北京地鐵6號線下穿既有4號線區間盾構隧道施工技術＊

袁金秀 王道遠 李 棟

（1.河北交通職業技術學院土木工程系，050091，石家莊；2.中鐵十四局集團有限公司，250014，濟南∥第一作者，講師）

北京地鐵6號線一期工程的平安里站——北海北站區間線路的起點位于平安里站東端（如圖1）。該區間起止里程為K8＋469.725～K9＋599.691，線路長約1 130 m，起始點左、右線間距16 m，之后隨著線路向東延伸左、右線間距逐漸減小，在K9＋0.000處，左、右線間距最小減至為12 m。4號線為既有區間盾構隧道，單線隧道直徑為6 m；6號線暗挖段采用了單線單洞馬蹄形斷面、復合襯砌結構（如圖2），隧道埋深16.6～20.32 m。6號線在K8＋495～K8＋510處垂直下穿地鐵4號線平安里站南端的盾構隧道。下穿段6號線區間隧道拱頂與既有4號線盾構隧道結構仰拱的凈距約2.61 m。該區域內地層主要為圓礫卵石層、中粗砂層。在建6號線下穿既有4號線區間盾構隧道工程主要有以下幾個特點：①在建隧道左、右線距離近，施工相互干擾大；②在建隧道與已建區間盾構隧道的上下凈距小，稍有不慎易造成對既有地鐵線的破壞；③在建隧道采用礦山法施工，缺乏盾構殼體的保護，自身施工存在一定風險；④地表建筑物密集，施工過程中的安全問題更為嚴峻。因此在既有線正常運營條件下，采用合理施工方案以確保礦山法隧道施工的工期和安全，是施工的關鍵［1－2］。

圖1 工程總布置圖

圖2 北京地鐵6號線隧道結構斷面圖（尺寸單位：cm）

1 施工方案

隧道開挖前，土體處于穩定的平衡狀態，隧道開挖破壞了土體的平衡狀態，引起隧道周圍土體向洞內變形。為了保持隧道開挖后的空間和維護圍巖的穩定，必須施作支護。開挖隧道，要盡可能維持土體原有的穩定狀態，對圍巖盡量少擾動、少破壞，只有依據這一機理來確定下穿既有線的隧道開挖方案，方能控制在建隧道上方的土體沉降［3－8］，保障上方既有地鐵線的正常運營。

1.1 總體方案

礦山法施工的北京地鐵6號線下穿既有4號線區間盾構隧道有其自身特點，為確保施工過程中新建隧道和既有線隧道的安全，采取了如下的綜合技術措施：打設豎井，開挖、支護橫通道及掌子面封端；采用WSS（深孔注漿）工法對下穿段6號線區間正線上方斷面土體進行深孔注漿加固，同時進行橫通道下導洞馬頭門的破除（破除時采用工字鋼加鋼筋網片封閉施工面）；在小導管補注漿條件下，采用上下臺階預留核心土法進行區間正洞開挖，并在上下臺階間加設臨時仰拱，按照“嚴注漿、早封閉、適時補強”的原則，先施工區間左線，施工時應步步為營、隨挖隨撐，及時施作初期支護，左右線掌子面拉開距離為10～15m；待6號線下穿段過既有線隧道并開挖支護30m后，分段拆除區間正線臨時仰拱，施作區間正線二次襯砌；二次襯砌施作完畢后破除臨時封閉的掌子面繼續向前進行區間隧道的開挖與支護。

1.2 具體施工方案

1.2.1 超前預加固

二重管無收縮定向旋噴的WSS工法是一種定壓、定量、定向的地基基礎處理工法。它采用特殊的端點監控器和二重管噴射方式，其注入系統設備簡單、可靠性高，可進行一次、二次噴射切換，回路變換裝置容易實行，能實行復合噴射。在北京地鐵6號線下穿既有地鐵4號線的區間正線開挖前，采用二重管無收縮定向旋噴WSS工法對下穿段區間正線29.765m長范圍內上部斷面土體進行深孔注漿加固。深孔注漿孔及加固范圍如圖3所示。

圖3 6號線下穿段深孔注漿圖（尺寸單位：cm）

深孔注漿加固分兩段進行施工：第一注漿段長16m，在區間進洞前施工，自橫通道內向區間正線土體水平鉆孔；待正線施工約14m時，在正線隧道內進行第二段深孔注漿，并與前一加固段搭接2m，完成剩余約16m的深孔注漿加固施工。拱部注漿孔以一定的仰角打設，以保證4號線既有隧道下方60cm土體不受擾動。

