暗挖地鐵車站下穿既有地鐵隧道施工控制

摘要：本文主要以某地鐵站的暗挖車站下穿隧道為例，對暗挖地鐵車站下穿既有地鐵隧道施工控制方法進行分析和探討。在正式開始施工之前，對現有的地鐵隧道結構采取加固措施，根據科學的評估方法了解隧道結構的沉降指數，并制定針對性的沉降控制措施。經過監測數據結果證明，目前已經建設的隧道結構在變形，縫局部位置的沉降值相對較高，是本次施工過程中需要重點加固的位置。而采用超前管幕技術能夠起到穩固結、防止塌陷的作用，但考慮到施工過程中也會對隧道結構帶來外力影響，導致現有隧道的沉降又增加了9.52mm，因此應慎重選擇。為了能夠在最終施工完成后將地鐵隧道結構的整體沉降值控制在16.75mm以內，必須采取科學的施工方式對隧道和道床框架進行穩固，保障地鐵線路運行過程中的穩定性和安全性。

關鍵詞：地鐵；暗挖工程；隧道

目前，為緩解城市地面交通壓力，許多城市地鐵軌道交通建設的規模不斷擴大，而在覆蓋范圍持續增加的背景下，帶來不同地鐵線路空間錯綜復雜的問題，還會出現大量的空間交叉節點車站。考慮到需要滿足乘客換乘的需求，新建的地鐵工程項目建設過程中需要地鐵隧道。穿越的建設方式主要包括上穿、下穿以及側穿這三種類型，其中在下穿地鐵工程中，以暗挖地鐵站下穿隧道施工技術難度最高，施工過程中的安全風險較大。一直以來，業界對于暗挖地鐵車站穿越地下建筑物或管線工程的質量控制技術加大了研究力度，但是對于近地鐵車站的短距離下穿隧道工程研究的真實案例相對較少。

一、對既有地鐵隧道工程的加固施工技術控制

在新建地鐵車站施工正式開始前，需要對既有的地鐵隧道空間結構進行加固，避免在后續施工過程中由于外加應力引發車站隧道坍塌或不均勻沉降的問題。其中，加固施工技術的控制工作主要包含以下三個方面：第一，防止局部變形縫結構出現不均勻沉降。為避免該問題在施工過程中應用了扣軌梁對隧道工程的底部結構進行加固。加固工程的規格長度大約為35m，加固工程的兩端長度大于第一處變形縫和第二處變形縫，分別超過兩處變形縫10m。扣軌梁構件采用的是50kg/m的重量相互構成，軌道與中心地下水溝之間分別應用兩根扣軌梁，軌道外側額外采用三根扣軌梁進行加固。扣軌梁在建設過程中，每間隔0.6m為確保加固程度，就會增加一道U型卡，U型卡的材質是厚度為6mm、寬度為50mm的扁鋼材質，U型卡與施工結構的底端之間用地腳螺栓銜接緊密，地腳螺栓會穿越整個道床結構，且深入底板內部30cm，在地腳螺栓與U型卡的銜接過程中采用螺帽固定。第二，避免鋼軌出現位移。需要采用護軌手段或拉桿方式對鋼軌進行額外的加固施工。第三，避免軌枕塊之間的鋼軌出現不均勻沉降。為了加固軌枕塊之間的鋼軌，需要在縫隙處采用木板填充，使鋼軌所承受的上端荷載力均勻傳遞到整個軌床上。

二、對于既有地鐵隧道結構的變形施工控制

在新建的地鐵車站施工工程中，由于持續性的深挖將會帶來外界應力，對既有的工程造成一定的干擾。開發過程中產生的擾動力、地層挖掘過程中的穩固損失以及不均勻沉降等因素，都可能導致地鐵隧道既有工程的地層產生位移以及進一步的變形。而隧道結構本身就存在于施工地層中，一旦地層發生位移和變動，隧道結構的穩定性也會隨之變化，最終這種變化應力會傳遞到隧道內部的軌道，使軌道發生變形。因此，針對既有的地鐵隧道工程以及結構穩定性采取變形控制措施，也是避免后續新地鐵隧道工程發生不均勻沉降或位移的關鍵切入點。在變形控制過程中，局部變形縫空間的絕對沉降以及變形縫兩端的差異性沉降，也是針對地鐵隧道結構框架穩定性控制的核心。

