新建下交地鐵線與既有線換乘車站施工難點及對策

郭 昊（上海隧道工程有限公司，上海 200032）

近年來，國內城市化進程的速度越來越快，地鐵網絡的規劃和建設已成為衡量和制約城市發展水平的重要標準。城市地鐵具有占地少、噪音小、干擾少、污染小等優點。由于城市發展過快、區域發展不均等原因，新建下穿線車站與既有運營線換乘車站施工逐漸成為城市地鐵建設中經常出現的工程問題，另外由于周邊環境、地質條件的復雜性及差異性，也使其成為施工難題。

針對新建下穿站與既有車站換乘穿越方式國內也有不少工程研究案例：何海健等[1]以北京地鐵 6 號線蘋果園站下穿 1 號線蘋果園站工程為例介紹了該工程下穿段采用雙層三跨框架結構，下穿單層四跨既有車站，采用洞柱逆作暗挖工法施工，既有結構沉降變形約 2.2 mm 小于運營公司要求 3 mm 變形限值。除此之外還有新建南京 5 號線上海路站下穿既有 2 號線上海路站時采用導洞法暗挖技術，北京地鐵4 號線宣武門站下穿既有 2 號線宣武門站時采用管棚＋千斤頂頂升的暗挖法技術，廣州地鐵 3 號線體育西路站下穿既有1 號線體育西路站時采用 CRD 法暗挖技術等等，這些暗挖技術均取得了較好的工程效果。不難發現，當前國內主要以暗挖工法為主。而機械法如盾構法、頂管法等新建站下穿既有站換乘施工案例較少。

本文以杭州地鐵 4 號線下穿運營 2 號線金家渡站為工程實例，針對周邊環境特殊、地質條件復雜，近距離下穿、施工空間狹小等工程難點，提出了新建地鐵站采用盾構法下穿既有站換乘時施工相應的解決對策，從而保證盾構法施工的順利、安全進行。

1 工程概況

1.1 工程簡介

本工程為杭州地鐵四號線金家渡站下穿既有二號線金家渡站，面對周邊環境復雜、地質條件差、施工難度大的前提下，工程采用了盾構法進行近距離下穿既有運營車站，并對施工過程中可能遇到的難點進行分析并提出針對性解決措施。

金家渡站車站總長 320.4 m，盾構井段寬度 27 m，開挖深度 27.5 m；車站主體寬度23 m ，開挖深度 26.6 m，下穿段長度 29 m。車站主體結構覆土約 3.3～4.3 m，為地下三層雙柱三跨箱形框架結構，其中地下一層為站廳層，地下二層為設備層、地下三層為站臺。4 號線地下三層部分下穿2 號線車站段采用盾構法施工，如圖 1 所示。

圖1 新建站與既有站縱斷面示意圖

既有 2 號線車站主體標準段基坑深度約 17.6 m，頂板覆土厚度約 3.4 m。車站主體結構為雙層三跨矩形框架結構，下穿段上方二號線結構高度 13.2 m。圍護采用 800 mm地下連續墻，地下連續墻深度 33～35 m。坑底加固為高壓旋噴加固，加固深度至坑底以下 3 m。

1.2 工程地質及地下水條件

下穿隧道位于正在運營中的 2 號線金家渡站負三層，車站底板埋深約 24 m。根據勘探資料表明，下穿隧道所處地層主要為 ⑦1 黏質粉土，隧道上部少量 ⑥2 淤泥質粉質黏土。建場地承壓水主要分布于 ⑤2 層砂質粉土及深部的⑿2 層中砂、⑿3 層礫砂、⑿4 層圓礫中，水量較豐富，隔水層為上部的淤泥質土和黏性土層。

1.3 工程難點

（1）4 號線下穿隧道位于地下三層，盾構下穿正在運營的地鐵 2 號線底板，工程施工期間不能影響 2 號線的正常運營，故施工風險大且對環境影響的控制要求極高。

（2）盾構預計需穿越 2 號線 6 根立柱樁，盾構（外徑6.45）單邊距離樁基最小的間隙 17.6 cm。盾構施工碰到樁基的可能性較大。

（3）新老基坑地墻間存在軟弱夾心層，盾構推進在該處時可能有盾構機抬頭或磕頭、軟弱土局部下沉、承壓水突涌風險。

2 盾構法下穿地鐵車站施工工藝

新建 4 號線金家渡站為地下三層結構，底板埋深 26.8 m，2 號線運營站為地下兩層結構，結構底板埋深 16.9 m，下穿段盾構區間與既有站結構凈距約 1.1 m。在金家渡站左右兩側設置西、東兩個小工作井，共同完成盾構的兩次始發和接收工作。