注漿孔采用水平鉆機打設。其鉆機鉆桿可360°調整角度。注漿采用二重管噴射式注漿，注漿擴散半徑為0.5～0.7 m，注漿壓力小于1.5 MPa。使用的噴入管直徑為φ42 mm，在端點裝有管內混合器，使漿材充分混合。用注漿泵將A、B（C）無收縮雙液漿分別壓入外管和內管，并在二重管的端頭混合室內混合，通過濾網在水平方向實行噴射，使漿材能浸透到地層中。其深孔注漿工藝如圖4所示，雙漿液配比如表1所示。

1.2.2 馬頭門洞口施工

破除馬頭門進洞前，在橫通道內施做正線洞口門形框架梁。框架梁采用I20b工字鋼，如圖5所示。在框架梁頂梁部位向橫通道側壁初期支護內植入φ25mm鋼筋，間距為1m，在頂梁上下側交錯布置，并與頂梁焊接牢固；然后進行超前小導管注漿并噴射混凝土，形成整體。中間立柱梁直接錨入橫通道仰拱內。這樣進洞前在橫通道內形成破除馬頭門后的支撐體系，以防止破除正線馬頭門時沉降過大。

依次分步破除6號線區間上臺階處的橫通道豎壁初期支護，及時架設格柵拱架及臨時豎隔壁并與橫通道斷開的拱架焊接牢固，噴射混凝土封閉。臨時豎隔壁僅在進洞前三榀格柵施作，然后進行6號線正線區間隧道施工。

圖4 深孔注漿工藝流程圖

表1 A、B（C）化學漿注漿材料配比表

圖5 馬頭門框架圖

1.2.3 正洞施工

6號線區間隧道采用上下臺階預留核心土法施工。土體開挖前，掌子面打設超前探管，以初步探測前方地質情況。如深孔注漿加固效果不理想，則須在深孔注漿孔間插超前小導管。小導管采用φ32mm鋼花管，長2.4m，環向間距為500mm，隔榀打設。施工時應及時架立格柵鋼架，掛網噴射混凝土，區間正線進洞前三榀格柵密排；在拱腳處墊設方木并打設鎖腳錨管（格柵的每個拱腳各布設2根長2.5m鎖腳錨管），以抑制拱腳下沉。

區間正線開挖時應設置臨時仰拱。臨時仰拱設置在上臺階拱腳處。區間隧道開挖后，應及時架設格柵鋼架并網噴混凝土封閉成環。為提高初期支護整體受力性能，前后兩榀格柵之間應縱向設置連接鋼筋。初期支護施工時預埋φ32mm鋼管作為初期支護背后回填注漿管，其間距為3m×3m。初期支護閉合成環2m后應及時進行初期支護背后的回填注漿（回填注漿順序如圖6所示）。

圖6 回填注漿順序圖

2 現場沉降測試

在礦山法施工的6號線下穿既有4號線盾構隧道的全過程中，既有4號線盾構區間的安全是施工全過程中的關鍵。而4號線的沉降控制又是重中之重，因此在新建隧道上方40m范圍內，采用靜力水準系統進行遠程自動監測。

2.1 現場測點布置

以4號線上下行兩隧道的中心線為基準，沿地鐵4號線隧道邊墻按5～8m間距布置7個靜力水準儀，并在沉降影響范圍外上下行線各設1個靜力水準儀，則4號線上下行隧道內共設有16個靜力水準儀進行隧道結構沉降觀測；同時分別在0.6m深的中間排水溝中按5～8m間距布置7個靜力水準儀，則上下行線共設有14個靜力水準儀進行道床沉降觀測。其監測點布置如圖7所示，靜力水準儀現場布設如圖8所示。

2.2 沉降測試結果

6號線正線左、右線分別于2009年7月17日和2009年7月20日開始深孔注漿，至2009年7月26日注漿完畢。圖7中的觀測點于2009年7月25日布點完成并讀取初始值。經觀測，各主要觀測點沉降量于2009年8月24日逐漸趨于穩定。圖9給出了2009年9月25日4號線上、下行線道床及邊墻各監測點的沉降情況。

從圖9中可以看出，在下穿既有4號線的過程中，4號線道床及邊墻結構沉降呈“倒雙駝峰”型規律，其沉降最大值幾乎都發生在下穿的6號線左、右線拱頂上部。4號線上下行線中最大沉降發生在圖7的s3點位，其值為6.94mm。主要監測點沉降量均未超出允許值10mm，故既有4號線始終處于安全控制范圍內。這得益于下穿段開挖前WSS預加固措施和合理的上下臺階預留核心土施工方法。

圖9 4號線主要監測點最終沉降曲線圖

3 結語

本文所介紹的下穿北京地鐵4號線區間盾構隧道的6號線暗挖段方案，于2009年7月開始施工，至2009年10月順利穿越。現場監測表明，在施工全過程中既有4號線道床及邊墻結構沉降均在設計允許范圍內。本文的施工方法可供類似工程參考。

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