的明挖法，暗挖擴(kuò)挖技術(shù)能顯著降低拆遷難度，工程成本投入減少約1.04億元，施工周期縮短2個(gè)月;施工成功的關(guān)鍵在于精確確定明暗挖分界點(diǎn)，建議該分界點(diǎn)設(shè)在結(jié)構(gòu)腋角外側(cè)，距離房屋基礎(chǔ)3 m處，同時(shí)結(jié)合袖閥管地表注漿與管井降水等措施有效控制地表沉降。施工過(guò)程中，需根據(jù)暗挖隧道跨度及圍巖特性靈活選擇施工方法，妥善處理初期支護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)，確保二次襯砌施工與初期支護(hù)結(jié)構(gòu)破除的有效銜接，并高度重視施工監(jiān)測(cè)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：

地鐵；穿越既有建筑物；局部暗擴(kuò)挖；數(shù)值模擬；暗挖法；明挖法；明暗挖分界點(diǎn)；沉降

doi：10.13278/j.cnki.jjuese.20240192

中圖分類(lèi)號(hào)：TU455

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Key Technology of Local Underground and Enlarged Excavation Construction of Subway Open-Cut Station Underpassing Existing Buildings

Diao Guojun^"1，He Xin²

1. Road and Bridge Engineering Co.， Ltd. ，China Railway Tunnel Group Co. ，Ltd. ，Tianjin 300308， China

2. Transportation College，Jilin University，Changchun 130025，China

Abstract：

Addressing the complex engineering challenges of a excavated metro station in Chengdu that partially traverses existing buildings， this study adopted a localized undercut and expansion excavation strategy through comprehensive comparative analysis and finite element simulation. The research proposed a scientific method for determining the boundary between open and undercut excavation， and delved into various aspects of key construction technologies such as settlement control， primary support for undercut excavation， and secondary lining， including pre-construction dewatering， ground surface grouting reinforcement， and numerical simulation analysis， as well as advanced support during construction， excavation sequence control， and secondary lining structure construction. The research results indicate that， compared to the traditional open-cut method， the undercut and expansion excavation technique can significantly reduce demolition difficulties， It has significantly cut the investment in project costs by approximately 104 million yuan and shortened the construction period by two months. The key to successful construction lies in accurately determining the boundary between open and undercut excavation， which is recommended to be set outside the structural haunch and 3 m away from the building foundation. Meanwhile， combining sleeve valve pipe ground surface grouting with tube well dewatering measures can effectively control ground surface settlement. During construction， it is necessary to flexibly select construction methods based on the span of the undercut tunnel and the characteristics of surrounding rocks， properly handle the nodes of the primary support structure， ensure effective connection between secondary lining construction and the removal of the primary support structure， and attach great importance to the application of construction monitoring.

Key words：

subway; crossing existing buildings; local underground excavation with enlargement; numerical simulation; underground excavation method; open cut method; boundary between underground and open excavation; settlement

0"引言

近年來(lái)，隨著城市地鐵工程快速發(fā)展，各城市軌道交通網(wǎng)線在城市中心越來(lái)越密集，地鐵大多穿越城市繁華區(qū)域，車(chē)站周邊環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜，地面征拆及車(chē)站建設(shè)矛盾日益突出。如何在地上空間受限的情況下，通過(guò)采取合適的施工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車(chē)站建設(shè)質(zhì)量、造價(jià)及工期等目標(biāo)，確保施工安全，已成為地鐵車(chē)站建設(shè)過(guò)程中必須考慮的關(guān)鍵問(wèn)題。

