小間距淺埋暗挖工法在地鐵車站鄰近施工中的應用

嚴一清　郭玲

摘 要：為實現更好的服務功能，鄭州地鐵5號線京廣南路站選用了端頭廳車站方案，因此在車站中部的站臺層須以小間距隧道下穿的方式通過即有的京廣南路隧道，在鄭州尚缺少較大斷面的淺埋暗挖隧道的地區經驗，而本站更具有周邊環境復雜、超淺埋、隧道間距小、小凈距下穿的特點，結合類似案例的設計及施工經驗，通過對整個施工過程的關鍵點分析和數值分析，采用了以超前大管棚減隔土體受到的擾動、加固中夾土、加大初支及二襯斷面并選用CRD工法施工，使工程順利付諸實施，可為類似工程提供參考。

關鍵詞：環境復雜；小間距隧道；小凈距下穿；淺埋暗挖

中圖分類號：U231.4 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）09-0077-04

地鐵工程處于城市復雜環境條件下，周邊建、構筑物眾多，常需要進行鄰近施工，常用工法有明挖法、盾構法、淺埋暗挖法；淺埋暗挖工法避免了明（蓋）挖法對地表的干擾，較盾構法具有更強的適應性和靈活性，越來越多地應用于城市地下工程建設中，為了保證施工安全及即有結構物的正常使用，設計中需要考慮馬頭門設計、超前支護選取、即有結構物防護、施工工藝比選、沉降控制等一系列復雜問題。

有關淺埋暗挖鄰近施工的資料文獻很多：如王夢恕院士通過計委大樓地下停車場工程案例（12.9m×9.35m，覆土3m，洞間距4.7m，距計委大樓約12m），詳述了工法選取、臺階長度及洞室封閉早晚對沉降及水平位移的影響、采用注漿加固中夾土柱及迎大樓側土體，以CRD工法施工[1]；孔恒、宋克志通過北京地鐵5號線區間零間距下穿2號線雍和宮站工程，論述了新建隧道與即有隧道間夾層土厚度的影響，受車站埋深影響選用了零間距下穿方式，該工程使用輻射井降水，以優選的HSC漿液預加固擬穿越的肥槽段，采用CRD工法施作[2]；孔恒、宋克志在北京地鐵4號線西直門站-動物園站區間下穿西直門橋墩（擴大基礎，橋基下12m正穿）工程中，以數值分析模擬優選施工方案指導施工監測指標，采用對橋基加固、全斷面前進式超前深孔注漿，并以CRD工法施作[2]。

通過文獻資料對比，淺埋暗挖的下穿施工因結構物形式、周邊環境、地層、水位等條件差異，其方案重難點不同，應對措施也不盡相同。下穿市政干路隧道，在保證自身施作安全的前提下仍需保障即有隧道、干路及路下管線的安全、正常使用，需要根據工程實際情況解決一系列難題，才能保證順利實施。

京廣快速路是南北貫穿鄭州中心城區的快速通道，是緩解中心城區交通壓力的重要道路，在航海路口處以下穿隧道形式通過，路口周邊交通繁忙，房屋眾多，管線復雜。為實現更好的服務功能，地鐵5號線京廣南路站選用端頭廳車站方案跨路口設置，中部站臺層以小間距隧道下穿即有快速路隧道，設計方案采用了在較強的超前支護的保護下以CRD工法施作，加強初支及二襯強度并加固中夾土的措施，有力的保證了工程安全，經施工單位精心配合，保障了施工的順利進行和周邊環境安全。

1 工程概況

鄭州市地鐵5號線京廣南路站位于市政主干道——京廣路與航海路交叉口路下，沿航海路東西向設置；京廣南路路下設有新建市政快速路隧道，周邊為住宅、大學、商業綜合體、飯店及長途車站。車站總平面圖及與即有隧道相對關系詳見圖1-圖3。

受地面交通疏解寬度及管線遷改影響，西端頭廳退開即有隧道較遠。擬建暗挖段總長40.2m，隧頂埋深約15.8m，與即有隧道間夾層土厚約3m，中部設一道聯絡通道。即有隧道節段長38m，節間設沉降縫，距本結構較近的沉降縫在擬建隧道北側初支外邊緣附近。

