暗挖地鐵車站下穿既有地鐵隧道施工控制

王慶兵

北京市政路橋股份有限公司

暗挖地鐵車站下穿既有地鐵隧道施工控制

王慶兵

北京市政路橋股份有限公司

隨著城市經濟的快速發展以及交通建設的不斷發展，不可避免的會出現地鐵線路之間出現交叉和換乘的情況。受到地下空間的限制以及換乘地鐵的需要，在進行新建地鐵工程的施工中經常出現穿越既有地鐵線路的情況。在淺埋暗挖隧道下穿既有路基施工中，圍巖巖體和地表道路的變形必然因為隧道的開挖擾動出現變化，通過數值模擬分析施工對路面沉降的影響意義重大。基于此，本文就針對暗挖地鐵車站下穿既有地鐵隧道施工控制技術展開了探討。

地鐵隧道；暗挖法；施工控制

隨著我國城市地鐵修建的飛速發展，不良地質條件下的淺埋隧道下穿既有運營道路工程的建設量大、面廣，不良地質條件下隧道下穿運營道路時隧道和道路的相互影響也越來越嚴重。新建隧道下穿施工必然會引起既有道路路基的變形，進而影響既有道路的運營，嚴重時可導致路面破壞，引起人員安全事故等。近年來，結合我國地鐵的建設，研究人員對新建隧道下穿既有道路施工技術進行了廣泛的研究，取得了一些有意義的研究成果。

1 淺埋暗挖法簡述

1.1 施工原理

淺埋暗挖法，以新奧法的基本原理為理論基礎，具體施工原理：采用復合襯砌，初期支護承擔全部基本荷載，二襯作為安全儲備，初支、二襯共同承擔特殊荷載；采用多種輔助工法，超前支護，改善加固圍巖，調動部分圍巖自承能力，根據圍巖強度與支護剛度之間的關系，采用不同開挖方法及時支護封閉成環，使其與圍巖共同作用形成聯合支護體系。在整個項目實施過程中，一直采用信息化設計與施工。

1.2 施工原則

淺埋暗挖法在建筑物下隧道工程施工中應用時，應當遵守以下原則：第一，根據地質工程條件、地面既有建筑物特點及機械配備情況，通過經濟優選的方式選出對地層擾動小、快速、經濟的開挖方法。第二，即使確定選擇輔助工法進行施工，在采用相應的輔助施工措施后，依然優先選擇大斷面開挖法。第三，根據地層、斷面的具體情況選擇與之相適應的開挖、通風、防水、裝運、二襯作業等操作的配套機具，最大程度的滿足快速施工要求。第四，施工過程中要認真、嚴格的進行監控量測工作，并把這一項工作視為施工中的一項重要工序。第五，采用信息化施工和管理，利用信息技術進行工序時間調整，嚴控工程進度，做好施工安全、機械管理、沉降監測、環境管理、施工材料管控等工作。

2 暗挖法在地鐵隧道施工中的應用

2.1 工程實例

該工程位于一交通繁忙的十字路口下方，且管網密布，通訊電纜、自來水管和污水管道等縱橫穿插。該車站寬23m，高8.6m，拱頂距既有地鐵線4m。柱體縱向上為墻狀連續結構，以隔離行車時的噪音和空氣污染。車站所賦存地層上部為風化軟巖，下部為硬巖。

2.2 施工要求

由于整個施工環境較為復雜，使得工程施工難度較大，為保證施工的合理性，并控制施工成本，應注意以下幾點：(1)對隧道長度進行控制。盡可能控制隧道長度，以降低整體工程造價，節約成本。(2)根據市中心布局，對隧道走向進行合理設定。設計時，應選擇車流量較少的位置布設隧道，并盡量沿綠化帶施工，避免影響其他公共設施運轉，保證工作井構建順利進行。(3)隧道走向盡可能保持順直。考慮到電纜具備一定剛度，實際布設過程中不能隨意彎曲，所以盡可能讓隧道保持直向，盡量避免出現大角度轉角。

2.3 地質狀況調查

工程區間隧道地層主要由第四紀全新世人工堆積層、上更新統哈爾濱組地層、中更新統上荒山組地層、下荒山組地層組成。地層從上到下主要有：雜填土(①)、粉質黏土(②)、粉質黏土(③)、粉質黏土(③-2)、粉質黏土(④)、粉質黏土(④-4)、中砂(⑥)。根據《地下鐵道、輕軌交通巖土工程勘察規范》(GB50307－1999)，粉質黏土層可挖性分級為Ⅰ或Ⅱ級;根據《鐵路工程地質勘察規范》(TB10012－2007)，粉質黏土層圍巖分級為Ⅵ級或Ⅴ級。區間隧道地下水主要賦存于沖洪積地層內，含水層主要為孔隙潛水。但粉質黏土中存在上層滯水，并且分布不連續。

2.4 計算結果及分析

根據確定的施工開挖方案和隧道的支護方案，確定區間淺埋段下穿學府路規劃道路正下方隧道和道路相互影響的施工步序模擬步驟如下：(1)首先對模型進行平衡區自重、位移及塑性區清零。(2)對土體及模型進行取值，采用莫爾－庫倫模型。(3)施工步采用10單元進行循環施工，支護形式放在各部開挖完成之后，同時進行鎖腳錨桿的施工，并施加中隔板。隧道的開挖是一個動態的過程，隨著隧道施工的推進，道路將隨之出現沉降。為分析道路沉降隨隧道施工的變化，在路面地表選取DB-(1-3)軸線上的3個測點和DB-(4-7)橫向測點為研究對象。分析地鐵隧道施工引起的地表沉降位移的變化過程可見，在隧道施工過程中，地表沉降位移變化來源于初始步產生，其后的施工對沉降的影響逐漸減弱;且在支護結構形成后位移基本趨于穩定。