施工工藝主要分為以下三點。

（1）在洞門范圍進行水平 MJS 加固及水平凍結加固，其次將兩側工作井圍護與既有車站圍護之間的土體進行垂直MJS 加固改良。從而保證盾構始發、接收及掘進的施工安全，以及對上部既有車站產生較小的影響。

（2）采用盾構法施工時，需設置盾構始發、接收工作井，故新建車站的結構底板需局部落低，且由于場地限制，盾構機頭需在井下完成平移吊裝，故需對影響范圍內的結構底板縱梁調整為下翻，框架柱采用臨時托換和后做。

（3）由于現場施工空間限制及車架長度要求，盾構車架需借新建車站東側端頭井下井，利用電機車將其拉至下穿段東側小始發井處。完成右線下穿及接收工作后，在新建車站內部進行車架的改道，從而進行左線的始發、下穿及接收工作。

3 施工難點及對策

3.1 盾構進出洞節點風險應對措施

3.1.1 盾構進出洞節點風險

（1）承壓水突涌風險。進出洞處于 ⑤2 砂質粉土承壓含水層范圍內，土體加固質量做不好，將面臨涌水涌砂風險。

（2）盾構機抬頭或磕頭風險。既有車站圍護與新建車站圍護間存在夾心層土體。該夾縫內土體與兩側地墻形成強度不連續區域，機頭穿越夾心層時有抬頭或磕頭風險等。

3.1.2 應對處理措施

（1）洞門圈節點設計。既有車站與下穿站車道層并非垂直交叉，而呈 83° 夾角，洞門圈直徑設計為 6800 mm，考慮洞門圈深度達到 4300 mm，故盾構施工若有稍微偏差會導致盾構容易卡殼；故洞門圈延伸至洞門圈平面與隧道軸線垂直，以便盾構進出洞門圈時快速封堵洞門。

（2）始發、接收加固設計。為確保盾構始發、接收及掘進過程中的施工安全，始發采用水平凍結，接收采用MJS加固＋外圈凍結，加固體無側限抗壓強 度 ≥1.5 MPa，滲透系數 ≤1×10-7m/s。始發接收加固：采用外圈凍結＋MJS，凍結壁長度 5 m，始發 MJS 加固長度 5 m，接收MJS 加固長度 8 m。

（3）盾構始發施工技術。洞門深度達到 4300 mm，洞門圈內加止水裝置（弧形鋼板內加海綿加襪套鉸鏈板）;始發環采用背負鋼板，盾尾刷進入洞門圈，快速封堵洞門;土壓力的設定為盾構與車站結構之間土體覆土與 2 號線車站結構自重，穿越 2 號線金家渡站時土壓力 170 kPa；嚴格控制出土量，大約為開挖斷面的 98%～100%；推進速度控制 2 cm 以內，同步注漿量按建筑空隙的 150%～200%進行控制。

（4）盾構接收施工技術。洞門深度達到 4300 mm，盾構接收采用兩次接收，同時洞門圈內加止水裝置（弧形鋼板內加海綿）;接收環采用端面鋼板環，盾尾脫出洞門，立即封堵洞門進行壓漿填充。

3.2 既有樁基障礙物應對措施

3.2.1 樁基位置定位復核并清障

盾構穿越須保證有 20 cm 以上的安全距離。根據設計資料，盾構預計需穿越 2 號線 6 根立柱樁，格構柱型鋼與盾構最近距離 0.306 m，格構柱樁與盾構單邊最近距離 0.176 m，盾構施工碰到樁基的可能性較大。依據相關資料。盾構始發前，探明樁基具體位置；若樁對盾構施工影響需打設排孔進行清除。

3.2.2 加強型貝殼刀

為確保盾構不受遺漏立柱樁影響，本區間采用加強型貝殼刀，通過保證刀盤及刀具配有一定耐磨措施，采用用貝殼先行刀輔助撕裂先行刀（配比約 3∶2），可以有效破除碎樁基等地下障礙物。

3.3 對既有 2 號線車站影響的控制措施

由于盾構下穿 2 號線既有車站，目前 2 號線已經處于運營狀態，對沉降以及擾動控制要求較高，如發生較大沉降及擾動，列車運營存在較大風險，因此控制 2 號線的變形成為了本工程中的重中之重。盾構下穿過程中，對二號線變形的影響的誘因主要包括水土流失，地層損失、結構上浮等。

