北京直徑線富水砂卵石地層暗挖施工技術分析

楊亞天/YANG Ya-tian

（中鐵中原投資發展有限公司，河南 鄭州 450009）

北京鐵路地下直徑線工程2標從崇文門正義路路口至小馬廠，隧道全長6230m，包含明挖工程（DK7+669～DK7+850）、 暗挖隧道(DK6+795～DK7+669)和盾構隧道(DK1+620～DK6+795）。其中DK6+795～DK7+669區段隧道穿過的主要巖土層為卵石、圓礫及粉質粘土層，圍巖自穩能力差，在地下水作用下易發生涌水、涌砂等情況。該段施工環境復雜，環境安全控制要求高，同時富水砂卵石地層采用淺埋暗挖法施工難度大，大跨暗挖隧道的施工步序多[1-2]，因此，選擇合適的施工方法和確定關鍵施工工藝尤為重要。

1 工法選擇

1.1 采用淺埋暗挖原因分析

該隧道線路南側為天寧寺匝道橋、白云橋及東西端引橋，北側為密集建筑物群，其中建筑物承重墻距離隧道凈距僅1.14m，不具備明挖施工所需要的場地條件；在西端小馬廠至天寧寺之間線路上受地表交通及建筑物的影響不具備設置盾構始發豎井的條件，同時在隧道縱斷面上，天寧寺至小馬廠區段覆土厚度也不滿足1倍洞徑覆土厚度的盾構掘進需要，因此不具備盾構法施工的條件。

淺埋暗挖法具有良好的適應性，同時滿足各種復雜邊界條件，所以，最終選擇淺埋暗挖法作為該段的施工方法。

1.2 淺埋暗挖施工工法選擇

CD、CRD工法、雙側壁導坑法、洞樁法是淺埋暗挖法中大斷面施工中最常用的工法，關于這幾類施工方法的適應性在各類文獻中有大量的敘述[3-6]，根據本工程的實際情況，在DK6+795～DK7+060段采用CRD工法施工，在DK7+060～DK7+669段采用洞樁法施工。

2 關鍵工序對環境影響分析

2.1 CRD法暗挖隧道

1）超前支護及回填注漿與沉降關系 基于實際監測獲得的數據，繪制地表沉降與掌子面距離關系曲線如圖1所示。

圖1 地表沉降與掌子面距離關系曲線

通過圖中曲線分析可知，CRD法暗挖隧道縱向影響范圍為掌子面前15m，掌子面通過后35m沉降趨于穩定。在富水砂卵石地層，以超前小導管注漿預加固方案可達到較好的效果，對控制洞內整體下沉效果明顯。開挖前應加強超前支護，選擇合理的注漿壓力和注漿量等注漿參數，既要起到超前加固地層的作用，又要防止注漿壓力過大，造成地表隆起，危害周邊建筑物和管線安全。在初支封閉成環后及時進行回填注漿，充填初支背后孔隙，對局部滲漏水出起止水作用控制地表沉降。

2）地表沉降與開挖施工關系 根據監測數據繪出CRD段地表沉降典型歷時曲線如圖2所示。從下沉發展規律分析，臺階長度越短，結構總沉降量越小。因此，在條件允許時，可盡量縮短臺階長度。施工中加強工序銜接，盡量縮短開挖與支護的時間，在滿足開挖施工場地條件，盡量縮短臺階長度。上下臺階長度控制在2～2.5m，為減少開挖對地層擾動，按照5m標準控制各部序開挖間距為宜。

圖2 地表DL427（K6+875）測點沉降歷時曲線圖

3）二襯施工階段與沉降關系 二襯施工中因拆除臨時支撐等工序引起的沉降相對較小，主要是因為采取了跳段拆除支撐工序，由其他部分初期支護承受荷載；另外二襯在初支基本穩定后施做，而且二襯剛度大，具有抵抗較大變形的能力，從變形曲線上分析，二襯變形穩定時間短，一般在二襯施做10天左右穩定。

2.2 洞樁法暗挖隧道

1）各工序施工引起的地表沉降 通過監測獲得典型測點沉降與施工工序關系如圖3所示。其中：Ⅰ-南導洞開挖初支施工，Ⅱ-北導洞開挖初支施工，Ⅲ-挖孔灌注樁施工，Ⅳ-扣拱及中部上部土體開挖初支，Ⅴ下土體開挖及二襯施工。

