浅谈近距离盾构磨桩下穿既有地铁车站的安全控制措施-以广州地铁12号线为例

浅谈近距离盾构磨桩下穿既有地铁车站的安全控制措施-以广州地铁12号线为例

陈斌

广州地铁集团有限公司 广东省 广州市 510000

0引言

广州地铁网络新建设地铁线路往往需要与诸多既有线路设置换乘站，隧道区间需多次上跨、下穿既有线路。新线建设过程中如何降低新线施工的影响是值得探讨的。本文以广州地铁12号线为例，浅谈在盾构下穿既有车站的过程中通过采取管片拉结、列车组织、加密监测的措施，对盾构磨桩下穿过程起到了比较好的控制，较为有效的保证了既有线路的运营安全。

1工程背景

1.1工程概况

广州地铁12号线路全长约37km，共设站25座，其中换乘站18座。因地铁12号线官洲站设计与4号线官洲站换乘，12号线官洲站-大学城北站区间盾构自12号线官洲站始发后下穿既有4号线官洲站，盾构机下穿过程中需磨桩经过官洲站围护结构。

1.2工程地质

盾构下穿官洲站区域从上而下地层依次为素填土<1-2>、可塑状砂质黏性土层<5z-1>、硬塑砂质黏性土层<5z-2>、混合花岗岩全风化层<6z>、<7z-a>强风化半岩半土状混合花岗岩，盾构开挖范围土体主要为硬塑砂质黏性土层<5z-2>、混合花岗岩全风化层<6z>，局部存在<7z-a>强风化半岩半土状混合花岗岩。

1.3穿越排桩情况

12号线左线盾构始发掘进28.5m后，刀盘右部接触4号线官洲站小里程围护桩，围护桩排布方向与新建隧道轴线夹角约43°，沿新建隧道走向7.5m范围受围护桩影响，盾构机穿出官洲站时需穿第二排围护桩，第二排围护桩方向与新建隧道轴线夹角约49°，其中间的4根围护桩已被原4号线隧道截断，沿新建隧道走向7.4m范围受围护桩影响。

12号线右线盾构始发掘进10.7m后，刀盘右部接触4号线官洲站小里程围护桩，围护桩排布方向与新建隧道轴线夹角约43°，沿新建隧道走向8.3m范围受围护桩影响，盾构机穿出官洲站时需穿第二排围护桩，沿新建隧道走向5.9m范围受围护桩影响。

1.4既有地铁车站结构情况

既有4号线官洲站为站台岛式车站，为地下二层结构，围护结构采用钻孔灌注桩，明挖顺做法施工。围护桩桩径为1200mm，桩心间距1350mm，按主筋大小分为A、B两种桩型，每根桩设置有24根主筋，围护桩桩长20.30m，采用水下C30混凝土浇筑。

2控制措施

安全控制措施可以多种方式进行，本次盾构磨桩下穿既有车站以盾构下穿前、中、后三个阶段考虑安全控制措施。

2.1下穿前措施

2.1.1管片拉紧

既有盾构隧道管片之间通过螺栓连接，单一区段可看作一段允许产生管片小范围差异位移的柔性管片带。为消除管片间差异位移，考虑采取管片拉紧措施，通过设置片状拉条，一定程度上加强施工影响区段盾构管片的整体性。

设计管片拉紧方式采用连接耳板+联系条模式进行拉紧，使用连接耳板将相邻环间拉紧，其次在耳板上栓接通长联系条。耳板采用8mm厚钢板作为加工原材，底部水平段长365mm，向上弯起125°，两边弯起长度为114mm，耳板背部有连接螺杆。联系条采用14b槽钢，开有与耳板背部连接螺杆相匹配的螺栓孔，单条槽钢长16.55m，实际施工时根据施工空间分段焊接。下穿影响区域既有隧道经统计共计16.5m，单侧隧道需50块拉紧耳片，5条通长槽钢。

图1 管片拉紧示意图（连接耳板与联系条间采用螺栓连接）

2.1.2螺栓复紧

所有拉紧件安装完成后，对临近洞口处16.5m范围内的管片螺栓及拉紧件螺栓进行二次复紧。

2.1.3监测点加密

第三方监测单位于车站下穿位置加密自动化监测断面，将下穿位置加密断面间隔5米布设，同时对下穿位置加装静力水准监测，以精确反映下穿过程中车站结构的沉降变化。针对下穿过程中基准点变化问题，第三方监测单位定期开展基准点联测，以充分反映车站基准点变化情况。