（1）針對水土流失。主要通過設備止水、二次注漿技術來控制和土體改良。①設備止水：為保障盾構順利始發安全，在 0 環采用背覆鋼板環＋端面鋼板環，將洞門圈和 0環管片焊接在一起，及時注漿封堵洞門。盾尾刷由 2 道鋼絲刷及 1 道鋼板刷組成，施工前采用康達特盾尾油脂滿嵌盾尾刷，保證盾尾密封效果。②二次注漿：螺旋機出土口設置 2道液壓閘門和 1 道手動閘門，且液壓閘門在停電狀態下閘門能自動關閉，確保出渣量的控制，防止水土流失；在左、右線隧道管片上增開注漿孔，以便盾構穿越后有效的進行二次補壓漿、控制底板沉降變形，同時加強螺栓等級（8.8 級）。③盾構施工過程中進行渣土改良，向土倉和開挖面注入添加劑（如泡沫等），在滲透性大的地層還可以減少地下水的流失。

（2）針對地層損失。主要通過前殼體上布置 8 個注漿孔，后殼體上布置 8 個注漿孔，同步由機殼頂部注漿孔孔向殼體外注入克泥效，及時填充開挖面和盾體之間的空隙，注入率為 120%～130% 之間，同時控制注入壓力和注入量，從而減少地層損失并控制結構變形。

（3）針對結構上浮。推進過程中，隧道有可能上浮，當監測到隧道存在明顯上浮現象時可采取對施工隧道內進行壓重控制隧道的進一步上浮，同時同步漿液采用惰性漿液，在漿液中適當加入水泥。

此外，采用先進的自動化監測及測量手段，可以對 2 號線底板變形進行實時動態的跟蹤，通過將監測數據及時反饋給施工人員，以便及時調整盾構施工參數及二次注漿參數，從而更科學有效的控制結構變形。

3.4 其他難點及措施

盾構平移及車架移動掉頭區域，結構底板縱梁需由上翻改為下翻。另外，接收工作井尺寸及周邊場地受限，無法滿足盾構本體正常的吊裝，故機頭在井內進行平移，局部結構柱需臨時移位托換，以保證機頭平移所需空間。

考慮施工風險，盾尾留在隧道內，屆時吊裝只有刀盤、切口環和支撐環。

4 施工過程及效果

2021 年 6 月 30 日，經過項目團隊連日的不懈奮戰，下穿 2 號線金家渡站區間左線順利貫通。至此，下穿 2 號線金家渡站區間左、右線圓滿實現了貫通，也為我們下一步工作目標的達成邁出了堅實的一步。

金家渡站盾構下穿 2 號線右線穿越時間為 2021 年 4 月1日—5 月 8 日，左線穿越時間 2021 年 6 月15日—7 月 3 日。右線穿越完成后 2 號線沉降最大累計值 3.7 mm（對應監測點 L 14），圖 2 為 2 號線監測點平面布置圖。左線穿越完成后 2 號線沉降最大累計值 11.1 mm（對應監測點 R 14）。（負值下沉，正值隆起，下同）。

圖22 號線監測點平面布置圖

右線穿越范圍對應 2 號線沉降監測點 R 17、L 17、R 18、L 18，穿越期間數據統計見表 1 和圖 3（累計沉降報警值 ±4 mm）：

表1 右線穿越沉降監測數據 單位：mm

圖3 盾構穿越期間 R 17、L 17、R 18、L 18 道床豎向位移折線圖

左線穿越范圍對應 2 號線沉降監測點 R 14、L 14、R 15、L 15，穿越期間數據統計見表 2 和圖 4 （累計沉降報警值 ±4 mm）。

表2 左線穿越沉降監測數據 單位：mm

圖4 盾構穿越期間 R 14、L 14、R 15、L 15 道床豎向位移折線圖

左線盾構在推進前由于長時間凍脹影響，已經有 10 mm左右的隆起，實際推進過程最大變化量在 3 mm 以內。

5 結 語

本文以杭州地鐵 4 號線工程為工程背景，通過結合施工工期、周邊環境、工程地質等對采用盾構法施工近距離下穿既有地鐵車站時，遇到的施工難點進行了重點分析，并提出了專項應對措施，這些措施技術具有“安全可靠，技術先進，工程案例豐富”等特點，并且成功應用在實際施工過程中，效果良好，極大保證了盾構下穿施工的順利實施。