在此類(lèi)城市中修建地鐵，當(dāng)?shù)孛骈_(kāi)挖不具備條件或需穿越既有建構(gòu)筑物時(shí)，通常采用暗挖法施工。近些年來(lái)，針對(duì)覆土淺，對(duì)地表、管線、既有建（構(gòu)）筑物沉降控制要求高的情況，城市淺埋地鐵車(chē)站一般采用傳統(tǒng)明挖法施工。這種方法施工簡(jiǎn)便易行，作業(yè)面寬敞，施工進(jìn)度快，但最大缺點(diǎn)是破壞路面、中斷交通且拆遷工作量大^[1]。尤其在地鐵車(chē)站施工中，采用完全明挖法常常會(huì)面臨周邊鄰近建筑拆遷的問(wèn)題，這極大地增加了施工成本和工期。針對(duì)這一工程難題，工程技術(shù)人員和研究人員展開(kāi)了相關(guān)研究，如：張帥軍等^[2]依托廣州地鐵五號(hào)線某明挖車(chē)站，總結(jié)了部分地段在暗挖條件下所采取的總體施工順序和主要施工技術(shù)措施；孫山尊^[3]探討了地鐵車(chē)站明暗挖施工過(guò)程控制的要點(diǎn)及措施；黃展案等^[4]以南寧軌道交通1號(hào)線金—會(huì)區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道為例，探討了明暗挖結(jié)合的施工技術(shù)；姚少玉^[5]結(jié)合西安市地鐵三號(hào)線石家街站工程特征，從施工的角度探討了臨近高架橋的地下車(chē)站在施工中的安全質(zhì)量控制；楊曉軍^[6]對(duì)車(chē)站明暗挖結(jié)合部位的防水技術(shù)進(jìn)行了研究；麻鳳海等^[7]通過(guò)ADINA軟件建立了三維模型，模擬了車(chē)站明挖基坑、大斷面洞樁法暗挖開(kāi)挖及支護(hù)過(guò)程，研究了不同開(kāi)挖步序后基坑開(kāi)挖與暗挖施工相互影響部位的地表沉降規(guī)律；肖廣智^[8-9]對(duì)明、暗挖結(jié)合地鐵車(chē)站建筑結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行了探討；姚文峰^[10]探討了復(fù)雜地質(zhì)條件下明暗挖結(jié)合車(chē)站的設(shè)計(jì)實(shí)例；曾大勇^[11]利用三維建模技術(shù)，對(duì)廣州地鐵六號(hào)線各車(chē)站明暗挖結(jié)合特點(diǎn)進(jìn)行了研究，并進(jìn)行了明暗挖結(jié)合車(chē)站的設(shè)計(jì)實(shí)踐；張瑾^[12]對(duì)明暗挖結(jié)合地鐵車(chē)站暗挖隧道部分?jǐn)嗝鎯?yōu)化進(jìn)行了研究；呂劍英^[13]針對(duì)線路兩端或中間不具備明挖條件的地鐵車(chē)站修建，提出了“分離暗挖站廳隧道”的概念；宮志群等^[14]對(duì)地鐵車(chē)站明暗挖施工引起的地表沉降疊加效應(yīng)進(jìn)行了研究；王桂林等^[15]對(duì)隧道明暗挖分界面處基坑支護(hù)樁力學(xué)變形進(jìn)行了研究；徐成華等^[16]等對(duì)地鐵盾構(gòu)開(kāi)挖所引發(fā)地面沉降進(jìn)行了三維數(shù)值模擬預(yù)測(cè)；解仁偉^[17]提出了水平層狀巖隧道荷載計(jì)算公式修正方法并對(duì)其進(jìn)行了應(yīng)用。

總體來(lái)說(shuō)，明暗挖結(jié)合車(chē)站施工已經(jīng)在一些工程中得到應(yīng)用，并積累了一些成功經(jīng)驗(yàn)。但是，明暗挖結(jié)合車(chē)站實(shí)際施工所面臨的水文地質(zhì)、周邊環(huán)境等各不相同，在應(yīng)用施工技術(shù)時(shí)應(yīng)考慮與具體工程特點(diǎn)相結(jié)合。本文以成都地鐵某車(chē)站建設(shè)中采用局部暗擴(kuò)挖施工的實(shí)際工程為例，對(duì)控制拱頂圍巖變形的關(guān)鍵技術(shù)措施及控制地表沉降施工的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入分析，以期為今后城市軌道建設(shè)中下穿既有城市道路或重要建筑物的類(lèi)似工程積累寶貴經(jīng)驗(yàn)和提供參考。

1"工程概況

某新建明挖地鐵車(chē)站總長(zhǎng)270.19 m，標(biāo)準(zhǔn)段總寬24.1 m，底板埋深約35.78 m，位于中等風(fēng)化泥巖層。

車(chē)站主體南側(cè)為長(zhǎng)鋼成辦大樓，約建于1985年，現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)，地上5層，其獨(dú)立式基礎(chǔ)處于稍密卵石層。長(zhǎng)鋼公司大樓地面結(jié)構(gòu)西南角十五中街位置距離車(chē)站圍護(hù)樁（隔離樁）外邊最小距離為0.88 m，房屋基礎(chǔ)距離暗挖拱頂20.65 "m。車(chē)站主體明挖段側(cè)穿大樓，大樓建筑物局部侵入車(chē)站結(jié)構(gòu)3.6 m（圖1）。

受地面條件影響，負(fù)四層18—25軸南側(cè)采用暗挖下穿長(zhǎng)鋼成辦大樓，在車(chē)站封頂后采用局部暗擴(kuò)挖施工，暗挖區(qū)域長(zhǎng)61.60 m，寬4.50 "m，高11.77 m，埋深24.38 m（長(zhǎng)鋼成辦基礎(chǔ)下20.65 m）（圖1）。

2"工程地質(zhì)

暗挖區(qū)域位于地鐵車(chē)站負(fù)四層，鉆孔揭示場(chǎng)地范圍內(nèi)表層為雜填土，其下依次為卵石和中等風(fēng)化泥巖，如圖1所示。地下水賦存于基巖裂隙中，含水量小且極不均勻，但在巖層較破碎的情況下，常形成局部富水段。大部分泥巖的含水量甚微，儲(chǔ)有一定裂隙水。

3"工程特點(diǎn)及難點(diǎn)

3.1"工程特點(diǎn)

1）本車(chē)站主體結(jié)構(gòu)及局部暗擴(kuò)挖等建筑物基底處于中風(fēng)化泥巖層，承載力較弱。

2）勘察期間測(cè)得鉆孔內(nèi)水位為地表下4.10 m，工程范圍地下水位較高，本工程為地下結(jié)構(gòu)，受地下水影響較大。

3.2"工程難點(diǎn)