圖3 某測點沉降與施工工序關系

從現場的數據統計分析來看，南導洞開挖引起的地表沉降較北導洞開挖引起的沉降稍大些，南導洞開挖引起地表沉降的平均值為5.6mm，北導洞開挖引起的地表沉降平均值為4.7mm，扣拱及上斷面開挖施工引起的沉降值為14.0mm，但經過以上施工工序后地表測點累計沉降值約為20mm左右。地表沉降控制非常成功，說明整個洞樁法施工對周圍環境的影響較小，對臨近的建筑物的安全影響不大。

2）各工序施工引起的拱頂下沉 南北導洞開挖引起拱頂下沉歷時曲線如圖4所示。

圖4 南北導洞開挖引起拱頂下沉歷時曲線對比圖

由圖4可以看出，北導洞開挖初期累計拱頂下沉值較小，沉降速率較慢；而南導洞開挖初期累計拱頂下沉值較大，下沉速率較快。南導洞開挖后拱頂下沉穩定較慢，累計沉降值也較大，最終累計沉降值趨于5.0mm；而北導洞開挖后拱頂下沉很快趨于穩定，累計沉降值較小，約為3.0mm。

北導洞地表和拱頂沉降值較之南導洞小主要原因為：①南導洞開挖施工后積累了施工經驗，技術人員和施工人員施工技術水平和操作熟練程度有了很大提高，施工進度較快，減小對地層擾動時間；②優化了施工工藝，改進了超前注漿小導管尺寸，注漿材料，加密注漿分布間距等施工工藝超前加固地層，對控制沉降起到了很好的效果；③確保周邊管線及建筑物安全，在北導洞開挖完成后，在北導洞進行了洞內深層注漿作業，加固周邊地層和建筑物基礎，地表受此影響有一定的隆起；④加強了施工管理工作，保證各工序嚴格按照方案執行，快速封閉成環，背后回填注漿等作業緊跟掌子面等為控制沉降提供有利條件。

3 優化建議

基于淺埋暗挖洞樁法和CRD法的關鍵工藝及其對環境影響的分析結果和相關原因，提出如下優化措施。

1）在北京城區進行隧道施工，周邊環境復雜、環境變化敏感，對施工技術要求較高，地表沉降控制要求較高，施工中要注意合理安排工序，進行有序施工，有效降低施工對周邊環境的影響。

2）重點消除隧道施工過程中受力體系轉換帶來的不利影響，解決好隧道施工支護形成和臨時支撐拆除過程中的受力體系轉換帶來的影響，防止出現地面及拱部的過量沉降和局部坍塌是貫穿整個施工過程的技術難點。

3）CRD工法初支施工速度較快，但襯砌時間較長；洞樁法施工進度較慢，洞樁的施工難度很大，建議今后考慮增開施工豎井增加施工作業面來解決此類問題。

4）在CRD法施工時各部間距5～6m為宜，中隔墻拆除時采取由下至上分段間隔拆除，每次拆除長度6～9m為宜。

5）建議在今后類似富水砂卵石地層的地鐵工程中，結合具體施工條件，可考慮采用淺埋暗挖CRD法或洞樁法施工工藝。

4 結 論

淺埋暗挖CRD法和洞樁法在傳統淺埋暗挖分部法的基礎上逐步改進，靈活多變，具有較強的適應性，但目前針對這兩種方法的施工關鍵工藝研究還不夠深入。本文基于北京地下直徑線工程暗挖隧道施工和大量現場監控數據，分析CRD法和洞樁法各自關鍵工序對環境影響，并提出了相應的優化措施，有助于促進淺埋暗挖工法的完善和推廣。

[1]趙 煒，黃 燁.城市淺埋大跨暗挖隧道施工中建筑物的沉降動態控制技術[J].隧道建設，2009，(2)：202-205.

[2]鄧文彬.大跨暗挖隧道雙側壁導坑法施工技術[J].西部探礦工程，2008，(3)：157-160.

[3]謝小兵.深圳地鐵五號線淺埋暗挖隧道地表沉降控制[J].建筑機械化，2010，(7)：71-73+88.

[4]齊萬鵬.地鐵車站淺埋暗挖不同施工方法的安全性研究[D].北京：北京交通大學，2012.

[5]王國春.淺埋暗挖隧道CRD法施工技術[J].山西建筑，2010，(16)：303-304.

[6]王心毅，張波，鄭繼強.淺埋暗挖法的施工適應性及展望[J].交通標準化，2011，(9)：64-68.