砂礫卵石地層地鐵隧道密貼下穿既有換乘站施工技術

摘要：北京地鐵3號線團結湖站至朝陽公園站區間，密貼下穿既有10號線團結湖換乘站，地鐵區間位于砂礫卵石地層中，受地下水影響大，圍巖自穩能力差，施工安全風險較大，為保證施工安全，提出采用臺階法對非下穿段標準斷面進行開挖施工。采用CRD法對下穿段進行開挖施工，并對全斷面注漿加固止水、馬頭門加固與破除、變斷面施工和既有車站圍護結構破除與支撐，做了詳細的總結分析。工后沉降變形監測結果表明：本工程采取的施工工藝安全可靠、合理可行，可為類似地鐵密貼下穿既有換乘站提供相應的工程經驗。

關鍵詞：地鐵隧道；密貼下穿；既有換乘站；臺階法；CRD法；沉降變形

1" "工程概況

北京地鐵3號線團結湖站至朝陽公園站區間線路基本呈東西走向，區間里程K33+109.176～K34+637.497，右線總長1528.321m，左線總長1529.016m（含長鏈0.695m），區間拱頂埋深25.39m。區間隧道拱部地層主要以細中砂⑧地層為主，中部及下部主要以圓礫卵石⑨地層為主。共觀測到三層地下水：潛水厚度1.6～5.8m，層間水厚度3.1～11m，層間水-承壓水厚度3.1～16.9m，隧道主要穿越層間水-承壓水。區間初支施工主要穿越地層為圓礫卵石層，細中砂部分拱頂位于細中砂和圓礫卵石層中，工程地質和水文地質條件較差，地層自穩能力較差。

該區間下穿既有10號線團結湖換乘站，下穿長度為105.134m。其中標準段長度單線50.091m，下穿既有線段長度27.588m，下穿3號線換乘廳段25.80m。下穿段由兩個橫通道施工，分別由團結湖站2號橫通道向東、團朝區間3號橫通道向西對向施工，下穿段主要采用CRD法暗挖施工，區間下穿段平面如圖1所示。

2" "區間主要設計參數

該區間施工段初支結構分為標準馬蹄形斷面、拱頂直墻斷面、平頂直墻斷面形式，標準馬蹄形斷面尺寸分別為6.48m（寬）×6.62m（高），拱頂直墻斷面尺寸為6.6～6.75m（寬）×7.56m（高），平頂直墻斷面尺寸為6.6～6.75（寬）×7.9～7.96m（高）。標準馬蹄形斷面區間采用分臺階開挖，拱頂直墻和平頂直墻斷采用CRD法開挖，主要支護參數設計情況見表1。

3" "施工工藝及關鍵技術

3.1" " 總體施工工藝

團朝區間下穿換乘廳段采用CRD工法施工，待換乘廳3、4號導洞內的邊樁及中柱機械成樁完成后，先進行右線施工。待右線CRD斷面北側導洞開挖完成，且換乘廳1、2號導洞內的邊樁及中柱機械成樁完成后，即可進行左線CRD斷面北側導洞施工[1]。

總體施工部署分為四個步驟：第一步，由團結湖站2號橫通道向東施工至既有線內環東側圍護樁處，3號橫通道向西破除右線馬頭門施工至外環西側圍護樁處，臨時封面并施做二襯結構。第二步，待右線進尺10m后，破除左線隧道馬頭門，分別由團結湖站2號橫通道向東、團朝區間3號橫通道向西施工，需待右線施工完成后進行左線施工，施工完成后施工二襯結構。第三步，待換乘廳南側邊樁及中柱機械成樁完成后，由團朝區間3號橫通道向西，破除右線范圍內既有線圍護樁施工區間結構待貫通后施工二襯結構。第四步，待換乘廳北側邊樁及中柱機械成樁完成后，由團朝區間3號橫通道向西破除左線范圍內既有線圍護樁施工，貫通后施工二襯結構。總體施工部署見圖2。

CRD下穿既有線段施工工藝流程如下[2-3]：第一步，全斷面注漿阻水，水鉆切割既有線邊樁，開挖①部土體，鋼架及時封閉成環。 ①部洞室上臺階施工完成后，及時調節千斤頂行程，使其與既有線底板墊層密貼，保證千斤頂與上部型鋼鋼架的穩定性；①部洞室下臺階開挖成環后，按5t分級加載的方式對千斤頂施加初頂力30t。第二步，水鉆切割既有線邊樁，開挖②部土體，鋼架及時封閉成環。②部洞室上臺階開挖時，提前1m將相應位置的千斤頂頂力卸載，保證上部頂力不影響②洞室開挖；待②部洞室成環后，再按5t分級加載的方式對千斤頂施加頂力30t，并根據監測情況進行千斤頂頂力調整（最大頂力80t），保證對既有線結構的頂升效果。第三步，水鉆切割既有線邊樁，開挖③、④部土體，按照①、②步驟施工。第四步，二襯仰拱施工時分段拆除中隔壁混凝土及臨時仰拱，一次拆除長度6.5～7.5m。CRD下穿既有線段施工工藝流程如圖3所示。