1）周邊環(huán)境復(fù)雜，技術(shù)要求高

長(zhǎng)鋼成辦大樓基底坐落于卵石層之上（圖1），地上部分為5層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；無(wú)地下室設(shè)計(jì)，采用獨(dú)立基礎(chǔ)形式，該建筑正好位于暗挖工程正上方約20.65 m處。工程區(qū)域內(nèi)地下水位較高，因此采用暗挖法進(jìn)行施工，暗挖結(jié)構(gòu)需穿越建筑物下方。在此高地下水條件下，站體混凝土構(gòu)筑物的施工需特別注意防止地基變形，嚴(yán)格控制開(kāi)挖進(jìn)度。上臺(tái)階開(kāi)挖需嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)拱架間距控制進(jìn)尺，每安裝一榀拱架即進(jìn)行支護(hù)，以確保掌子面的安全穩(wěn)定。同時(shí)，拱架背后的空洞需采用與初期支護(hù)同強(qiáng)度的砂漿進(jìn)行回填，以保證初期支護(hù)的密實(shí)度，從而有效控制圍巖的變形量，這是本工程控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工工序轉(zhuǎn)換頻繁

城市地鐵車(chē)站的暗挖施工在下穿地面建（構(gòu)）筑物時(shí)面臨多重挑戰(zhàn)：沉降控制要求高，工程所在區(qū)域的水文地質(zhì)條件差，拱部開(kāi)挖及支護(hù)作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高，施工工序復(fù)雜且繁多，同時(shí)施工空間極為狹小，增加了施工難度。此外，拆除初期支護(hù)及施工中需多次進(jìn)行工序轉(zhuǎn)換，這一過(guò)程容易導(dǎo)致土體擾動(dòng)，進(jìn)而引發(fā)沉降問(wèn)題。因此，有效控制暗挖過(guò)程中的沉降速率，成為本工程的難點(diǎn)和關(guān)鍵。

3）結(jié)構(gòu)位于富水砂卵石地層，防水要求質(zhì)量高

車(chē)站范圍地下常態(tài)水位約4.10 m，卵石層與泥巖層分界面位于地表下19.30 m，車(chē)站結(jié)構(gòu)施工工序轉(zhuǎn)換頻繁，涉及的防水節(jié)點(diǎn)眾多，同時(shí)結(jié)構(gòu)中存在多處拐角變化，對(duì)結(jié)構(gòu)防水的要求極高。在這種情況下，如何在施工過(guò)程中有效保護(hù)防水層，確保結(jié)構(gòu)自身的防水效果，達(dá)到不滲不漏的標(biāo)準(zhǔn)，成為了本工程的難點(diǎn)。

4"施工技術(shù)方案對(duì)比

4.1"投資與工期

為了滿足地鐵車(chē)站功能要求，下穿建筑物的車(chē)站一般考慮采用明挖法、暗挖法或局部暗擴(kuò)挖法施工方案。

若采用明挖法施工方案，需拆除鄰近房屋；若采用暗挖法施工方案，需設(shè)置3個(gè)豎井及橫通道，橫通道內(nèi)設(shè)置7個(gè)導(dǎo)洞縱向開(kāi)挖，邊樁采用洞樁法施工，中部設(shè)置永臨結(jié)合鋼管樁，頂部設(shè)管幕棚蓋體系；若采用局部暗擴(kuò)挖法施工方案，需先施工車(chē)站主體結(jié)構(gòu)，后期破除圍護(hù)樁體，再施作暗挖結(jié)構(gòu)。

明挖法、暗挖法和局部暗擴(kuò)挖法施工方案對(duì)比見(jiàn)表1。

由表1可知：與明挖法相比，本工程采用局部暗擴(kuò)挖施工，不僅可以避免房屋拆遷，節(jié)省投資1.04億元，還能使工期縮短約2個(gè)月；與全暗挖法相比，本工程可節(jié)約投資3.64億元。

4.2"工程安全性與可行性

下穿建（構(gòu)）筑物暗挖結(jié)構(gòu)底板埋深約36.08 m，位于中等風(fēng)化泥巖層中，距建（構(gòu)）筑物基底約20.65 m（圖1）。

下穿建（構(gòu)）筑物局部暗擴(kuò)挖施工前，將明挖結(jié)構(gòu)施工完畢，并分層將土回填夯實(shí)至地面后，再進(jìn)行暗挖段圍護(hù)樁靜力切割施工，利用回填土充分發(fā)揮對(duì)頂板以上圍護(hù)樁的限制反壓，進(jìn)而確保圍護(hù)樁對(duì)暗挖段土體的穩(wěn)定作用。

局部暗擴(kuò)挖施工時(shí)為有效防止房屋基礎(chǔ)沉降過(guò)大或不均勻沉降造成房屋結(jié)構(gòu)變形甚至開(kāi)裂，施工前對(duì)既有建（構(gòu)）筑物周邊注漿加固，并在施工過(guò)程中進(jìn)行沉降動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

