盾构区间下穿既有地铁线路的暗挖施工探析

盾构区间下穿既有地铁线路的暗挖施工探析

王哲

中国水利水电第七工程局有限公司轨道交通分公司 四川 成都 610000

摘要：随着社会城市化进程的加快，地下空间的开发利用越来越受到重视。在繁华市域，地铁线路的修建常常需要穿越既有线路。本文以某具体暗挖施工工程为例，探讨盾构区间下穿既有地铁线路的暗挖施工的技术、安全措施和注意事项。

关键词：盾构㢟；既有地铁线路；暗挖

引言

城市轨道交通线网逐渐密集，新的换乘车站以及大型交通枢纽不断涌现，导致新线路与既有地铁线路交叉穿越的情况不可避免。如何在保证既有地铁结构安全运营的同时，妥善实施新建穿越结构，是此类设计的核心议题。以某地区交通枢纽轨道交通4号线区间下穿既有地铁12号线工程为例，进行全面方案比选，合理选择下穿方案，并最终确定采用浅埋暗挖法进行施工。优势在于既能保证新建隧道的施工质量，又能将对既有地铁结构的影响降至最低。同时，针对新建隧道拱顶及周围土体的加固，采用超前支护(管棚、小导管)注浆及全断面深孔注浆相结合，效果显著，能够有效控制既有地铁结构变形。

一、项目概况

地铁4号线新建车站为地下三层叠侧设计，与既有5号线换乘，预留后期与22号线同步施工条件。车站长度为261.5米，宽度在70至74米之间，顶板覆土深度为1.6至5.7米。车站主体将采用盖挖逆作法施工，整个工程将不设置变形缝。规划中的22号线区间将沿笋岗西路东西向敷设，埋深约32米。左线长度为53.3米，右线长度为48.2米，在施工过程中，需要破除一些既有设施，包括2米深的根冲孔灌注桩（直径为1.5米，重叠部分为6.2米）以及两口降水井。通过对项目进行分析与研究，考虑到车站上方已完成的枢纽地下结构、道路和永久桥梁等设施，当前的地面条件并不满足盾构机始发到达和吊入吊出的要求，因此，为车站预留盾构过站的条件。

（一）选择工法

本次既有地铁线路暗挖施工项目区间下穿方案见表1。

              表1既有地铁线路下床方案对比分析

根据对既有案例的研究和分析，建议本项目的初步支护设计盾构管道外形增加320。具体而言，建议使用内径为6.7m、外径为7.5m的圆形横截面设计，见图1示。在初期支护阶段，建议遵循“新奥法”设计原则的锚喷结构类型，并在盲挖隧道末端安装200mm厚的端墙。设计充分考虑了各种实际情况，并做出了相应的调整以满足项目要求[1]。

图1 暗挖区间断面分析图

（二）工程地质

该区间穿越地层主要有土状强风化花岗岩，反映出明显的风化和侵蚀特征。此类岩石强度和稳定性较低，通常被归类为V级围岩，即工程地质分类中的非常不稳定岩层。然而，在施工项目部分区域，也发现中风化花岗岩和微风化花岗岩，其稳定性相对较好，被归类为Ⅲ级围岩，即稳定性较好的岩层。地下水位深度在1.12～4.72m之间。

二、盾构区间下穿既有地铁线路暗挖施工关键技术

（一）处理地下水及地层加固

在新建4号线主体结构施工过程中，采用洞内全断面深孔注浆的方式进行地层加固。这种方案旨在结合止水帷幕，增强土体强度并降低渗透系数，以达到减小地下潜水对隧道开挖影响的目的。具体加固范围为暗挖区间轮廓线外3m，每个注浆段长9m。考虑到施工安全和效果，我们将先开挖6m，预留3m不进行开挖，作为下一循环的止浆岩盘。这种方案可以有效地提高土体强度，降低渗透系数，减小地下潜水对隧道开挖的影响。经过加固处理后的土体强度将不低于1~1.2MPa，渗透系数将小于10-6cm/s。在完成本段施工之后，先开挖7m预留出3m不开挖作业区间，以便为下一循环止浆岩盘作业预留有力条件。这种方案可以有效地提高施工效率，降低施工成本，保证施工质量[2]。

