復(fù)雜環(huán)境下新建地鐵上跨既有線路區(qū)間隧道施工方案優(yōu)化研究

摘要：成都地鐵17號(hào)線陽(yáng)龍區(qū)間上跨既有7號(hào)線隧道原設(shè)計(jì)采用頂推施工方案，但由于施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境十分復(fù)雜，不利于頂推施工，故提出三種優(yōu)化施工方案。對(duì)優(yōu)化方案進(jìn)行對(duì)比分析，分析結(jié)果表明：CRD礦山法直接通過(guò)方案投資最小，工期最短，施工技術(shù)成熟，但對(duì)既有7號(hào)線運(yùn)營(yíng)有很大的安全風(fēng)險(xiǎn)和隱患。頂壓施工方案投資和工期適中。為了避免頂管底部與夾土體局部脫離，最終決定采用方案二作為最終的上跨段施工方案。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜環(huán)境；上跨既有線；頂推；CRD；頂壓；施工方案

0" "引言

城市地鐵建設(shè)經(jīng)常會(huì)受制于周邊建筑物、既有管線、電纜等復(fù)雜的施工環(huán)境，存在較多的不可控因素，往往需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境制定對(duì)應(yīng)的施工方案[1]。隨著地鐵建設(shè)的推進(jìn)，上跨或者下跨既有地鐵線路的施工情況越來(lái)越多，如果兩個(gè)線路十分靠近，往往無(wú)法采用盾構(gòu)法進(jìn)行直接施工。箱涵頂推或者礦山法暗挖施工，是以上復(fù)雜施工地段的首選施工方案，但是如何選取最合適的施工方案，還需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行具體分析[2-4]。

本文以成都地鐵17號(hào)線陽(yáng)龍區(qū)間上跨既有7號(hào)線隧道施工為背景，對(duì)原有頂推施工方案存在的問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)分析，并針對(duì)存在的問(wèn)題提出了三種優(yōu)化施工方案。對(duì)三種優(yōu)化施工方案進(jìn)行了對(duì)比分析，最終選出最合理的施工方案，以期能為類(lèi)似工程施工提供借鑒。

1" "工程概況

成都市軌道交通17號(hào)線二期工程陽(yáng)公橋站至龍爪堰站，區(qū)間左線長(zhǎng)987.771m，右線長(zhǎng)989.405m。原設(shè)計(jì)區(qū)間采用盾構(gòu)法+明挖盾構(gòu)井+礦山法+頂推法施工，其中盾構(gòu)區(qū)間長(zhǎng)878.905m，礦山法施工區(qū)間長(zhǎng)度70m，頂推區(qū)間長(zhǎng)31.2m，明挖區(qū)間9.5m。

原設(shè)計(jì)頂推段垂直上跨既有地鐵7號(hào)線，7號(hào)線隧道頂部結(jié)構(gòu)至頂推段底部結(jié)構(gòu)夾土厚度，最小僅為1.3m，17號(hào)線覆土厚度約為5.2～6.5m。頂推段地層由上至下依次為雜填土、粉質(zhì)黏土、卵石土（中密）、卵石土（密實(shí)）[5]。17號(hào)線頂推段與7號(hào)線位置關(guān)系見(jiàn)圖1。

2" "原施工方案存在問(wèn)題

上跨既有7號(hào)線段原設(shè)計(jì)采用頂推法進(jìn)行施工，但現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境十分復(fù)雜，不利于頂推法施工，主要存在如下問(wèn)題：

上跨作業(yè)段位于城市干道路口（晉陽(yáng)路與中環(huán)路青羊大道段路口），交通壓力大，且周邊小區(qū)較為集中，環(huán)境復(fù)雜，頂推區(qū)間上需設(shè)置軍便橋，分兩次占道打圍，一定程度影響中環(huán)路及龍騰西路交通能力。

頂推占用龍爪揠站1軸至5軸（負(fù)三層基坑），需在頂推施工完成后再進(jìn)行施工。但因龍爪堰基坑靠近麗景華庭小區(qū)，受城區(qū)噪聲管控影響，無(wú)法進(jìn)行夜間施工，施工進(jìn)度緩慢，導(dǎo)致實(shí)際車(chē)站完成時(shí)間將比原計(jì)劃工期晚1年左右。

車(chē)站1軸至5軸為17號(hào)線與地鐵7號(hào)線站廳通道換乘接駁位置，車(chē)站封頂滯后，將制約換乘通道及B出入口改造施工。換乘通道施工需拆除現(xiàn)狀地鐵7號(hào)線B出入口結(jié)構(gòu)及車(chē)站公共區(qū)站廳側(cè)墻，寬度約40m，既有線改造任務(wù)較重，對(duì)既有7號(hào)線正常運(yùn)行也會(huì)產(chǎn)生一定影響。此外，7號(hào)線施工時(shí)預(yù)留有兩排108管棚在地層中，推測(cè)可能與17號(hào)線區(qū)間結(jié)構(gòu)沖突。