為加強(qiáng)對(duì)鄰近房屋的保護(hù)，結(jié)合暗挖工法、支護(hù)形式和結(jié)構(gòu)以及地層地質(zhì)條件，在拱頂上設(shè)超前小導(dǎo)管，邊墻設(shè)自鉆式錨管，注入水泥漿對(duì)泥巖進(jìn)行支護(hù)，以防止地面坍塌，確保房屋基礎(chǔ)安全。

初支及結(jié)構(gòu)施工，臨時(shí)仰拱分段拆除，二襯隨仰拱拆除范圍分段澆筑。施工接口處明暗挖結(jié)構(gòu)連接頂板、底板時(shí)，接口處圍護(hù)樁分段拆除。暗挖隧道初期支護(hù)及二次襯砌背后均回填注漿，填充密實(shí)，穩(wěn)固初支與結(jié)構(gòu)間隙，確保結(jié)構(gòu)安全。

4.3"明暗挖分界點(diǎn)的確定

鄰近既有建筑施工時(shí)，在明挖基坑施工完畢后，為保證基坑穩(wěn)定以及基坑幾何形狀相對(duì)規(guī)則，可對(duì)既有建筑基礎(chǔ)影響范圍內(nèi)的車(chē)站結(jié)構(gòu)實(shí)施暗挖，并在明挖與暗挖分界處施作圍護(hù)樁。由于大面積暗挖成本高昂且施工難度較大，施工時(shí)應(yīng)綜合考慮施工風(fēng)險(xiǎn)和施工成本等因素，盡量減少暗挖施工范圍，合理確定明挖與暗挖分界點(diǎn)。

4.3.1"確定原則

1）施工環(huán)境：分界點(diǎn)應(yīng)滿足機(jī)械作業(yè)的最小空間需求，避免因空間不足影響施工效率和安全。

2）既有建筑保護(hù)：分界點(diǎn)應(yīng)遠(yuǎn)離既有建筑基礎(chǔ)，避免施工振動(dòng)和變形對(duì)建筑結(jié)構(gòu)造成不利影響。

2）地下水位：在地下水位較高或存在承壓水的區(qū)域，應(yīng)謹(jǐn)慎選擇暗挖法。

3）地質(zhì)條件：在地質(zhì)條件復(fù)雜、不穩(wěn)定或存在不良地質(zhì)現(xiàn)象（如斷層、破碎帶、軟弱巖層等）的區(qū)域，應(yīng)傾向于采用明挖法，以確保施工安全和工程質(zhì)量。

4）為保證施工過(guò)程中安全，采用有限元對(duì)施工過(guò)程中建筑物變形情況進(jìn)行分析。

土層計(jì)算時(shí)，各土層邊界寬度和深度在空間垂直距離上均超過(guò)基坑最外緣邊界2倍以上，各巖土層參數(shù)見(jiàn)表2。據(jù)此，有限元模型長(zhǎng)度（x軸方向）取400.00 m，寬度（y軸方向）取150.00 m，深度（z方向）取100.00 m；既有建筑物荷載作用等效為20 kPa/層；模型底面為全約束，四周限制法向位移，頂面為自由面；初始地下水位距離地面4.10 m。

通過(guò)采用MIDAS GTS NX進(jìn)行有限元計(jì)算，分析暗挖過(guò)程中建筑物的變形情況?；蛹鞍低谒淼朗┕ね瓿珊螅L(zhǎng)鋼成辦大樓最大沉降量為3.62 mm，最大差異沉降量為1.43 mm，最大水平變形量為1.60 mm，如圖2所示。該值可滿足《城市軌道交通工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》^[18]對(duì)周邊地面及建筑物沉降、變形的安全要求，表明長(zhǎng)鋼成辦大樓主體結(jié)構(gòu)安全可控。最終確定明暗挖交界面設(shè)在結(jié)構(gòu)腋角以外距房屋基礎(chǔ)3.0 m的位置，暗挖區(qū)長(zhǎng)約57.6 m，寬4.2 m，如圖3所示。

4.3.2"確定方法

1）基于既有建筑保護(hù)范圍的分界點(diǎn)確定建筑物的沉降和變形情況，選擇滿足規(guī)范要求的分界點(diǎn)。重點(diǎn)關(guān)注既有建筑的差異沉降，確保其不超過(guò)允許值（通常為1/500～1/1 """000的建筑高度）。

2）基于地質(zhì)條件的分界點(diǎn)確定

①若暗挖區(qū)域存在軟弱土層（如淤泥、松散砂層等），分界點(diǎn)應(yīng)盡量避開(kāi)這些區(qū)域，或采取加固措施（如注漿、土體改良等）后再進(jìn)行暗挖。若暗挖區(qū)域?yàn)閳?jiān)硬巖層，可適當(dāng)擴(kuò)大暗挖范圍，但需注意巖層的節(jié)理、裂隙發(fā)育情況。