2 工程地質、水文條件

暗挖穿越市政隧道處地面高程約105.9m，暗挖段頂、底緣標高約在90.0m及80.8m，主要穿越地層為③34黏質粉土（Q3al）、③22粉質黏土（Q3al）、③35黏質粉土（Q3al），巖土施工工程分級除粉砂外均為Ⅱ級。其余上覆及下臥土層主要為第四系上更新統（Q3）粉質黏土、黏質粉土局部夾粉砂。各土層特性如下：

③34黏質粉土（Q3al）：褐黃色，稍濕，密實。局部夾粉砂薄層，稍濕、稍密～中密。

③22粉質黏土（Q3al）：黃褐色、局部紅褐色，可塑～硬塑，切面有光澤。局部夾黏質粉土，濕，密實。

③35黏質粉土（Q3al）：黃褐色，濕，密實。局部夾粉質黏土薄層，黃褐色，可塑。

車站附近無河流分布。詳勘期間，穩定地下水位埋深介于20.1～21.2m（水位高程約84.5～85.8m），地下水類型為第四紀松散巖類潛水。地質縱斷面詳見圖4，地層參數表詳見表1。

3 項目實施重難點分析及應對措施：

城市地下工程具有以下主要特點：地質條件差；周邊環境復雜；結構埋深淺；與鄰近結構相互影響；圍巖穩定性不易判斷[2]。擬建隧道上覆土僅厚3m，覆土上方為快速路隧道及其4.5m覆土，地面為干道交叉口，結構物及道路重要性高、車流量大，不宜進行交通管制，路下管線眾多，即有隧道考慮為一級環境風險源，各管線考慮為三級風險源。項目重難點考慮如下：

（1）超前支護選?。撼爸ёo對工程的安全性及造價的影響較大，即有結構物重要性高、風險等級高，夾層土厚度僅3m，對于減隔上部行車振動有利，但覆跨比約在0.3，自成拱能力不足，需要較強的超前支護。

超前大管棚可以隔斷地層位移向地表傳遞，將沉降曲線變的平緩，減少地層沉降，且增加其長度時，可以明顯減少地層沉降，于是將超前支護選為超前大管棚（φ=108、t=6mm，環向間距0.3m，拱部120°設置），管棚間隙加設小導管（φ=42×3.5超前小導管，L=3.5m，環x縱間距0.3×1.5m）進一步穩固土體。結合車站內部構造，東端頭廳接口位置可以在初支外側預留約300mm的打設空間，管棚設置為自東向西一次打設。

然而，暗挖段長度約40m，且需要穿越遺留的諸樁，一次性通長打設大管棚的精度難以保證；經考慮，大管棚自東端頭廳打設至即有隧道西側遺留圍護樁即可，而西端頭廳與即有隧道間夾土寬度約9m，擬建隧道頂部覆土約15.8m，覆跨比1.6，條件較好，改用雙排超前小導管防護，與大管棚的搭接段應不小于2m。

（2）即有結構物防護：需防護的主要結構物是即有隧道及各種管線，其中即有隧道在擬建隧道北側拱墻外邊緣處設有一道沉降縫，主要管線為軍用光纜、DN800雨水管、DN800給水管、DN500污水管。即有隧道的監測控制值：豎向位移：<20mm，變化速率：<2mm/d；各管線：豎向位移：<20mm，變化速率：<2mm/d，差異沉降：<0.003Lg（Lg為管節長度）。端頭廳施工時擾動已開始，沉降控制在明挖基坑階段就應介入，暗挖結構的設計應根據先前的監測結果進行合理的修正。

為更有效的控制沉降，將控制值細分，對即有隧道，豎向位移：<20mm，其中明挖基坑施工時<10mm，暗挖段施工時<10mm；對各管線：豎向位移：<20mm，其中明挖基坑施工時<10mm，暗挖段施工時<10mm。

明挖基坑階段，采用了如下措施：1）與即有隧道兩側緊鄰的端頭廳結構段采用分層、對稱開挖，避免其受到不平衡的土側壓力；2）首道支撐使用砼支撐；3）采用大剛度的圍護樁；4）測點及監測頻度均加密；如發現位移超限、發展過快時應有加密支撐、追加支撐道數、注漿加強等應急預案、應急物資儲備。

暗挖段施工階段，采取了如下措施：1）優選支護及結構形式并采用沉降較小的工法。2）強調對沉降影響較大的施工細節：掌子面留核心土開挖，快挖不超挖，每次進尺0.5m，并快支、快閉合；注意拱腳、鋼架連接處是否密實，如超挖則應回填密實，并墊鋼板或木板，鎖腳錨管的施作應及時、到位，噴砼后及時進行后背填充注漿；3）若開挖面要暫停，工作面須臨時封閉，采用錨噴支護；4）加強監測，準備應急預案及物資。