3" "施工方案優(yōu)化

為緩解交通疏散壓力和減少對(duì)周?chē)用竦纳钣绊懀岢鯟RD礦山法三種方案對(duì)原有頂推法進(jìn)行施工優(yōu)化。

3.1" " 優(yōu)化方案一

優(yōu)化方案一為礦山法+頂管法壓頂方案。CRD礦山法導(dǎo)洞開(kāi)挖時(shí)會(huì)有一個(gè)卸載過(guò)程，可能引起下部運(yùn)營(yíng)隧道變形，因此我們考慮在夾土之間提前施作類(lèi)似板凳樁的壓頂措施，具體施工過(guò)程見(jiàn)圖2。

提前施工兩根直徑1.6m的人工頂管，頂管過(guò)程中及時(shí)對(duì)周邊擾動(dòng)土體進(jìn)行跟蹤注漿加固，在頂管內(nèi)部設(shè)置型鋼，并填充密實(shí)。依次開(kāi)挖礦山法隧道上部?jī)蓚€(gè)1、2號(hào)導(dǎo)洞。在上導(dǎo)洞中向下開(kāi)挖7號(hào)線兩側(cè)的抗拔樁，并將樁頭鋼筋與頂管型鋼連接錨固，澆筑混凝土形成壓頂梁。依次開(kāi)挖礦山法隧道3、4號(hào)下導(dǎo)洞，初支成環(huán)封閉。洞內(nèi)澆筑臨時(shí)二襯，臨時(shí)二襯與頂管確保可靠連接，二襯成環(huán)后，拆除臨時(shí)二襯以外范圍的頂管以及中隔壁和橫撐。最后施工永久二襯。

該方案優(yōu)點(diǎn)如下：在礦山法隧道開(kāi)挖范圍內(nèi)施工人工頂管，可避讓7號(hào)線預(yù)留管棚，對(duì)既有盾構(gòu)隧道影響小，擾動(dòng)較小，且各階段受力無(wú)縫銜接，施工風(fēng)險(xiǎn)較小。但其也存在如下缺點(diǎn)：多次受力轉(zhuǎn)換，施工步序較繁瑣；在頂管底部掏洞彎入型鋼的過(guò)程，由于空間所限，頂管底部與夾土體局部容易脫離。

3.2" " 優(yōu)化方案二

為了彌補(bǔ)方案一中頂管底部與夾土體局部脫離的缺點(diǎn)，提出優(yōu)化方案二。該方案仍然為礦山法+頂管法壓頂方案。先在17號(hào)線礦山法隧道開(kāi)挖輪廓范圍內(nèi)，提前施工兩根直徑1.8m鋼筋混凝土人工頂管（避開(kāi)7號(hào)線預(yù)留管棚）。人工頂管范圍覆蓋7號(hào)線與17號(hào)線區(qū)間平面交叉區(qū)域，人工頂管內(nèi)部設(shè)置型鋼，破除部分回填素混凝土。

依次開(kāi)挖礦山法隧道上部?jī)蓚€(gè)1、2號(hào)導(dǎo)洞，在上導(dǎo)洞中向下開(kāi)挖7號(hào)線兩側(cè)的抗拔樁，并將樁頭鋼筋與頂管型鋼連接錨固，澆筑混凝土形成壓頂梁。依次開(kāi)挖礦山法隧道3、4號(hào)下導(dǎo)洞，開(kāi)挖時(shí)破除頂管初支內(nèi)的部分，初支成環(huán)封閉。在上跨7號(hào)線段落洞內(nèi)澆筑臨時(shí)二襯，完成受力轉(zhuǎn)換，拆除橫撐和中隔壁。最后施工永久二襯。優(yōu)化方案二施工過(guò)程見(jiàn)圖3。

該方案的優(yōu)點(diǎn)如下：人工頂管可避讓7號(hào)線預(yù)留管棚，對(duì)既有盾構(gòu)隧道影響小，擾動(dòng)較小，并且各階段受力無(wú)縫銜接 。該方案缺點(diǎn)如下：為保留初支外足夠多的壓頂梁體積，頂管直徑較大。頂管施工盡量遠(yuǎn)離既有線，導(dǎo)致頂管水平間距較大，難以覆蓋開(kāi)挖范圍所有管片接縫，有一定的潛在變形風(fēng)險(xiǎn)。

