某地鐵車站下穿既有地鐵車站施工技術問題分析處理

陳 艷,刁天祥

(成都中鐵隆集團工程有限公司，四川成都610045)

1 車站工程概況

1.1 車站周邊環境

車站位于東、西向大街交叉路口正下方，在既有車站下方，距既有運營地鐵車站底板1.9 m，道路交通量大，周邊環境復雜，道路下共有各種雨水、通信、污水、上水、光纖電纜、熱力等89條。既有車站底板有一沉降縫在兩個矩形隧道中間。新舊車站位置關系圖1所示。

圖1 地鐵車站位置關系示意

1.2 車站地質情況

1.3 車站設計概況

車站與既有環線車站成“十”字交叉，2號線在上，4號線在下，兩條線采用站廳——站臺“十”字換乘方式。車站為一座全暗挖地鐵車站，采用洞樁法施工。車站長近180 m，總寬度24.4 m，站臺寬度14 m。兩端為雙層三跨連拱結構斷面，中間27 m為下穿既有運營地鐵車站，采用單層雙矩形斷面，在兩個矩形斷面間有一既有車站的變形縫。車站有兩個風道、四個出入口通道、一個殘疾人通道和一個緊急出入口。車站結構斷面設計如圖2所示。

圖2 車站主體雙層三跨結構橫斷面

2 下穿既有車站設計情況

下穿既有線段全長26.7 m，結構形式為兩座矩形單洞，洞體高9.0 m，寬8.5 m，兩洞之間凈距4.1 m，結構垂直凈距1.9 m，頂部采用雙排φ295的大管棚，間距300 mm，初支采用I20型鋼架，間距500 mm，300 mm厚C25噴混凝土，二襯采用700 mm厚C30防水混凝土，防水等級為S10，采用“CRD”工法分四部開挖施工，臨時支撐采用I20型鋼支撐。

3 下穿既有車站達到的環境安全要求

運營公司根據車站運營的要求提出車站施工沉降控制在10 mm以內。施工期間不允許出現任何影響地鐵運營的事件發生。

地鐵公司根據既有車站的特點將該車站定位特級環境風險源進行控制。必須確保施工的安全和對既有車站運營的安全。

4 施工技術問題分析及處理

車站下穿既有線車站自2007年5月21日開始施工，歷時250余天，結構最大沉降僅為6.78 mm，完全滿足既有運營車站10 mm的沉降要求，在確保各項技術指標的前提下，2008年1月29日，車站下穿既有車站主體結構工程順利完成。施工中采取切實可行的方法和措施，以各分部工序的沉降目標為控制值來控制，實現了特級環境安全風險源的成功穿越。在穿越既有車站的過程中，有許多的經驗值得總結和提高，特別是對安全控制要求嚴格的項目工程方面的經驗為類似工程提供參考和借鑒。

4.1 沉降目標控制

項目沉降最終的突破，首先是項目各分部目標值的突破，為了總體控制項目目標，項目一開始就將10 mm的沉降分解到各部工序中，嚴格實施分部分層控制，分別采取不同的方法和不同的技術措施實施控制，同時將每部沉降目標按80%設立警戒值。施工時每部控制盡量不超過設定警戒值，達到警戒值即停止下部工序施工，采取有效措施處理確保整個工序不突破管理目標值。因達到警戒值，運營公司也將限令停止后續施工。

4.2 超前支護選擇問題

隧道初步設計超前支護采用φ600的管幕，該管幕采用跟管擴大鉆機施工，根據其他施工情況[1-2]，該方法易造成管幕施工時管幕周邊空隙過大，管幕注漿不能及時跟上而造成地層沉降，且沉降不易控制。

綜合考慮車站的地質和管棚施工技術以及環境條件，施工時改為雙排φ295的大管棚，采用擠壓土體夯管技術施工大管棚。從技術上克服管棚施工時造成的沉降問題，保證大管棚與地層之間沒有空隙。從施工的效果看，該方案的選擇是非常正確的，起到重要的作用，前期大管棚施工能夠有4～5 mm的隆起。