2.2下穿过程中措施

2.2.1技术保障措施：自动化监测根据不同施工阶段及监测数据情况开展影响范围内结构监测，发现监测数据出现异常的情况下及时上报。根据影响范围内监测数据及相关设备状态实行列车限速措施，降低施工对运营的影响。

2.2.2人员保障措施：下穿过程中组织人员对下穿影响区域内设备房进行巡查，并组建专业应急抢险队，准备相应抢险物资就近官洲站放置。当盾构进入距离既有线十米范围内时，运营各专业组织人员24小时值班。盾构下穿4号线期间司机需加强区间运行时的瞭望，发现危及行车安全时应及时停车，防止发生安全事件。

2.2.3应急保障措施：建立应急预案，针对不同施工阶段可能出现的风险提前与施工单位、监测单位、建设单位及地保监理等单位进行风险知会，各专业人员做好应急工具、材料准备。

2.2.4制度保障措施：建立有效的联络机制，与建设、施工、第三方监测等单位常态化信息联络，及时掌握现场施工进展、地保监测数据的变化情况。

2.2.5物资保障措施：各专业配备符合本专业应对设备发生故障后应急处理工器具及材料，确保应急处置物资状态良好。

2.3下穿后措施

对既有4号线结构进行持续监测，观察工后沉降。

3既有车站监测情况

3.1监测设置

12号线官洲站-大学城北站下穿既有4号线影响范围里程为：4号线左右线里程ZDK17+633.9～ZDK17+793.9，YDK17+633.9～YDK17+793.9。施工范围影响区的每条隧道布设1台全站仪，共计2台，左右线隧道均布设监测断面23个，共计46个。

3.2监测总体情况

既有4号线官洲站自动化监测项目自2020年12月25日首次监测，直至2023年12月26日完成监测，在盾构下穿施工期间，各阶段监测数据分析如下：

监测阶段一，2020年12月25日至2021年12月13日，十二号线官洲-大学城北区间盾构下穿施工期间：既有4号线官洲站上行左线高程变形累计变形最大为Z20-1，累计变形量-18.21mm；横向位移累计变形最大为Z09-1，累计变形量4.56mm；纵向位移累计变形最大为Z17-2，累计变形值-6.87mm。下行右线高程变形累计变形最大为Y01-3，累积变形量-18.41mm；横向位移累计变形最大为Y07-3，累计变形量-6.10mm；纵向位移累计变形最大为Y07-2，累计变形量-3.03mm。本期各监测项监测数据稳定，未超预警值，本阶段施工对既有4号线产生的影响较小，隧道处于安全状态。

监测阶段二，2021年12月13日至2023年12月26日，工后沉降观察期间：既有四号线官洲站上行左线高程变形累计变形最大为Z20-3，累计变形量-17.49mm，本阶段变形值为0.07mm，变形速率为0.002mm/d；横向位移累计变形最大为Z09-1，累计变形量5.18mm，本阶段变形0.62mm；纵向位移累计变形最大为Z17-2，累计变形量-5.80mm，本阶段变形值为0.51mm。下行右线高程变形累计变形最大为Y01-1，累计变形量-18.15mm，本阶段变形值为0.16mm，变形速率为0.005mm/d；横向位移累计变形最大为Y07-3，累计变形量-8.72mm，本阶段变形值为0.45mm；纵向位移累计变形最大为Y07-2，累计变形量-3.03mm，本阶段变形值为0.00mm。

4结语

盾构磨桩近距离下穿既有车站，不可避免对既有车站造成一定影响，在施工准备阶段应先行研判既有线路结构可能出现的结构病害并研究对应控制措施。下穿过程中既有线路管片可能出现局部变形沉降，对应措施即对隧道管片进行拉紧，增强整体性。下穿过程中车站结构与盾构隧道可能出现差异沉降，对应措施即为特殊位置加密自动化监测点位，增加监测覆盖范围，以对影响区域得到充分的监测断面覆盖。同时泥水盾构掘进过程中可能因土体空隙等通道，既有线路结构可能出现涌水、喷气的异常情况，通过降低列车通过速度，可一定程度加强司机发挥瞭望作用，出现异常情况及时处置。