②在地下水位較高的區(qū)域，暗挖施工可能導(dǎo)致涌水、涌砂等問(wèn)題。分界點(diǎn)應(yīng)盡量避開(kāi)這些區(qū)域，或采取有效的降水措施后再進(jìn)行暗挖。若存在承壓水層，分界點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在承壓水層影響范圍之外，或采取隔水措施（如地下連續(xù)墻、帷幕注漿等）。

3）基于數(shù)值模擬的分界點(diǎn)優(yōu)化

①有限元分析

模型建立：根據(jù)工程地質(zhì)條件和施工方案，建立三維有限元模型，模擬暗挖施工過(guò)程中土體和建筑物的變形情況。

參數(shù)輸入：輸入巖土層參數(shù)（如重度、黏聚力、摩擦角、模量等）和施工荷載，進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。

結(jié)果分析：根據(jù)模擬結(jié)果，評(píng)估不同分界點(diǎn)位置下建筑物的沉降、變形和應(yīng)力分布情況，選擇最優(yōu)分界點(diǎn)。

②參數(shù)敏感性分析

關(guān)鍵參數(shù)：對(duì)巖土層參數(shù)、施工荷載等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行敏感性分析，評(píng)估其對(duì)分界點(diǎn)確定的影響。

優(yōu)化調(diào)整：根據(jù)敏感性分析結(jié)果，優(yōu)化分界點(diǎn)位置，確保其在不同工況下的合理性和安全性。

5"局部暗擴(kuò)挖施工關(guān)鍵技術(shù)

5.1"數(shù)值模擬

5.1.1"計(jì)算模型

為定量分析局部暗擴(kuò)挖施工對(duì)地層及周邊建（構(gòu)）筑物的影響。采用巖土有限元分析軟件MIDAS GTS NX建立二維有限元模型進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如圖4所示。為消除模型邊界效應(yīng)，模型y軸方向取110.0 m，x軸方向取240.0 m。模型底部節(jié)點(diǎn)約束xy向的平動(dòng)，模型兩側(cè)約束水平向的平動(dòng)。

計(jì)算時(shí)假定圍巖為連續(xù)介質(zhì)，采用四邊形平面應(yīng)變單元模擬，車(chē)站結(jié)構(gòu)、圍護(hù)樁、初支采用梁?jiǎn)卧M。

地層圍巖在開(kāi)挖過(guò)程中考慮其彈塑性變形，采用修正摩爾庫(kù)倫彈塑性準(zhǔn)則，結(jié)構(gòu)僅考慮其彈性工作，采用線彈性本構(gòu)關(guān)系。

5.1.2"計(jì)算參數(shù)

1）巖土材料參數(shù)

有限元數(shù)值模擬計(jì)算中巖土物理力學(xué)參數(shù)基于本項(xiàng)目的詳勘報(bào)告確定，偏安全考慮地質(zhì)鉆孔采用最不利鉆孔，巖土計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表3。

2）彈性材料參數(shù)

有限元數(shù)值模擬計(jì)算中涉及的彈性材料參數(shù)如表4所示。

5.1.3"計(jì)算工況

為全過(guò)程模擬明挖基坑及局部暗挖施工對(duì)地層及周邊建構(gòu)筑的影響，按主要施工步驟，擬定如下21個(gè)工況（表5）。其中工況1—14為明挖基坑施工工況，工況15—21為局部暗挖擴(kuò)挖施工工況。

5.1.4"計(jì)算結(jié)果及分析

根據(jù)施工工序，計(jì)算分析地面及建構(gòu)筑物在各個(gè)工況下變形情況，基坑開(kāi)挖至坑底和擴(kuò)挖完成后豎向變形見(jiàn)圖5，水平變形見(jiàn)圖6。

根據(jù)計(jì)算，車(chē)站主體施工過(guò)程中，明挖基坑開(kāi)挖至坑底時(shí)，房屋沉降3.35 mm，地面沉降1.20 mm，房屋水平變形2.46 mm，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平變形3.79 mm；擴(kuò)挖完成后，房屋沉降4.55 mm，地面沉降1.87 mm，房屋水平變形3.70 mm，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平變形4.08 mm。從計(jì)算結(jié)果可知，局部擴(kuò)挖后，房屋及地面變形進(jìn)一步加大，但沉降及水平變形增量較小，累計(jì)變形量在規(guī)范允許范圍內(nèi)。這可以說(shuō)明，采用明挖加局部暗擴(kuò)挖的施工方案可行，不僅可避免房屋拆遷，風(fēng)險(xiǎn)可控，而且在節(jié)省投資的同時(shí)也縮短工期。

綜合考慮工程拆遷難度、投資和工期等方面因素，本工程采用局部暗挖擴(kuò)挖法施工。

5.2"沉降控制

1）對(duì)既有建筑周邊注漿加固

在基坑開(kāi)挖前，于房屋周邊以1 500 m×1 500 mm間距采用梅花形布設(shè)袖閥管進(jìn)行注漿加固；并且在施工過(guò)程中進(jìn)行沉降動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，以便依據(jù)監(jiān)測(cè)情況及時(shí)對(duì)房屋周邊進(jìn)行補(bǔ)漿。

