浅埋暗挖地铁车站下穿既有线结构施工方法研究

浅埋暗挖地铁车站下穿既有线结构施工方法研究

赵洪星

（中铁十六局集团北京轨道交通工程建设有限公司，北京，101100）

【摘要】随着城市轨道交通的发展，新建隧道近距离穿越既有地下交通轨道的线路工程越来越多，隧道下穿会对既有线和新建隧道产生影响，采用浅埋暗挖施工法，能够避免影响，确保施工质量。本文对于浅埋暗挖地铁车站下穿既有线结构施工方法进行研究，探讨施工流程与施工控制重点，期望危险相关研究提供参考。

【关键词】浅埋暗挖；施工；下穿

1、前言

随着城市地铁建设的发展，出现了大量节点车站、车站以及区间隧道的相互穿越。隧道线路相互穿越可能会引发现有线路工程的变形，影响隧道的顺利使用，并且影响新线路的施工安全。采用浅埋暗挖发进行线路下穿施工，能够在保证既有工程的前提下，确保新线路的安全施工。

2、浅埋暗挖法概述

2.1浅埋暗挖法定义

浅埋暗挖法是距离地表较近的一种地下洞室暗挖施工的方法，该方法主要是在软弱围岩的地层中，在浅埋条件下修建地下工程，采用格栅和喷锚作为初期支护，严格控制地表沉降的施工方法。浅埋暗挖法施工中初次支护承担全部基本荷载设计，二次衬砌作为安全储备，通过多种辅助工法加固围岩，并且采用不同的开挖方法以及支护方法封闭成环，形成联合支护体系。该方法是在军都山隧道黄土段试验成功的基础上发展起来的方法，此后应用于背景复兴门地铁的折返线工程中，具有较好的应用效果。

2.2浅埋暗挖法特点

既有线下穿工程的关键性问题主要体现在以下方面：（1）工程地质和水文地质条件，地质条件是影响工程的主要因素，也是施工方法的首要依据；（2）既有结构现状评估，实行穿越前对机构结构的安全状态进行评估，为穿越工程的实际决策提供决策依据；（3）新旧结构之间夹层土的处理，对于穿越工程的新旧结构而言，对其中的夹层土进行加固处理，采用管棚、管幕等支护方式进行支护，能够确保工程的稳定性。

3、浅埋暗挖法下穿施工流程

3.1施工准备阶段

浅埋暗挖法下穿施工准备阶段主要是搜集工程施工所需要的各种信息，通过对现有的线路进行分析，对现有工程进行安全评价，制定合理的施工方案，具体而言，施工准备阶段需要完成以下工作：（1）对既有线路结构进行全面评价，将新建隧道施工影响范围，一般以新建隧道外缘道5D左右的外侧作为检测范围，获取既有线路的结构设计、结构形式、结构现状、使用寿命、维修情况等背景资料，对既有线路的主体结构、轨道结构、限界等进行观测，对既有线路结构进行评价，完成现状调查监测报告；（2）全面掌握穿越段工程环境，在对新建隧道水文与地质条件检测的基础上，需要掌握既有线结构影响范围内的地质水文条件，为浅埋暗挖法施工提供依据，避免对既有线路周边地质产生侵扰；（3）新建隧道与既有构筑物之间的合理间距，确定主要控制指标与控制标准，合理的间距值是保证结构稳定的比较条件，为了确保线路的安全与运营安全，应该根据现状和类似工程经验制定控制指标与控制标准，明确差异沉降、沉降隆起值、道床和结构脱离值等变形控制指标；（4）结合安全评估确定施工方法，采用模型试验或数值模拟的方式，对于下穿工程可能产生的变形和受力进行分析，常用的模拟方法主要是采用FLAC、ANSYS等有限元软件对开挖过程进行了动态模拟，确定可行性方案，制定合理的施工方案和辅助方案，确保施工运营的安全性；（5）明确施工方案，确定对施工工作状态的监测以及控制管理方案，对施工流程、既有工程以及新建结构进行动态监测。

3.2施工实施

浅埋暗挖下穿施工技术主要按照“管超前、严注浆、短开挖、强支护、早封闭、勤量测”的十八字方针进行施工，在前期准备的基础上，明确施工方案，具体的施工技术如下：（1）施工降水，地下水对暗挖工程的安全以及质量具有挂件的影响，为了确保施工安全，采用管井井点降水法，地面降水和洞内降水相结合的方案，对开挖范围内的地下水进行开挖；（2）超前管幕，将管幕布置于环线区间隧道和车站拱顶之间，采用工字钢相互咬合的方式，完成大管棚施工，该方法能够有效的控制对地层的扰动，减小开挖引起的沉降；（3）全断面预注浆加固地层，采用注浆能够弥补管幕施工引起的地层变形，减小开挖过程土体的沉降变形，同时提升土体承载力；（4）开挖、支护、二衬，根据施工经验和力学分析对地层变形沉降规律进行分析，明确施工管理；（5）监测，由第三方实施数据监测，对监测数据进行分析与反馈，根据实际情况与检测数据，机一部优化施工方案；（6）资料的整理与收集。

3.3下穿后工作

完成浅埋暗挖下穿施工之后，应该继续完成以下工作：（1）对工程进行评估，施工完完成后，对既有线的结构、轨道、防水等进行安全评估；（2）总结工程经验，工后沉降预测与控制，对工程经验进行总结，并且对工后沉降因素进行研究，控制沉降。

4、浅埋暗挖法下穿工程应用研究

4.1工程概况

北京地铁五号线崇文门站采用“浅埋暗挖法”进行施工，施工过程中，车站与既有地铁一号线崇文门东端区间立交，并且从其下方穿过。站点结构为双柱三跨岛式暗挖车站，其中车站总长度为208.9m，总宽度为24.2m，共设4个出入口，两条换乘通道，具体的车站立交断面如图1所示。

图1下穿车站立交断面

4.2浅埋暗挖下穿施工

工程地质结构从上至下依次为粉细砂层、中粗砂层、卵石圆砾层、中粗砂层、黏土层、粉质黏土层，地下水分布情况为：上层滞水，主要接受大气降水；潜水，水位标高为30.85m，具有弱承压性；承压水，水位标高为21.33-23.72m，其中潜水与部分承压水对施工产生影响。

在施工前，通过对既有线路进行检测评价，了解现有工程的情况。经过调查表明，检测的结果如下：（1）混凝土强度检测，采用回弹法结合钻芯取样急性试验，试验结果表明混凝土设计强度为C28，满足设计要求；（2）混凝土外观，部分混凝土表面出现蜂窝麻面，裂缝多为竖向裂缝，主要为环境温差引发的膨胀造成；（3）混凝土碳化深度，采用CM9钢筋位置定位仪进行测量，表明既有线结构基本完好；（4）道床的检测与评估，对道床表面裂缝、道床与洞体结构共同作用进行分析，产生裂缝的主要原因是轨道约束作用的影响；（5）既有结构变形控制标准，根据地铁运营公司，明确既有线结构沉降的预警值为30mm，允许值为40mm。在对工程地质条件、现有线结构勘查的基础上，明确了分步开挖、严控变位浅埋暗挖施工，主要采用柱洞法急性施工，采用水平长管棚和土体全断面注浆作为辅助工法。为了掌握施工期间既有线的工作状态，采用远程自动化监测系统对既有线的结构和轨道变形进行实时监控。施工实践证明，采用的施工方法能够使施工处于主动地位，而且能够满足工程精度的要求。