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4.3 大管棚施工問題

一般大管棚采用內刃腳，并且安裝切削環，避免管周摩擦力過大的。本車站沉降控制指標嚴格，每部工序都有分解的控制指標，不得超限。采用內外雙刃腳的措施，通過大管棚的施工，擠壓和壓實地層，達到改良地層的作用。保持管壁與巖層密貼，不人為制造縫隙。在實施過程中發現，在密實高應力地層，管壁摩擦力非常大，大管棚單側夯進的深度僅能夯進15 m，采用雙側夯進大管棚,大管棚在加固體中間部位搭接，保證大管棚施做時地層不引起過大沉降。實踐證明，此方法非常有效，在整個大管棚施工后，既有結構整體隆起5 mm，對整體沉降控制起到重要的作用。

4.4 開挖方案確定

采用工程類比分析[4]及有限元模擬分析，采用先近后遠的方法施工，即先施工離既有車站底板沉降縫最近的1、2部，在完成1、2部后，在1、2部初支結構的支撐下，再施工3、4部，左右兩洞同步施工，保證地鐵結構底板的差異沉降不超標。

采用CRD工法組織施工，步步為營，每部及時封閉成環，及時回填注漿，控制結構沉降。同時為避免時差效應，縮短開挖時間，加快施工進度，采用車站兩端同時對挖。

4.5 高地應力問題處理

施工部位結構初支頂距既有車站底板1.9 m，大管棚頂距車站底板底僅有90 cm，此部分圍巖直接受上部荷載作用，既有線下部巖層所受應力比較大，應力比較集中，處于高應力狀態，該部分土體處于高壓狀態，隧道開挖時，該部分地層巖體的應力釋放很迅速，所以開挖后圍巖的變形速率比較大，施工控制不力，將產生較大的沉降[3]。控制措施為：超前大管棚支護，超前注漿，快速開挖及時封閉，大剛度初支鋼架，管棚與初支鋼架間通過剛性塊保證持續傳力，及時進行回填注漿，初支封閉后根據監測情況進行補償跟蹤注漿，迅速補充地層應力損失，快速實現應力平衡。

4.6 開挖、初支問題

實現快速開挖，快速封閉，嚴格按部序開挖封閉，嚴格CRD各部施工質量。特別是結構連接節點的質量保證。

隧道開挖前認真做好超前注漿工作，保證注漿的質量。但在高應力狀態下即使這樣處理仍有可能垮塌，特別是在沙層中開挖，要備用一些處理坍塌的物資和材料，上部要挖到大管棚底部，通過連接鋼板等以便實現初支剛性連接。讓大管棚和初支一起形成系統受力狀態。保持開挖面能夠承受應力和傳遞應力，并且受力良好。

開挖前還要進一步對中間巖柱進行注漿加固，保證中間巖柱的承載能力和抗壓縮能力。

開挖時注意初支底部松渣的清理，使上部力能夠順利傳遞到下部基底，必要時加強初支底部注漿加固，改善隧道基地受力狀況，保證結構受力穩定。側向采用橫向小導管注漿加固。

初支和大管棚之間采用鋼板連接，保證大管棚受力良好，使初支結構能夠受力和傳遞力良好，噴混凝土及時、密實，特別是初支面和巖層面的密貼，及時回填注雙液漿。鋼架背后不容易噴滿混凝土，易出現空洞的地方應及時回填注漿，保證初支面與圍巖間密貼。

4.7 注漿問題

注漿是為了改善圍巖地層條件，或填充空隙，或調整圍巖的受力狀況。

超前注漿固結砂層，將開挖一定范圍內的砂層固結，注漿實際是提高砂層的密實度，通過提高砂層的密實度達到穩定開挖面，同時對中間巖柱也進行加固和固結，在隧道開挖的1、2部從側面對中間巖柱注漿加固。