2）嚴(yán)格控制施工順序

明挖結(jié)構(gòu)施工完畢后，分層將土夯實(shí)并回填至地面，再進(jìn)行暗挖段圍護(hù)樁靜力切割施工。這樣有利于回填土充分發(fā)揮對(duì)頂板以上圍護(hù)樁的限制反壓作用，進(jìn)而確保圍護(hù)樁對(duì)暗挖段土體的穩(wěn)定作用。

3）采用降水井施工

在車(chē)站施工范圍內(nèi)先進(jìn)行降水井施工，每隔 15.0 m設(shè)置一口降水井，井深22.5 m。降水過(guò)程中做好含砂率控制，要求含砂率≤10^-5。

降水井?dāng)?shù)量根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120—2012）^[19]的規(guī)定進(jìn)行計(jì)算，群井按大井簡(jiǎn)化時(shí)，采用潛水完整井公式計(jì)算基坑涌水量。

5.3"暗挖初支施工

5.3.1"施工工法選擇

該車(chē)站暗挖段長(zhǎng)度達(dá)57.60 m，寬度為4.20 m，開(kāi)挖高度達(dá)9.76 m，且

暗挖區(qū)結(jié)構(gòu)

位于中等風(fēng)化泥巖，地面受暗挖影響范圍較大，施工難度較大。為保證開(kāi)挖適用于中等風(fēng)化泥巖層，對(duì)各類(lèi)開(kāi)挖方案進(jìn)行對(duì)比，詳見(jiàn)表6。

5.3.2"暗挖結(jié)構(gòu)受力體系及節(jié)點(diǎn)做法

1）二襯施工確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的措施

在暗挖階段的二襯施工過(guò)程中，二襯鋼筋應(yīng)通過(guò)預(yù)留的鋼筋接駁器與明挖主體結(jié)構(gòu)牢固連接。這種連接方式能夠有效地傳遞應(yīng)力，確保結(jié)構(gòu)的整體性。同時(shí)，澆筑混凝土剪力槽可以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗剪性能，提高結(jié)構(gòu)在承受剪力作用時(shí)的穩(wěn)定性。

2）暗挖初支體系結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性措施

為了保證暗挖初支體系的閉合以及結(jié)構(gòu)受力的合理分配，在暗挖拱部、邊墻及仰拱位置的鋼格柵通過(guò)螺栓緊密連接，使之形成一個(gè)整體閉環(huán)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)能夠有效地承受周?chē)馏w的壓力，保證初支體系的穩(wěn)定性。

5.3.3"環(huán)形開(kāi)挖預(yù)留核心土法施工

1）超前支護(hù)施工

為增強(qiáng)巖石的抗剪強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度，有效控制巖土體的變形和松動(dòng)，建議采用超前小導(dǎo)管+錨管的組合方式對(duì)土體進(jìn)行加固，如圖7所示。錨管環(huán)向間距1.0 m，縱向間距0.5 m，超前小導(dǎo)管沿隧道縱向設(shè)置，間距0.5 m，打設(shè)角度10°～15°。

2）土方開(kāi)挖作業(yè)

城市局部暗擴(kuò)挖區(qū)域基本處于建筑物密集區(qū)，周邊建筑物復(fù)雜，局部暗擴(kuò)挖截面尺寸較小，土方采用臺(tái)階法進(jìn)行施工。各導(dǎo)洞均預(yù)留核心土，上下臺(tái)階間距宜錯(cuò)開(kāi)3.0～5.0 m；各臺(tái)階根據(jù)土層穩(wěn)定情況采用1∶0.6～1∶0.8放坡，核心土坡度為1∶0.6～1∶0.8，嚴(yán)禁放反坡，如圖8所示。暗挖段進(jìn)洞口及開(kāi)挖方向如圖9所示。

土方按照①—⑤順序進(jìn)行開(kāi)挖。

3）施作鋼架

圍護(hù)樁破除采用靜力切割措施減少震動(dòng)，以減小房屋的沉降。在施工中應(yīng)及時(shí)施作鋼架，并打設(shè)鎖腳錨桿，以穩(wěn)定圍巖。

4）暗挖拱架安裝階段

為保證后期明暗挖接駁處圍護(hù)樁及拱架破除后受力體系穩(wěn)定，減少圍巖變形，在頂板范圍以上設(shè)置縱向加強(qiáng)梁，加強(qiáng)梁與車(chē)站主體圍護(hù)樁采用植筋連接，如圖10所示，同時(shí)在車(chē)站結(jié)構(gòu)中板范圍設(shè)置傳力板。

5.4"暗挖二襯施工

考慮暗挖結(jié)構(gòu)板與明挖結(jié)構(gòu)板連接處跨度大，建議暗挖結(jié)構(gòu)在由初支階段轉(zhuǎn)為二襯施工階段的過(guò)程中，對(duì)臨時(shí)支撐進(jìn)行跳倉(cāng)拆除，使臨時(shí)初支結(jié)構(gòu)逐步被永久襯砌替代。為加強(qiáng)明挖結(jié)構(gòu)臨時(shí)體系的強(qiáng)度，在暗挖結(jié)構(gòu)完成前，對(duì)應(yīng)明挖結(jié)構(gòu)位置，采用Φ609鋼管作為豎向臨時(shí)支撐，如圖11所示。