2.5 施工方法

2.5.1 開挖和支護

在隧道工程中，可以采取短臺階法進行開挖施工。在開挖時，需要注意上臺階的長度不能大于1倍洞徑，同時要保有超過2m和核心土。工程預留核心土的目的主要是對開挖面的變形情況進行抑制，從而提高土體的穩固性。同時，留核心土還可以提高拱部開挖的效率，在較早的時間就能夠設置拱部柵，達到噴射混凝土的目的。在工程應用臺階主要是為了在施工作業時，能夠有效的利用臺階產生的土壓力，對工作面進行支擋，提高開挖作業的穩固性，并且也可以提高人工開挖的效率。而應用短臺階，則可以為人工翻碴提供比較便利的條件，同時還可以在較早的時間就開始進行中層土方的開挖作業，為后續邊墻支護提供方便，從而保證初期支護盡快形成穩定的結構。

2.5.2 二次襯砌技術分析

在隧道工程中，應用淺埋暗挖法時，模筑混凝土經常被當作二次襯砌的材料。模筑混凝土不僅能夠有效的增強初期支護的力度，滿足工程初期安全方面的要求，同時，對于中間防水隔離層的支撐也具有較好的效果。通常情況下，施工單位要在工程初期進行勘察測量，在初期支護穩定的情形下，才可以開始二次襯砌工作。對于隧道斷面較大的工程來說，如果直到初期支護變形后，才繼續進行施工作業，很可能需要較長的時間，因此可以根據實際情況進行二次襯砌的提前施工作業。此時，二次襯砌承受的壓力要更大，需要引起施工單位的注意。

2.5.3 合理排放地下水

排放地下水勢必會增加土層的強度和剛度。對于砂層、礫砂地層而言，如果過度排放地下水，則會導致上覆多孔介質土層產生超固結現象，繼而引起大面積的地面沉降。因此，在保證工作面穩定和正常開挖的前提下，應當合理的排放地下水，可根據實際情況采取多種方法阻斷或封堵地下滲水通道。同時，應當盡可能的縮短地面或洞內的排水時間。當掌子面開挖過后，應當及時開挖周邊或掌子面注漿以穩定工作面，及時停止排水。其中，在進行掌子面注漿時，應根據實際的地層條件來合理調整支護參數和注漿參數，保證注漿的效果。

3 暗挖法隧道施工控制措施

3.1 施工通風及照明

在地鐵隧道的掘進施工過程中，為了稀釋和排出爆破產生的炮煙、粉塵和有毒有害氣體，保持良好的工作條件，必須對隧道掘進掌子面或其它工作面進行通風(即送入新鮮風流)。隧道通風對施工安全性的影響也是很大的，如果隧道通風工作沒有做好，容易引起兩類風險：一是沒有及時稀釋或排除隧道內的有毒有害氣體(如瓦斯、二氧化碳等)，會對隧道內的施工作業人員造成身體傷害，影響施工。二是在某些特殊條件下的隧道中施工，尤其是在瓦斯隧道中，若通風工作沒有及時稀釋或排除，就很容易引起火災或者爆炸事故，不但造成人員傷亡，對隧道結構的穩定性也有影響。

地鐵隧道施工中的照明也是影響施工安全性的風險因素。隧道內的照明燈光應保證亮度充足、均勻、不閃爍，才能保證隧道施工安全順利進行，否則容易造成以下風險：一是若洞內照明燈光昏暗、閃爍不清，會影響施工人員的視線，使其對洞內的施工環境了解不清楚，容易發生安全事故。二是洞內發生安全事故時，在普通照明關閉的情況下，應急照明對人員的疏散及物資的搶救發揮較大作用。

3.2 近接條件下風險控制研究

針對近接條件下對淺埋暗地鐵挖隧道施工所引起的風險因素，可采取以下控制措施：①首先要做好地層加固以及預支護措施，還要對臨近的既有隧道和建(構)筑物進行補強加固，使其能承受新建隧道開挖所帶來的影響。②隧道洞身開挖采用分部開挖，先開挖遠離既有隧道或建(構)筑物的一側，再開挖另一側；同時減小鉆孔深度，減少單孔裝藥量。利用先開挖的空間為臨近既有隧道或建(構)筑物的開挖部創造出臨空面，減少了對近接建(構)筑物的振動影響。③洞身爆破開挖采用微振動控制爆破或光面爆破工藝，塑料導爆管微差毫秒雷管起爆，并將掏槽眼布置在遠離既有隧道或建(構)筑物的一側。④采用短進尺施工，嚴格控制循環進尺，炮孔要求線形布置以及利用起爆、加強炮孔堵塞等措施以減小爆破振動。

[1] 賀長俊，蔣中庸，劉昌用，鄒彪.淺埋暗挖法隧道施工技術的發展[J].市政技術，2009，03：274-279.

[2] 蔣博林.淺埋暗挖地鐵隧道施工安全性和風險分析研究[D].重慶交通大學，2011.

[3] 楊軍峰，潘淡濃.淺埋暗挖法隧道施工技術及其地面沉降控制[J].中國水運(理論版)，2008，01：110-111.