隧道開挖后及時進行初支的背后注漿，填充初支背后空隙，使初支和圍巖間傳遞力良好。必要時可停止開挖進行回填注漿。

補充跟蹤注漿是注漿管底部達到既有車站底板下，對此處進行補償注漿，根據隧道變形速率來調整車站底板處圍巖的應力狀態，達到控制變形及時收斂。此注漿要根據情況反復多次，直到達到目的。

4.8 二襯初支拆除問題

隧道初支的臨時支撐拆除按6 m長分段、分層拆除。二襯時臨時中隔墻豎向底、頂支撐采用換撐處理，保持結構受力不發生較大的變化，防止二襯拆除臨時結構時發生沉降，另考慮整個初支結構是平頂直墻結構，抗變形能力差，并且初支就在原地鐵車站下，直接承受原車站的豎向荷載，換撐必須確保結構受力安全，采用半幅半幅做結構的方法。結構做完半幅后，腳手架、二襯等受力桿件不拆除，在二襯回填注漿完成后，在結構受力安全的情況下，對頂部豎向支撐進行換撐處理，保證防水板的密封性，然后進行剩余半幅二襯結構施工，待整個二襯結構做完后，再拆除腳手架和豎撐。確保二襯時隧道初支結構受力穩定，實現階段沉降目標的實現，最終實現整體沉降目標的實現，精細每部施工控制。

4.9 分段分部二襯

二襯施工也是關乎整體沉降的一個重要部序，要高度重視。結合其他CRD及臨時中隔墻隧道結構二襯施工時拆除臨時支撐造成地層發生大量沉降的情況，本部二襯將采取切實穩妥的方案進行二襯，控制車站沉降，達到預期目的。

平頂直墻結構二襯，采取分部分段襯砌，每部二襯基本保持初支結構受力不發生大的變化，隧道二襯分底板、邊墻、左側半幅頂板、右側半幅頂板。二襯腳手架采用滿堂紅腳手架，加強橫向和斜向的支撐構件支撐聯系，加大二襯施工時的結構的整體支撐剛度，保持二襯施工時初支結構受力相對穩定，實現二襯施工時既有車站結構變形沉降控制目標。

隧道二襯按照拆除段長度來控制施做二襯，在施做底板時，先換撐豎向CRD臨時結構，待底邊有一定強度后，再拆除原CRD臨時仰拱部分，側墻結構做完并達到一定強度后，施做頂部半幅頂板結構，并預留直螺紋連接。待結構混凝土達到一定強度后，對其頂部進行回填注漿，保證頂板混凝土密實。最后，保留所有腳手架和橫向支撐，對頂部豎向CRD進行換撐，施工剩余部分頂板，待回填注漿完成后，結構強度達到一定強度后開始按順序施工下一段結構。

5 結論

本車站下穿既有線工程環境要求嚴，為同類工程之最，為特級環境安全風險工程, 兩站之間采取“十”字換乘。宣武門站通過既有線段全長26.7 m，結構形式為兩座矩形單洞，洞體高9.0 m，兩洞之間凈距4.1 m，結構垂直凈距僅1.9 m，采用“CRD”工法分四部開挖施工，施工風險巨大。經過項目部全體人員艱辛努力，最終使既有運營車站的結構最大沉降僅為6.78 mm，結構最大沉降始終控制在目標范圍內，在確保各項技術指標的前提下，實現了特級環境安全風險源的成功穿越。工程中所采取的各種方法和措施為今后類似工程提供借鑒和參考。

[1] 胡曦波.北京地鐵五號線東單站暗挖隧道施工方案[J].隧道建設,2006 ,26(1):44-48

[2] 王偉東.北京地鐵東單站暗挖大跨段過既有線施工技術[J].西部探礦工程,2006 ,18(6):132-133

[3] 姜景山,陳浩,張洪威.崇文門車站下穿地鐵既有線施工變形控制措施[J].鐵道標準設計,2005，(10):85-88

[4] 房倩,張頂立.淺埋暗挖地鐵車站下穿既有線結構施工方法研究[J].中國鐵道科技,2007,28(5):71-77