通過(guò)品茗云安全計(jì)算軟件，對(duì)暗挖二襯結(jié)構(gòu)支架受力體系進(jìn)行分析計(jì)算，暗挖結(jié)構(gòu)為地下結(jié)構(gòu)，不考慮風(fēng)荷載，立桿軸向力設(shè)計(jì)值由式（1）確定：

N=r_G∑N_GK+r_Q∑N_QK。（1）

式中：N為立桿軸向力設(shè)計(jì)值（kN）；rG為永久荷載分項(xiàng)系數(shù)；∑N_GK為永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的立桿軸向力總和（kN）；r_Q為可變荷載分項(xiàng)系數(shù)；∑N_QK為可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的立桿軸向力總和（kN）。

暗挖二襯支架體系采用盤(pán)扣式腳手架，如圖12所示，待側(cè)墻及頂板達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，澆筑回填層。

5.5"明暗挖二襯施工

5.5.1"圍護(hù)樁切割

車(chē)站負(fù)四層隧道二襯達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，利用板墻形成的“U”型梁效應(yīng)，縱向分段破除明暗挖接口頂板處圍護(hù)樁，為減少施工期間對(duì)地質(zhì)的擾動(dòng)，進(jìn)一步控制地表沉降和建筑物變形，建議采用繩鋸切割的方式對(duì)圍護(hù)樁進(jìn)行切割，切割完成后施作負(fù)四層接口處明暗挖結(jié)構(gòu)連接頂板。

為保證局部暗擴(kuò)挖結(jié)構(gòu)受力體系轉(zhuǎn)換，頂板范圍采用跳倉(cāng)施工，先施工奇數(shù)倉(cāng)；待奇數(shù)倉(cāng)二襯結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，再施工偶數(shù)倉(cāng)。如圖13所示。

5.5.2"二襯施工

圍護(hù)樁切割破除完成后，清理場(chǎng)地，搭設(shè)900 mm×1 200 mm×1 500 mm盤(pán)扣式腳手架。如圖14所示。

5.5.3"防水節(jié)點(diǎn)的預(yù)留和處理

1）預(yù)留明挖防水空間

在防水體系中，明挖側(cè)墻與暗挖的防水層均采用預(yù)鋪防水卷材。施工過(guò)程中，必須要預(yù)留好明挖防水的空間，加強(qiáng)防水薄弱環(huán)節(jié)的處理，做好明挖與暗挖防水的搭接。

2）保護(hù)暴露的防水卷材

在完成明挖結(jié)構(gòu)施工后，明挖側(cè)墻鋪貼的防水卷材往往需要使用至暗挖的二襯施工環(huán)節(jié)，防水卷材長(zhǎng)時(shí)間的暴露會(huì)使其受到浸泡而失效的概率大大增加，故預(yù)留的搭接槎應(yīng)當(dāng)以卷裹防護(hù)的方式設(shè)置，并選取塑料、橡膠等防水材料。在破樁、開(kāi)挖等環(huán)節(jié)的外界擾動(dòng)下，暴露的防水層極易受損，故需要選用鐵皮等硬質(zhì)材料進(jìn)行防護(hù)。另外，暗挖二襯施工之前，鋪設(shè)的暗挖防水層應(yīng)當(dāng)做好防水卷材搭接，搭接長(zhǎng)度≥0.5 m。

3）接槎部位的特殊處理

作為防水的薄弱點(diǎn)，接槎部位應(yīng)當(dāng)特別關(guān)注?？稍诿魍谶^(guò)程中，選用雙道遇水膨脹止水膠加強(qiáng)結(jié)構(gòu)接搓縫位置的節(jié)點(diǎn)防護(hù)，并預(yù)埋一定數(shù)量的注漿管，在施工完成后注入水泥漿進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

暗挖結(jié)構(gòu)接搓縫位置，中間預(yù)埋鍍鋅鋼板，靠初支位置鋪設(shè)背貼式止水帶。距離暗挖結(jié)構(gòu)接縫兩側(cè)0.5 m位置，預(yù)埋注漿系統(tǒng)，環(huán)向間距5～6 m。明暗挖兩者接縫處均采用密封膠粘貼。

5.6"施工監(jiān)測(cè)

局部暗擴(kuò)挖施工過(guò)程中，對(duì)施工進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)頻率見(jiàn)表7，在多個(gè)位置設(shè)置了監(jiān)測(cè)點(diǎn)，具體監(jiān)測(cè)點(diǎn)見(jiàn)圖15，定期對(duì)該施工段的施工情況進(jìn)行監(jiān)控，嚴(yán)格把控現(xiàn)場(chǎng)施工風(fēng)險(xiǎn)。

通過(guò)對(duì)地表沉降點(diǎn)位和建筑沉降點(diǎn)位進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)變形趨勢(shì)采用曲線圖進(jìn)行分析，局部暗擴(kuò)挖建（構(gòu)）筑物和地表沉降結(jié)果如圖16所示。

