暗挖區間隧道下穿既有地鐵施工技術

寇浩然

（中鐵十六局集團地鐵工程有限公司 100018）

1 暗挖區間隧道下穿既有地鐵施工技術概述

1.1 施工技術介紹

軌道交通是現代化城市的一種快速便捷的交通形式，具有舒適的乘坐體驗，避免了路面交通的擁堵情況，能改善城市的交通壓力，為現代化城市居民的提供高質量的公共交通基礎服務。在軌道交通建設過程中，由于城市交通路線多交通網復雜，常出現交通線網線路規劃的改動的情況，使得出現在建地鐵線路對原有的線路產生影響，不得不采取科學有效的施工技術方案解決既有地鐵下的暗挖區間隧道下穿的工程問題。本文以某市新建的7 號線地鐵暗挖區間隧道下穿既有1號線地鐵車站工程項目展開分析。

既有的1 號線地鐵車站是南北方向分布的雙層的地下地鐵車站，采用了雙柱三跨箱型的體系結構。在建的7 號線則是呈東西分布與1 號線垂直的三層地下雙柱三跨箱型的體系構造。與1 號線在該車站實現換乘。由于1 號線建設完成后7號線的規劃尚未確定，所以造成未對7 號線留有隧道下穿的施工區間。具體施工需要將原有的1 號線的車站兩排車站立柱進行破除，且面臨著7 號線施工時1 號線處于正常運營時期的問題。因此有較大的施工難度，需要嚴格設計施工的具體方案。

1.2 施工技術方案及施工步序

針對7 號線暗挖區間隧道下穿施工難點，對所選用的施工技術的選用應當從技術的成熟度、工程造價、施工的安全性和對既有地鐵的影響等角度來全方位的考察。因此選用礦山法的施工方法，隧道的端面呈馬蹄形狀，復合襯砌，CRD 工法。新建的軌道交通隧道支承構架與既有地鐵車站的底部有兩米的間距，同時為防止出現塌陷的情況發生，選用了直徑為108mm 的長管棚和直徑為42mm 的小導管對隧道超前支承與防護，分期施工兩側的扯到，左右兩側線路間距16m。制定具體的施工步序如下：

第一步：對搭建的長管棚進行鉆工施工，并向管棚與鉆孔之前的間隙注入水泥漿，使水泥充滿整個空隙，保證管棚結實牢靠。

第二步：采用CRD 法對隧道進行區塊劃分，總共分成4 個區塊來開展下穿工程的施工，施工的具體原則是先左側后右側，先上后下對導坑進行施工，每個導坑之間間隔5m，直到隧道施工的終點位置。

第三步：對施工防水層的建設和再次的襯砌工作，應當在仰拱及臨時中隔壁未被拆除的情況下展開。

第四步：等到再次的襯砌工作完成并符合設計的要求后，展開對臨時仰拱及臨時中隔壁進行拆除工作。

1.3 施工監測數據及分析

在隧道下穿施工中需要對既有地鐵車站監測，監測的具體內容有，車站整體結構的升降位移，車站的水平位移變化量，軌道的升降和橫向高度差及水平間距的變化情況。既有地鐵已處于運營階段，不能依靠人工的方式實時對軌道進行數據監測，所以監測實施中采用了自動化靜力水準監測系統。實現對既有地鐵的車站機構和軌道的位置變化情況的監測。

統計不同施工時期的既有車站結構的沉降監測數據，不同的監測位置的數據表明，在暗挖區間隧道下穿施工中既有地鐵車站結構和軌道的沉降范圍在4mm 以下，保證了地鐵結構和地鐵運營的位置變動范圍是處于安全的，對既有地鐵的運營不產生影響，另外數據顯示，在施工初期既有地鐵車站的已有1.5 到1.8mm 的升降量，分析可知主要是在鉆孔施工中導致地層的流失造成的。

2 區間設計方案的比較及選擇

根據該城市1 號與7 號軌道交通線的交匯位置關系和當地的地下土質和水文施工環境，擬制定了三種不同的隧道下穿施工的方案。方案1 采用礦山法（馬蹄形斷面），方案2 采用礦山法（平頂直墻斷面），方案3 采用盾構法。對三種方案的優缺點進行比較分析，方案1 的優點在于，技術成熟度高，施工成本低，對底板防水層的干涉小，缺點則是與既有隧道頂部兩米的夾層無法保證其平穩性，但可以使用長管棚來支承和保護。相較于方案2 沒有夾層土依靠千斤頂來支護，施工成本低，且方案2 對底板防水層的干涉較大。而方案3，盾構截樁技術的運用不太成熟，對于1 號線處于運營的施工條件下，存在極大的風險，可能帶來嚴重的施工故障事故。經過對比，本文選用方案1 來進行暗挖區間隧道下穿的施工。