3.2" " 關鍵施工技術

3.2.1" "全斷面深孔止水注漿

穿越段區間超前支護及止水，采取全斷面并外擴3m的深孔止水注漿措施[4]，在原有換乘廳導洞向下注漿的基礎上，采取水平注漿方式進行補充注漿。注漿仍分段進行，單線共分為15個注漿段，單次注漿長度10m，每一注漿循環開挖長度7m，單次搭接長度3m。全斷面深孔止水注漿見圖4。

3.2.2" "馬頭門加固

團朝區間正線位于10號線東側部分由3號橫通道進洞施工，在破除馬頭門前，進行深孔注漿加固地層及橫通道內的型鋼門框梁支撐加固。在區間正線馬頭門范圍橫通道開挖過程中，每榀格柵兩側分別預留4根加強縱梁的錨筋。待橫通道開挖完成，正線馬頭門超前支護措施施工完成后，在正線馬頭門上方施工加強縱梁，以起到對馬頭門的支撐作用。

加強縱梁與橫通道初支格柵預留格柵焊接，非配筋區用C20混凝土填充密實，配筋區采用支模+噴射混凝土填充密實。在加強縱梁鋼筋綁扎完成后，需在內側預留與工字鋼對撐相連10mm厚方形鋼板。鋼板4個角焊接錨入加強縱梁的C25鋼筋。在馬頭門兩側做格柵立柱支撐，以起到馬頭門支撐作用。在加強縱梁下方及橫通道底板上預留10mm厚方形鋼板，待鋼板預留完成后，施做格柵立柱支撐并噴混。加強縱梁施工完成后，開始施做工25b工字鋼支撐，使其與加強縱梁內側預留的鋼板焊接牢固。

團結湖站2號橫通道由2號豎井向北施工進入車站主體，并向東施工團朝區間正線。待2號橫通道開挖完成，并對區間隧道進行加固注漿后，在橫通道內施作馬頭門破除前加固措施。在橫通道施工過程中，區間馬頭門范圍拱部預留型鋼支撐鋼板，橫通道拱部內水平架設工25b工字鋼對撐，與預埋鋼板焊接牢固。在臨時仰拱下方施作工字鋼門架。

3.2.3" "馬頭門破除

待馬頭門加固措施完成后即可進行馬頭門破除施工。先破除上臺階范圍內橫通道側壁初支結構，割除橫通道格柵，并預留足夠長度的橫通道格柵主筋與連接筋焊接，使橫通道和正線隧道馬頭門首榀格柵連為一體。

在正線隧道馬頭門破除范圍內，預留滿足搭接長度要求的橫通道格柵主筋不割除（可割除U型筋和Z型筋）。在鋼筋加工廠將C22螺紋鋼加工成L型連接筋，將L型鋼筋兩端分別與預留的橫通道格柵主筋以及正線隧道格柵主筋、縱向連接筋進行搭焊，確保焊縫長度及質量滿足規范要求，以此將橫通道與隧道馬頭門連接成一體。待上臺階第一榀噴混完成后，依次架設第二、第三榀格柵，馬頭門處前三榀格柵密排布置。正線隧道上層導洞初支結構完成后，以同樣方式破除馬頭門的下層導洞。臺階法和CRD法馬頭門破除順序見圖5。

3.2.4" "變斷面施工

本工程設計斷面變化單線隧道內共計2處，分別為標準斷面過渡為CRD斷面施工和平頂直墻漸變拱頂直墻斷面施工。標準斷面過渡為CRD斷面施工見圖6a。平頂直墻漸變拱頂直墻斷面施工見圖6b。

標準段通過15榀格柵，由馬蹄形CRD斷面（斷面厚度350mm）漸變至既有結構圍護樁處。按照開挖順序，各洞室分段架設CRD斷面格柵，并采用橫向封端格柵進行封閉。封端墻處橫、豎向內外布置雙層鋼筋，間距200mm，錨管斜75°打設，間距400mm×400mm，梅花形布置。

平頂直墻段過渡拱頂直墻段施工斷面時，需要進行封端處理。按照開挖順序，各洞室分段架設拱頂直墻斷面格柵。封堵處縱橫向設置內外雙層鋼筋，間距200mm，錨管斜75°打設，間距400mm×400mm，梅花形布置。噴混封閉完成后及時對錨管進行注漿。

