新建地鐵隧道下穿既有地鐵施工技術(shù)研究

彭 丹

（中鐵十一局集團(tuán)城市軌道工程有限公司，湖北 武漢 420074）

新建地鐵隧道下穿既有地鐵施工技術(shù)研究

彭 丹

（中鐵十一局集團(tuán)城市軌道工程有限公司，湖北 武漢 420074）

目前，城市建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大造成城市用地日益緊張，當(dāng)?shù)罔F線路相互交叉，為了滿足換乘需要，需要下穿既有地鐵線路。暗挖地鐵車站下穿既有地鐵隧道工程施工難度較大、開(kāi)挖量較高。文章首先對(duì)地鐵隧道下穿既有地鐵施工技術(shù)進(jìn)行了概述，其次結(jié)合工程實(shí)例分析了地鐵施工技術(shù)要點(diǎn)，最后對(duì)施工控制措施進(jìn)行了總結(jié)。

地鐵隧道；下穿既有地鐵施工技術(shù)；WSS加固；不均勻沉降；結(jié)構(gòu)托換

1 概述

當(dāng)新建隧道與既有線路距離較近時(shí)，需要處理好新建隧道和既有結(jié)構(gòu)的位置關(guān)系，在施工中需要就既有結(jié)構(gòu)的影響、既有線路的重要性等進(jìn)行重點(diǎn)考量。根據(jù)以上影響因素可以對(duì)新建線路施工進(jìn)行分類，分為無(wú)影響區(qū)、施工需注意區(qū)和需采取措施區(qū)。需要依據(jù)工程所在區(qū)域、新建工程規(guī)模和結(jié)構(gòu)位置關(guān)系等多種因素編制科學(xué)的施工方案。

2 地鐵隧道下穿既有地鐵施工技術(shù)分析

在隧道下穿工程建設(shè)過(guò)程中，最為關(guān)鍵的技術(shù)環(huán)節(jié)就是對(duì)既有地鐵進(jìn)行加固處理，從而有效控制地鐵變形問(wèn)題。在加固處理過(guò)程中，需要先對(duì)鋼軌進(jìn)行加固，通過(guò)護(hù)軌建設(shè)以及規(guī)矩拉桿等多種方法對(duì)軌道變形進(jìn)行控制，可有效避免施工階段出現(xiàn)變形，對(duì)工程建設(shè)進(jìn)度造成不利影響。此外在下穿軌道建設(shè)過(guò)程中，需要對(duì)既有軌道鋼軌以及軌道床體的連接位置進(jìn)行全面檢查，避免連接處出現(xiàn)了較大的縫隙，造成軌道凹凸不平，不利于地鐵運(yùn)行安全。此外，在下穿軌道建設(shè)中，在變形縫位置可能會(huì)發(fā)生不均勻沉降，因此需要對(duì)軌道的底板進(jìn)行處理，可以通過(guò)扣軌梁進(jìn)行加固。在對(duì)既有地鐵零件設(shè)施進(jìn)行加固的同時(shí)，對(duì)于整體結(jié)構(gòu)也要采用適宜的保護(hù)措施。常見(jiàn)的加固方法有袖閥管止?jié){墻、WSS加固。袖閥管止?jié){墻施工流程為先鉆孔，后下管，再對(duì)已設(shè)Ⅰ、Ⅱ序孔進(jìn)行注漿，最后為封孔和灌漿。WSS加固施工流程為先鉆孔，后設(shè)置噴漿孔，再進(jìn)行橫向噴射，然后為噴漿處理，最后為二次橫向噴射。

3 結(jié)合實(shí)例分析新建地鐵隧道下穿既有地鐵施工技術(shù)應(yīng)用

某地鐵線路A、B區(qū)間隧道需下穿既有地鐵1號(hào)線，該區(qū)間平均6min就會(huì)有一列地鐵通過(guò)。新建隧道在土方開(kāi)挖施工中采用的礦山法，隧道為馬蹄形復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，1號(hào)線隧道外頂部的標(biāo)高和外部標(biāo)高的差異為1.079m，隧道結(jié)構(gòu)如圖1所示。既有地鐵1號(hào)線隧道的二次襯砌采用的是素混凝土結(jié)構(gòu)，對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面勘察發(fā)現(xiàn)周邊墻出現(xiàn)了不同程度的裂縫，對(duì)于運(yùn)行安全和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定十分不利。

3.1 工程方案的確定

在工程正式建設(shè)前，需對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)和既有結(jié)構(gòu)進(jìn)行勘察，并建立地鐵軌道模型對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算和確定。該工程確定5號(hào)線初支頂部和2號(hào)線路的初支頂部仰拱間的距離為0。剝離5號(hào)線和1號(hào)線的隔土層，從而控制頂部仰拱間距。然后采用WSS加固法對(duì)5號(hào)線前方的土體進(jìn)行處理，提升其承載力。