3 暗挖區間隧道下穿既有地鐵施工難點及應對措施

3.1 工程難點

7 號軌道交通的暗挖區間隧道下穿施工工程屬于一級風險。主要存在的施工難點包括以下四點：第一，由于新建的7 號線與既有地鐵1 號線為無間隙的穿越，為了使施工不對1 號線的運營造成影響，因此對施工的技術要求高。第二，對既有車站的變形量的控制要求高。按照軌道運營的技術要求指標，施工對既有地鐵車站的變形量不得超過10mm，對運營軌道變形量需控制在3mm 范圍以內，差異變形沒10m 不超過4mm。第三，存在較大的風險。由于量軌道輪廓之間的間距約是9m，之間有3m 左右的巖土層，且處于量軌道注漿加固的區間之外，因此可能帶來施工隱患。第四，對注漿的質量要求高。為防止對既有地鐵運營造成影響，一方面要減少注漿造成的壓力，另一方面要確保注漿的加工效果和質量。

3.2 應對措施

針對施工難點將分別采用以下應對措施。首先對變形的控制。對既有地鐵采用全天性的遠程自動化監測系統，采集相關性的數據，并對數據分析從而保證施工的安全性。采用超前注漿技術來加固隧道挖掘前的土體，防止出現土方塌陷對既有地鐵運營造成影響同時能更有效的控制施工的精度。隧道挖掘過程采用分區分時的高效施工方法，施工中保持足夠的施工間距，挖掘后及時加固成封閉環。確保拱架的尺寸精度，對于間隙要用鋼楔子來固定，對于可能出現錯位的地方都要確保牢固可靠。注漿作業時要做好初期的支護工作，并要實時監控注漿質量，對于缺陷部位及時補償處理。拆除二次襯砌、臨時支撐時因做好數據分析，確保安全的情況下合理的控制好可拆出的區間段。采取封頂工藝對二次襯砌施工，保證頂板的質量。

為確保施工的安全性。在具體施工過程中先進行右線隧道的下段進行施工，待其支撐保護工作完成之后，在利用右線對左右線之間的巖土層進行超前注漿加工。對于施工中的注漿的難點，因在注漿前進行相關性的實驗，來制定最佳的施工參數。同時應當依照定量、定壓的相關標準嚴格控制注漿的壓強，防止對既有地鐵線路的造成沉降。

4 暗挖區間隧道下穿既有地鐵施工安全分析

為了對施工安全進行分析，本文采用了Midas-GTS 有限元的分析方法。首先建立了7 號線與既有地鐵1 號線的三維模型，然后將模型導入到Midas-GTS 有限元分析軟件中，分析施工對既有地鐵1 號線車站的升降、水平的移動分析計算，其中三維模型中X 軸方向為7 號線的隧道方向，Y 軸則是1 號線的車站方向。整個模型中X 軸、Y 軸、Z 軸方向的長度分別為44m、60m 和40m。分析計算中對模型的X 方向、Y 方向及底部施加法向的約束，而上表面無約束。整個模型的施工環境材料選用摩爾-庫侖理想彈塑性模型對巖土層進行仿真，既有地鐵車站及7 號線在建隧道設置成彈性材料。擬仿真的施工步驟為三步，分別為施工左線隧道選用CRD 施工方法，將馬蹄形斷面分成四個區塊進行初期的支護。采用相同的方法施工右線隧道初期支護，對二次襯砌結構的施工。

通過上述模型對7 號隧道下穿施工對既有地鐵1 號線車站施工進行數值仿真計算分析，可得到左右施工線施工完成后對的既有車站的沉降影響分別為2.8mm和3.3mm，對車站的水平位移影響為0.8mm，0.9mm。都處于安全的范圍之內。

5 結語

本文以某市的新建的7 號軌道交通線對既有地鐵施工技術展開了分析研究，對施工中的施工技術進行簡要的介紹，并分析了施工中難點問題，提出了相應的應對措施，并對具體的施工方案進行對比選擇，通過方案的比較確定最佳的施工方案，最后也通過施工實時數據監測以及施工安全性分析，分析了7 號線施工對既有1 號地鐵線車站的沉降和水平位移的影響，經過分析可知，采用本文選用的具體施工方案與施工中的應對策略能有效的保證施工的質量和安全性，本文的研究具有一定的借鑒價值。