由圖16可知：暗擴(kuò)挖地表沉降量最大為21.65 mm，暗擴(kuò)挖建（構(gòu)）筑物沉降量最大為11.35 mm，均未超過(guò)警戒值。通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，可及時(shí)對(duì)變化異常點(diǎn)位進(jìn)行處置。當(dāng)沉降過(guò)大時(shí)，采取地面跟蹤注漿及背后回填注漿等方式來(lái)控制沉降，保證施工過(guò)程中的安全和質(zhì)量，以及對(duì)地表及周邊建筑沉降始終在可控范圍內(nèi)。

1）暗挖段監(jiān)測(cè)等級(jí)為一級(jí)。施工監(jiān)測(cè)應(yīng)伴隨施工全過(guò)程，并及時(shí)繪制時(shí)態(tài)曲線，施工應(yīng)根據(jù)量測(cè)數(shù)據(jù)隨時(shí)調(diào)整施工工藝和施工方法，確保施工以及地面建筑物的安全；監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)以書(shū)面形式每2天給設(shè)計(jì)單位提供1次，以保證信息化施工；并對(duì)隧道拱頂?shù)牡孛娼ㄖ飸?yīng)進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的監(jiān)測(cè)。

2）隧道施工中出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，應(yīng)立即停工，采取措施進(jìn)行處理：

①周邊及開(kāi)挖面塌方、滑坡及破裂；

②量測(cè)數(shù)據(jù)有不斷增大的趨勢(shì)；

③支護(hù)結(jié)構(gòu)變形過(guò)大或出現(xiàn)明顯的受力裂縫且不斷發(fā)展；

④時(shí)態(tài)曲線長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有變緩的趨勢(shì)；

⑤周邊管線出現(xiàn)大變形及漏水、漏氣等狀況。

3）對(duì)施工中風(fēng)險(xiǎn)較大部位宜進(jìn)行遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控，且遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)有適當(dāng)?shù)恼彰鳁l件，當(dāng)無(wú)照明條件時(shí)可采用紅外線設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。

4）應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)工作的管理，確保信息反饋及時(shí)和準(zhǔn)確。

5）當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時(shí)，應(yīng)立即通知設(shè)計(jì)單位，以便采取措施，進(jìn)行施工處理。

6"結(jié)論與建議

1）局部暗擴(kuò)挖施工技術(shù)在地鐵明挖車(chē)站下穿既有建筑物中的應(yīng)用，證明了該技術(shù)方案的可行性和有效性。該技術(shù)能夠顯著降低施工對(duì)既有建（構(gòu)）筑物的影響，同時(shí)保證地鐵車(chē)站建設(shè)的順利進(jìn)行。通過(guò)成都某地鐵車(chē)站工程實(shí)例分析，與明挖法相比，采用暗挖擴(kuò)挖法施工，可縮短工期2個(gè)月，節(jié)約工程投資約1.04億元。

2）在暗挖施工過(guò)程中，通過(guò)采用注漿加固、自進(jìn)式錨桿等技術(shù)措施，有效提高了地層的穩(wěn)定性和承載力，顯著減小了地層變形。同時(shí)，根據(jù)城市地鐵隧道跨度、圍巖情況綜合研究合理的開(kāi)挖方法和同步跟蹤注漿等措施，進(jìn)一步控制了施工引起的地層變形，確保了既有建筑物的安全。

3）通過(guò)有限元軟件模擬分析車(chē)站主體基坑開(kāi)挖至局部暗擴(kuò)挖施工完成后變形情況，可知房屋沉降了4.55 mm，地面沉降了1.87 mm，房屋水平變形3.70 mm，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平變形4.08 mm，整體變形較小，結(jié)合實(shí)際地表沉降21.65 mm，建（構(gòu)）筑物沉降最大為11.35 mm，而且實(shí)際施工中，變形量相較于理論值要更大。應(yīng)注意類(lèi)似工程在明暗挖施工時(shí)，要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)地表沉降和建筑物沉降的控制。

4）明暗挖分界點(diǎn)的確定需要綜合考慮既有建筑保護(hù)、地質(zhì)條件、施工技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性和數(shù)值模擬等多方面因素。通過(guò)定量分析和工程經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，可以科學(xué)合理地確定分界點(diǎn)。以上方法可為類(lèi)似工程提供參考，推動(dòng)明暗挖分界點(diǎn)確定的標(biāo)準(zhǔn)化和科學(xué)化。

5）局部暗擴(kuò)挖關(guān)鍵技術(shù)涵蓋了支護(hù)加固、開(kāi)挖方法、地下水控制、監(jiān)測(cè)信息化、環(huán)境保護(hù)、經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化和數(shù)值模擬等多個(gè)方面。在實(shí)際工程中，需根據(jù)具體條件綜合運(yùn)用這些技術(shù)，確保暗擴(kuò)挖施工的安全、高效和經(jīng)濟(jì)。未來(lái)，隨著機(jī)械化、信息化和智能化技術(shù)的發(fā)展，暗擴(kuò)挖技術(shù)將朝著更高效、更安全、更環(huán)保的方向發(fā)展。

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