3.2 WSS加固法

3.2.1 施工準(zhǔn)備。需要對(duì)掌子面進(jìn)行密封處理，并且連接鋼架斷面，在適宜位置掛設(shè)雙層鋼筋網(wǎng)片。噴射的混凝土強(qiáng)度應(yīng)該與初襯混凝土強(qiáng)度保持一致。在混凝土噴射作業(yè)結(jié)束后2d左右便可進(jìn)行下一工序。在隧道內(nèi)部需要搭設(shè)一定規(guī)模的作業(yè)平臺(tái)，方便鉆機(jī)的操作和移動(dòng)，但是需注意放射角控制，控制在8°～100°為宜，而鉆桿的水平高度和拱頂之間的距離應(yīng)該控制在0.5～1.2m，每步注漿水平深度為5～11m。

3.2.2 施工。

第一，鉆孔。在鉆孔過(guò)程中重點(diǎn)控制參數(shù)即為鉆桿角度以及鉆進(jìn)深度。當(dāng)鉆孔深度達(dá)到設(shè)計(jì)位置時(shí)，需要按照設(shè)計(jì)方案的配比進(jìn)行漿液支座，在施工前，需要對(duì)配置好的漿液進(jìn)行檢查，檢測(cè)結(jié)果顯示為合格后方可投入使用進(jìn)行噴射注漿。該工程噴射量為15～20L/min，但是該噴射量不是固定不變的，可以依據(jù)實(shí)際施工情況進(jìn)行縮減或增加。

第二，制漿。需要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)配合比進(jìn)行制作，保證漿液性能，施工選用的噴入管直徑為Φ42mm，為保證漿液能夠混合均勻，需在噴入管端點(diǎn)位置安裝混合器，保證漿液混合均勻。若達(dá)到設(shè)計(jì)深度，需要改換為橫向噴射，通過(guò)注漿泵將漿液輸送至指定位置，進(jìn)行內(nèi)外觀的注漿操作。水平方向的漿液噴射需要通過(guò)過(guò)濾網(wǎng)輔助施工，將過(guò)漿液順利達(dá)到指定地層中。

第三，噴漿孔設(shè)置。需使用清水對(duì)噴漿管進(jìn)行清洗，并混合漿液，從指定端點(diǎn)輸出，通過(guò)鉆孔機(jī)將噴入管置于指定位置，而相鄰噴入孔的間距控制在30～50cm之間。

第四，橫噴射。當(dāng)噴入管設(shè)置好后需要封閉端點(diǎn)。

第五，噴漿。噴漿操作必須依據(jù)施工技術(shù)規(guī)范和現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，該工程注漿壓力為0.3～0.5MPa，可滿足水平滲透作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。在階梯回抽噴射過(guò)程中，一步距為20～30cm。

第六，二次噴射。在一、二次噴射切換時(shí)進(jìn)行復(fù)合噴射。二次噴射選用的材料是低粘性且凝膠時(shí)間較長(zhǎng)，浸透性較好的漿液材料，按照規(guī)定注漿壓力將其均勻噴射在土質(zhì)顆粒之間即可，這樣可以避免作業(yè)對(duì)于土體的擾動(dòng)，影響了周邊結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。但是因?yàn)橐淮螄娚涫窍拗茋娚?，而二次噴射是滲透噴射，施工后漿液不會(huì)溢出規(guī)定范圍。

3.2.3 開(kāi)挖支護(hù)與二次襯砌施工。該工程開(kāi)挖施工過(guò)程中，按照矩形斷面特征將結(jié)構(gòu)劃分為6個(gè)部分，而每個(gè)部分的間隔距離設(shè)定為5m。每個(gè)部分的小導(dǎo)洞均采用臺(tái)階法留核心土，而超前注漿技術(shù)的應(yīng)用可以提升地層強(qiáng)度和負(fù)荷能力。該工程采用鋼架網(wǎng)進(jìn)行支護(hù)，對(duì)不穩(wěn)定區(qū)域，需要通過(guò)注漿封閉掌子面，具體施工內(nèi)容如下：

第一，在開(kāi)挖施工前，采用分塊閉合的方法對(duì)施工區(qū)域進(jìn)行分區(qū)，這樣就保證了地下開(kāi)挖施工作業(yè)的有序進(jìn)行，保護(hù)會(huì)出現(xiàn)不均勻沉降或者是群洞重疊等問(wèn)題。在開(kāi)挖小面積斷面時(shí)，需要對(duì)應(yīng)力釋放量進(jìn)行有效控制，從而弱化大斷面施工對(duì)于作業(yè)所在區(qū)域地層的擾動(dòng)。