降水控制：由于暗挖段較短，且需在車站主體結構基本完成后才能開展施工，考慮共用車站明挖基坑的降水井，在隧道兩端的車站接口段處各設三個降水井，明挖基坑時啟用1-2處，施工暗挖段前，根據水位監測及即有隧道監測結果合理調整措施。

（3）沉降控制：土體的沉降及變形直接影響著鄰近建、構筑物的變形量及安全性，隨著周邊環境的復雜化，對沉降的控制值就會更加嚴格，對平交道口的地面監測控制值：豎向位移：<20mm，變化速率：<2mm/d。

為減少地層沉降，正洞隧道選用了對沉降控制較好的CRD工法，并以較長的超前支護限制掌子面前方先行沉降；開挖時留核心土并快挖、快支、快閉合，限制地層的變形時間，減少對地層的擾動程度。聯絡通道在比較了臺階法及CD法后選用了CD工法。

（4）中夾土柱保護：隧道間距小，施工過程中兩隧洞間的中夾土經受多次擾動，密實性將會變差，導致兩隧洞相鄰側的墻體上受到的土壓力偏大，土體的穩定性也會大幅下降，處理不當易發擾動塌方；后行隧道施工時會引起先行隧道偏壓，對其受力不利，也會引起先行隧道發生更大的變形。

參考類似案例后，經研究考慮，采用了以下方式：1）在拱腰處使用水平傾斜45°的超前導管加強[3]；2）拱頂大管棚外側加設雙排超前小導管至拱頂150°范圍；3）先行隧洞完成二襯后再施作后行洞；4）適當加大初支及二襯的剛度抵抗地層變形，正洞選用了300厚C25噴砼初支，500mm厚C35模筑砼二襯。中夾土加固示意詳見圖5。

（5）馬頭門設計：明暗挖結合處及開設聯絡通道位置，開挖時周圍土體被多次擾動，易出現塌冒事故引起較大的結構變形和地面沉降，同時馬頭門處的防水施工困難，破樁時易遭破壞且補救困難，是設計及施工的重點部位。

大管棚須在接口端墻處打設，受限于車站內部布置，僅在東端頭廳預留了330mm作為打設管棚的工作空間；在端墻接口開孔部位加設拱部環梁及底板橫梁，以保證端墻受力需求；接口采用了上半斷面后澆，下半斷面預留接駁器的方式進行銜接，以免底板下沉過多，同時在防水圖冊中完善了該節點的設計。

正洞馬頭門的施工主要包括三個步驟：超前支護打設，圍護樁鑿除及馬頭門進洞階段初支架立；拆樁時時應采用擾動較小的方式，并間隔拆除，拆除時必須考慮掌子面土體的穩定性，應按洞室施工需要分次拆除，進洞處的鋼架密排布置，上臺階破樁進洞1D后封閉掌子面，然后進行下臺階鑿樁及進洞施作。

聯通道處的馬頭門施工步驟主要為：在正洞開口處兩側加設臨時型鋼支架，打設超前小導管后密排初支進洞按CD法施工。馬頭門處預留及加強做法見圖6、圖7。

此外，正洞的初支鋼架在馬頭門兩側加密設置，馬頭門及鄰近的2m結構段的二襯主筋間距由150mm加密至100mm；在施工中應特別注意對防水接槎的保護。

（6）土層中遺留有大量樁體，影響超前支護打設及正常的施工流程，使得施工復雜化。

密排樁處破拆方式參照馬頭門處施作；獨樁處控制擾動拆除即可，如開挖面要暫停，工作面須采用網噴支護臨時封閉；各破樁處初支鋼架均密排加強；如少數大管棚遇到臨時立柱樁難以繼續施作，后續開挖時應以雙排超前小導管補強。

（7）明挖主體施工期間，區間工籌調整為本站兩端盾構始發，暗挖施作及區間盾構施作均在車站明挖主體施工基本完成后進行，須進行妥善安排。

結合現場狀況，前、后站的施工進度不同，經與施工單位對接商討，在兩個端頭廳均開設8m×5m的出土孔，盾構始發可與暗挖錯開端頭廳施作，必須同廳施工時，可以錯開左右線施作，以避免相互干擾。