（二）超前支护及初支钢架施工

采用大管棚+超前小导管组成的超前支护体系以确保施工安全和稳定性。大管棚的施工步骤包括精确测量、切割和钻孔，钻孔、插入管棚并固定，最后通过注浆加固岩土体。考虑到隧道下穿段断面尺寸、地质及穿越障碍物情况，采用型钢钢架作为初支结构，对于下穿既有6号线段使用工22a型钢架，其他段落则使用工20型钢架，钢架间距设置0.5m，以提供足够的支撑力并确保施工安全。同时，密切关注施工现场的各项参数，如压力、温度、位移等，以确保支护系统的稳定性和有效性。

（三）台阶法施工

台阶法施工中，上台阶的开挖进尺应控制在2～3米，以避免过长。机械开挖过程中，应控制机械振动的速度，避免因振动过大而引起的大范围开挖。以下是施工步骤的详细说明：

1. 在进行超前支护的同时，进行全断面的注浆加固，并预留核心土环形开挖上台阶土体。在此过程中，应挂设钢筋网、架设并安装钢架、打锁脚锚管、系统锚杆，并随后喷射混凝土。

2. 进一步开挖上一步预留的核心土，同时结合地层设置临时仰拱，以封闭上半断面。

3. 开始开挖下台阶土体，并挂设钢筋网以及架设、安装钢架，随后喷射混凝土，以封闭下半断面。

4. 拆除临时仰拱，并回填暗挖隧道。为防止掉桩，应先凿出两榀钢架的厚度，并立两榀钢架，然后再凿除剩余桩基混凝土。值得注意的是，由于区间与车站围护桩存在斜交的情况，斜交围护桩范围内的钢架应进行密排处理，从而加快封闭成环的速度

[3]。

三、分析既有车站变形情况

（一）有限单元模拟

以Midas GTS软件为主要方式，合理构建三维有限单元模型，模拟隧道施工流程，并且结合区间下穿实际影响情况，建模区域主要包含既有5号车站、枢纽核心区域以及暗挖施工区域。计算记过显示，在隧道开挖过程中，因其既有5号车站竖向沉降为3.58mm，轨道结构变形则为1.67mm，两个轨道横向高差仅为0.88mm。

（二）施工监测

监控量测是暗挖工程施工安全的必要辅助措施，应实施在整个施工过程中。需要进行的监测项目有：结构竖向位移和水平位移、变形缝差异沉降、轨道结构竖向位移、轨道几何形位、结构裂缝等。监测断面间距设定为5m，监测频率将根据施工进度进行动态调整。经过最终监测数据分析，各项变形监测值累计值均小于控制值，符合规范要求。综合这些信息，可以得出结论：区间暗挖下穿的设计与施工方案是合理的，整体风险可控。

区间暗挖下穿的设计与施工方案，在确保工程质量的同时，充分考虑施工过程中的安全风险。通过实施监控量测这一重要辅助措施，成功地应对施工过程中可能出现的风险，实现了施工与设计和谐统一。

结语：总之，通过对某穿越既有线路暗挖施工进行分析研究，证明采用管棚+超前小胆管施工方案具有较高的实际应用效果。同时，在完成注浆加固之后，隧道上部土体具有较高稳定性。在管棚作用下进行土体开挖，对既有线路影响较小，并结合台阶法进行施工，技术可靠。

参考文献：

[1]毕旭亮.复合地层暗挖车站下穿既有区间施工技术研究[J].四川建材,2023,49(03):189-191.

[2]田海波,李勇志,杨潇.泥岩地层地铁车站底板下方密贴暗挖方案研究[J].建筑技术,2021,52(11):1338-1341.

[3]曾顺成.暗挖区间隧道连续下穿既有地铁线施工工艺[J].绿色环保建材,2021(08):114-115.