3.2.5" "特殊部位施工

單線穿越既有10號線團結湖站，需先后4次破除既有車站邊樁，本工程采用水鉆切割方式分臺階對既有圍護樁進行破除，破除順序見圖7。其中，①區域和④區域采用Φ100mm水鉆進行切割，②、③、⑤、⑥區域采用風鎬剔除。利用水鉆沿初支結構內輪廓線向內對樁體切割60cm后，采用電鎬剔除初支結構位置的樁體。對于架設樁體范圍內第1榀格柵，采用同樣方式切割剩余樁體，架設第2榀格柵，噴射混凝土封閉。

區間正線隧道密貼既有線結構底板，采用CRD工法平頂直墻施工。在普通格柵每三榀格柵中間增加型鋼格柵，在型鋼格柵角部增加千斤頂支頂結構底板墊層[5]。千斤頂每斷面布置3臺，分別設置于側墻、臨時中隔壁型鋼拱架頂部，左、右線每處共設置7組，下穿段共計布置千斤頂84臺，千斤頂最大頂力不超過80t，行程不小于100mm，如圖8所示。

具體施工過程分為四步：第一步，①部洞室上臺階初支封閉成環后，及時調節千斤頂行程，使其與既有線底板墊層密貼，保證千斤頂與上部型鋼鋼架穩定；①部洞室下臺階開挖成環后，按5t分級加載的方式對千斤頂施加初頂力30t。第二步，②部洞室上臺階開挖時，提前1m將相應位置的千斤頂頂力卸載，保證上部頂力不影響②洞室開挖；待②部洞室成環后，再按5t分級加載的方式對千斤頂施加頂力30t，并根據監測情況進行千斤頂頂力調整。第三步，③部洞室上臺階初支封閉成環后，及時調節千斤頂行程，使其與既有線底板墊層密貼，保證千斤頂與上部型鋼鋼架的穩定性；③部洞室下臺階開挖成環后，按5t分級加載的方式對千斤頂施加初頂力30t。第四步，④部洞室上臺階開挖時，提前1m將相應位置的千斤頂頂力卸載，保證上部頂力不影響④洞室開挖；待④部洞室成環后，再按5t分級加載的方式對千斤頂施加頂力30t，并根據監測情況進行千斤頂頂力調整。

4" "沉降變形監測

為了保證既有10號線的正常使用，我們對既有10號線左右兩線的軌道沉降和測量位移變形進行了監測。監測結果顯示：左線左軌的最大沉降值為4.72mm，左線右軌的最大沉降值為4.36mm，右線左軌的最大沉降值為4.89mm，右線右軌的最大沉降值為4.91mm，均小于結構豎向變形預警值6mm；左線軌道的最大縱向沉降差為1.4mm，右線軌道的最大縱向沉降差為1.44mm，均小于沉降差異控制要求的2.4mm限值；側墻結構的水平位移大部分集中在1.4～2.3mm，最大值為3.3mm，小于監測預警值6mm。通過現場監測結果表明：本次施工技術參數和過程合理、安全，通過全斷面注漿和馬頭門加固，有效降低了下穿隧道開挖對既有換乘站的影響。

5" "結語

北京地鐵3號線團結湖站至朝陽公園站區間，密貼下穿既有10號線換乘站。鑒于該區間段位于砂礫卵石地層中，受地下水影響大，圍巖自穩能力差，決定采用CRD法進行施工。在開挖過程中，需要進行全斷面注漿加固止水，同時應在做好馬頭門加固措施后再進行破除，以減小對既有車站的影響。區間變斷面施工和既有車站圍護結構的破除（包括千斤頂架設）是本工程的重點，在實際施工過程中應予以重視。工后沉降變形監測結果表明：軌道最大沉降、最大縱向沉降差以及結構水平位移均在安全預警值之內，施工措施合理、安全、可行，可為類似地鐵下穿過程施工提供借鑒。

參考文獻

[1] 有智慧，苗龍剛，農興中，等.新建換乘通道密貼下穿既有地鐵車站施工工序優化[J].城市軌道交通研究，2021，24（6）：99-103.

[2] 梁爾斌.隧道密貼下穿既有車站變形縫沉降控制研究[J].現代隧道技術，2022，59（2）：182-191.

[3] 王力功.新建地鐵密貼下穿既有車站暗挖段施工技術研究[J].鐵道建筑技術，2022（3）：129-134+170.

[4] 寇鼎濤，高太平，閆建龍，等.四線隧道密貼下穿既有地鐵車站注漿加固圓礫石地層效果研究[J].鐵道標準設計，2020，64（12）：94-100.

[5] 楊建禮，楊艷玲.既有地鐵車站換乘節點暗挖段托舉施工技術"[J].國防交通工程與技術，2021，19（3）：63-67+45.