4 設計方案介紹

4.1 隧道結構設計

經研究調整，斷面尺寸及車站方案得以穩定，擬建隧道頂部埋深約15.8m，與即有隧道間的夾層土厚度約3m，斷面寬9.80m，高9.25m，開挖面積約75m2；橫向聯絡通道寬5.88m，高5.75m，開挖面積約28m2。最終擬定的斷面詳見圖8。

4.2 施工工藝比選

根據斷面尺寸，正洞擬采用三層六洞的CRD工法，該劃分方式，常見以下兩種施作順序（圖9），經分析，方式1為先后開挖左、右半幅洞室，主要目的是變大跨為小跨，原理上偏向于CD工法；方式2重在步步封閉，上方洞室封閉后，能有效的支撐拱頂，減少開挖下部洞室時的豎向群洞效應，對沉降的控制更佳。使用MIDAS GTS做簡化模型計算比較時（圖10），計算結果也印證了該分析；因此，設計方案中選用了方式2。

4.3 地層結構模型計算

為進一步了解即有隧道的變形規律，進行了二維的地層-結構模型分析，土層參數及厚度按勘察資料取值，即有隧道等效為I型截面梁。計算模型及結果詳見圖11、圖12。

根據計算結果，由于即有隧道的剛度較大，各位置處的位移都不大，其位移差也很小，如能夠按照設計方案正常施作，應當可以滿足其位移控制需求。

5 工程實施及效果

5.1 主要施工步驟

主要施工步驟為：超前支護打設、洞室分步開挖、先后施工左右線正洞、施工聯絡通道，見圖13。

5.2 實施效果

車站暗挖段施工自2017.04.02開始，2017.11.26結束，歷時約8個月，施工單位基本能夠按照設計方案實施，根據施工單位提供的監測紀錄，施工過程中，支護變形、即有隧道沉降、地面沉降等各值均較小，掌子面通過后的沉降后續發展也不大。

經整理監測結果，暗挖施做期間，即有隧道最大沉降量為6.25mm（東北側邊墻沉降縫處）、5.92mm（西南側邊墻處）、5.94mm（兩洞間中墻處），自聯通道開挖至施工結束共增加0.37mm，至2018年1月底僅再增加0.04mm，已趨于收斂，沉降縫兩側結構沉降差約1.5mm；各管線最大沉降值為4.85mm～5.86mm不等；較好的完成了暗挖段施工。

6 結論與體會

根據以上論述及施工反饋，可以得出以下幾點結論和認識：

（1）“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤量測”是進行淺埋暗挖設計及施工的有力指導方針；合理選擇支護形式及工法；嚴控對施工質量影響較大的關鍵點如快挖、快支、快封閉、注意拱腳保護、及時回填注漿等，同時應密切關注各監測數值，才能保證工程安全、順利實施。

（2）城市淺埋暗挖隧道往往伴隨鄰近施工，應充分考慮各風險因素的合理處治措施以確保安全。本次設計針對小間距隧道及小凈距下穿的特點，從多方面分析入手，采用了在較強的超前支護、加強初支及二襯強度、加固中夾土的措施，以CRD工法施作，經施工檢驗，各項措施有效的保障了施工的安全、順利進行。

（3）由于即有結構物控制要求高，且缺少地區經驗，設計中的超前支護、初支、二襯均選取了較強的措施，并順利實施，但仍有一定的優化余地，與新建隧道剛度大，整體性及市政干道限制重車通行都有一定的關系，設計中應結合具體的邊界條件進行綜合考慮及優化。

（4）本次設計的馬頭門接口同時存在環向、水平向及豎向施工縫，設計及施工復雜，也不利于防水的施作，西端頭廳的接口不考慮管棚打設空間，可優化為僅在端墻處的豎向接口。

（5）經查詢更多類似案例，中夾土柱的加固應當可優化為僅在先行洞中加固一次即可。

（6）經施工單位反饋，聯通道的工法偏保守，應當可以采用正臺階法更快更便捷的完成。

參考文獻

[1]王夢恕.地下工程淺埋暗挖技術通論[M].合肥：安徽教育出版社，2004.

[2]孔恒，宋克志.城市地下工程鄰近施工關鍵技術與應用[M].北京：人民交通出版社，2013.

[3]王夢恕，等.中國隧道及地下工程修建技術[M].北京：人民交通出版社，2010.