第二，支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度提升。該工程還是用的臨時(shí)支撐鋼架為125A型鋼，漿液噴射的厚度為35cm。相鄰鋼架焊接時(shí)使用的是L70×70連接角鋼，而環(huán)向的距離需控制在80cm左右。該工程在鋼架兩側(cè)位置加設(shè)了鎖腳錨管，數(shù)量為1，型號(hào)為Φ42，同時(shí)需要對(duì)Φ10鋼筋進(jìn)行焊接處理，將其加焊在工字鋼上，這樣可保證即使支護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了較大的應(yīng)力變化，鋼架結(jié)構(gòu)也不會(huì)受到影響。

第三，需注意初次支護(hù)結(jié)構(gòu)和既有線結(jié)構(gòu)的處理。（1）型鋼鋼架應(yīng)該緊靠既有線結(jié)構(gòu)的初支底板進(jìn)行設(shè)置，將鋼楔子布設(shè)于連接縫隙中，從而提高既有線結(jié)構(gòu)的承載能力。各下導(dǎo)洞的底板需要預(yù)埋3根Φ42、長(zhǎng)度為1.5mm的注漿管，并在導(dǎo)洞內(nèi)注滿水泥漿，提高鋼架基礎(chǔ)的強(qiáng)度。為了確保鋼架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，后期可在底端四角墊方木楔子；（2）初支背后回填注漿。順著鋼架的位置環(huán)形布設(shè)小導(dǎo)管，當(dāng)施工作業(yè)進(jìn)行了2～3d時(shí)需要進(jìn)行回填注漿施工，填充背后的土體，提高土體強(qiáng)度；（3）二襯背后注漿。該工程經(jīng)混凝土泵送至隧道拱部后進(jìn)行澆筑則會(huì)引發(fā)混凝土質(zhì)量問(wèn)題，在初期支護(hù)與二次支護(hù)結(jié)構(gòu)間產(chǎn)生較大的縫隙。因此在二襯注漿前，需要在頂板、邊墻以及施工縫等位置預(yù)埋注漿管，保證注漿塑料管穿過(guò)模板時(shí)大于10cm。當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)標(biāo)時(shí)需完全封閉，先壓入水泥砂漿，然后采用水泥漿完成二次漿處理。

4 施工控制措施

隧道穿越既有線的關(guān)鍵在于既有線結(jié)構(gòu)變形量以及變形速度的控制，只有這樣才能保證新建隧道和既有線結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。對(duì)此施工控制措施主要如下：（1）結(jié)構(gòu)托換，采用托換技術(shù)措施對(duì)既有結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)支護(hù)；（2）減小開(kāi)挖斷面，在滿足工程建設(shè)條件的情況下縮小隧道斷面面積或者是將大斷面隧道分解為多個(gè)小斷面進(jìn)行施工，這樣可以有效控制作業(yè)對(duì)于周邊土體的擾動(dòng)；（3）隧道開(kāi)挖，為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工安全隱患，隧道開(kāi)挖工作可以分為多個(gè)階段完成。文中所述工程采用了以上施工控制措施，并對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行了全面監(jiān)控。施工結(jié)束后對(duì)隧道地表以及隧洞進(jìn)行監(jiān)測(cè)，注漿加固經(jīng)抽芯檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為5MPa，地標(biāo)的最大點(diǎn)位的沉降為1.5mm，拱頂最大沉降Wie0.5mm，凈空收斂的最大收斂為0.6mm，達(dá)到了沉降控制標(biāo)準(zhǔn)，如圖1所示，由此表明既有線地鐵結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

圖1 沉降曲線示意圖

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對(duì)于生活品質(zhì)的要求以及出行的要求不斷提高。為了給人們提供更加優(yōu)質(zhì)的交通服務(wù)，需要加強(qiáng)地鐵工程建設(shè)。但是因?yàn)榈罔F線路的增加，在地鐵建設(shè)過(guò)程中線路交叉問(wèn)題十分普遍，在重疊路段需加強(qiáng)工藝控制，在控制施工作業(yè)對(duì)于周邊土體擾動(dòng)的同時(shí)，還需要通過(guò)合理的控制的措施提升隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，只有這樣才能保證地鐵隧道下穿既有地鐵施工的安全性。

[1]朱正國(guó)，余劍濤，朱永全，等．新建隧道超近距離下穿既有地鐵施工方案優(yōu)化[J]．鐵道工程學(xué)報(bào)，2013，（9）.

[2]吳全立，王夢(mèng)恕，朱磊，等．盾構(gòu)近始發(fā)端頭下穿既有地鐵線路的綜合施工技術(shù)研究[J]．現(xiàn)代隧道技術(shù)，2016，（4）.

[3]孟喬，楊廣武．新建地鐵車站近距離穿越既有地鐵隧道的變形控制[J]．中國(guó)鐵道科學(xué)，2011，（4）.

（責(zé)任編輯：王 波）

U455

1009-2374（2017）12-0177-02

10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.12.091

彭丹（1983-），男，湖北武漢人，中鐵十一局集團(tuán)城市軌道工程有限公司工程師，研究方向：地鐵隧道施工。

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