3.3" " 優(yōu)化方案三

優(yōu)化方案三為CRD礦山法直接通過(guò)，具體施工過(guò)程如下：開(kāi)挖左側(cè)上部1號(hào)導(dǎo)洞，每0.5m架設(shè)初支鋼架并噴錨封閉。開(kāi)挖左側(cè)下部2號(hào)導(dǎo)洞，左半邊初支封閉成環(huán)。開(kāi)挖右側(cè)上部1號(hào)導(dǎo)洞。開(kāi)挖右側(cè)下部4號(hào)導(dǎo)洞，整個(gè)礦山法斷面初支完全封閉成環(huán)。澆筑臨時(shí)二襯，拆除中隔壁和橫撐鋼架，完成受力轉(zhuǎn)換。施工永久二襯。具體施工過(guò)程如圖4所示。

該方案的優(yōu)點(diǎn)如下：采用傳統(tǒng)CRD法開(kāi)挖，施工步序較簡(jiǎn)單，工期較短。該方案的缺點(diǎn)如下：開(kāi)挖范圍與7號(hào)線運(yùn)營(yíng)隧道之間無(wú)任何隔離加固措施，下部2號(hào)和4號(hào)導(dǎo)洞近距離開(kāi)挖時(shí)，存在對(duì)既有線造成擾動(dòng)、卸載后既有線管片發(fā)生變形的風(fēng)險(xiǎn)，施工過(guò)程中7號(hào)線存在很大的安全隱患。

4" "優(yōu)化方案對(duì)比與選擇

4.1" " 運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)

綜合對(duì)比三種方案對(duì)既有7號(hào)線的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，原頂推施工方案風(fēng)險(xiǎn)最??；優(yōu)化方案一頂管底部施工型鋼時(shí)，存在受力轉(zhuǎn)換短時(shí)脫節(jié)的風(fēng)險(xiǎn)；優(yōu)化方案二頂管間距大，施工初支過(guò)程中有一定的潛在風(fēng)險(xiǎn)；優(yōu)化方案三對(duì)既有7號(hào)線有很大的安全風(fēng)險(xiǎn)及隱患。

4.2" " 工期

綜合對(duì)比三種方案的工期，頂推工期約340d，制約龍爪堰站主體施工約365d，同時(shí)制約換乘通道及B出入口改造施工；優(yōu)化方案一、二正線暗挖工期約220d，頂管施工工期約40d；優(yōu)化方案三工期最短，正線暗挖工期約220d。

4.3" " 環(huán)境影響

原頂推施工方案由于架設(shè)鋼便橋，施工分兩次占道打圍，對(duì)中環(huán)路及龍騰西路口交通運(yùn)行有一定影響。優(yōu)化方案一、二、三在地面注漿加固時(shí)需要局部占用地面道路，可夜間車(chē)流量較小時(shí)施工，對(duì)中環(huán)路及龍騰西路口交通運(yùn)行影響較小。

4.4" " 投資比較

由于區(qū)間工法調(diào)整，原預(yù)留頂推工作基坑取消，龍爪堰站小里程端頭主體結(jié)構(gòu)輪廓局部調(diào)整（站內(nèi)房間相應(yīng)調(diào)整）。主體結(jié)構(gòu)圍護(hù)樁平面布置需相應(yīng)調(diào)整。需取消頂推反力樁，支撐布置與支撐形式需作相應(yīng)調(diào)整。同時(shí)由于區(qū)間工法調(diào)整，車(chē)站需增設(shè)1處臨時(shí)出土孔及孔邊擋土墻。

通過(guò)對(duì)各個(gè)方案工程造價(jià)計(jì)算，得到原頂推施工方案投資約3086萬(wàn)元，優(yōu)化方案一、二總投資約為2182萬(wàn)元，優(yōu)化方案三總投資約為1620萬(wàn)元。從投資經(jīng)濟(jì)性上講，采用CRD礦山法直接通過(guò)最為經(jīng)濟(jì)，其次為壓頂施工方案，原頂推施工方案投資最大。

4.5" " 綜合比對(duì)

方案三雖然投資最小，施工最簡(jiǎn)單，但是對(duì)既有7號(hào)線將產(chǎn)生較大的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。方案一和方案二施工方法相似，工期和投資相近，但方案一頂管底部與夾土體局部存在脫離現(xiàn)象，安全風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)更大，因而最終決定選用優(yōu)化方案二作為最終的施工方案。

5" "結(jié)語(yǔ)

原設(shè)計(jì)頂推施工方案對(duì)現(xiàn)場(chǎng)交通和周邊居民將產(chǎn)生較大影響，且施工工期將大大滯后于原計(jì)劃工期，故提出頂壓施工和CRD礦山法直接通過(guò)施工方案替代原有頂推施工方案。從對(duì)既有7號(hào)線運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)、工期對(duì)比、對(duì)周邊環(huán)境影響、工程總投資等多個(gè)方面，對(duì)三種替代方案進(jìn)行了對(duì)比分析，認(rèn)為方案二綜合效果最好，故決定采用方案二進(jìn)行上跨段的施工。

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