在施工控制過程中，需要根據地鐵隧道工程的穩定性標準制定合理的變形結構控制參數，在施工正式開始前，需要對既有的地鐵隧道結構以及空間框架的穩定性進行評估。評估的要素主要包含直觀裂縫的調查、混凝土結構的整體強度檢測、混凝土結構的碳化深度檢測、鋼筋保護層的具體厚度、混凝土結構材料中氯離子的含量指標、材料內部的含堿量、內部包含鋼筋的腐蝕狀態。在某地鐵站檢測評估結果中顯示，現有的地鐵結構基本完好無損。通過借鑒國內外工程案例的變形控制參數經驗，本次工程中也制定了既有地鐵隧道結構以及地鐵軌道穩定性的變形控制標準（如表1、表2所示）。

考慮到地鐵站屬于大斷面的隧道施工，該工程項目規模較為龐大，在建設過程中涉及的內容較多，是一項系統性的專業工程。其中，每一個施工環節都可能對地鐵隧道結構以及軌道產生不同程度的外力影響，而目前既有地鐵結構以及隧道工程的最終沉降水平，也不是由其中某一個工序決定的，而是多個工序和環節共同累積疊加所造成的。

因此，在每一個施工階段都應設置沉降水平的標準控制參數。根據表1可知，現有地鐵隧道結構的每日沉降控制標準為40mm，為了確保建設過程中的安全性和穩定性，施工過程中將36mm作為沉降支護的標準值。根據既有地鐵隧道結構受到外力影響的變形規律和特征，也需要按照不同的結構空間位置并參考沉降控制參數標準，對既有地鐵隧道結構的沉降控制施工步驟合理規劃。在地鐵隧道結構施工過程中，將中洞管幕僚施工工序的沉降量控制在4mm，中洞導洞支護工程的成交量控制在16mm，側洞襯砌施工工序的沉降量控制在3mm，側洞開挖支護階段的成交量控制在5mm。其中，中洞開挖施工環節對于既有地鐵隧道結構的沉降影響占比44.4%，是本次沉降量控制的重點。

三、暗挖工程中下穿既有地鐵隧道結構的施工控制措施

在下穿施工過程中，必然會由于外力因素引發既有地鐵隧道的下沉或結構不穩定，而以往的控制技術無法在行車密度相對較高的空間區位段中發揮優勢，也不能實現控制過程中對于變形或位移數據的動態化采集以及反饋功能。因此，下穿施工控制系統主要選擇采用靜力水準系統，該系統能夠實現對地鐵隧道工程的高精度監測以及動態化數據反饋功能，遠程控制的條件下，可以對既有的地鐵隧道結構以及軌道的變形狀態進行跟蹤性的測量。考慮到工程新建的地鐵隧道車站會引起不同區域的沉降差異性變化狀況，因此在監測過程中，根據現有的地鐵隧道結構特征以及軌道應力特征，在工程中分別設置隧道結構沉降監測點、軌道結構沉降監測點、兩條軌道之間的水平間距監測點、高度差以及膨脹差監測點，希望能夠通過多個維度動態反映地鐵結構的變形狀態。

（一）對于既有地鐵隧道支護施工以及限制性處理措施

為了確保既有地鐵線路在運行過程中的安全性以及后續施工過程中的框架穩定性，考慮到新建地鐵車站中，中洞的施工環節已經開始，并形成封閉性的結構空間，預先施工完成的中洞管棚結構以及中洞結構剛度相對較強，通過評估測量后發現，該結構已經具備高壓注漿的施工條件。因此，決定在新建的地鐵車站空間結構與現有的地鐵隧道結構空間土體內部采取抬升注漿的方式，希望通過抬升注漿施工技術，快速恢復原本地鐵隧道結構由于新地鐵隧道施工所損失的高程。

抬升注漿施工需要從上導洞的天梁兩側分別進行，注漿施工總共分為五個空間區域：其中，第一區域和第五區域分別位于原本地鐵隧道施工結構的外側，第三施工區域位于地鐵兩個隧道之間，第二區域和第四區域在原本的地鐵隧道正下方空間。通過管道進行注漿施工，注漿施工的管道間距為0.5m，第二區域和第四區域之間的注漿管道規格長度為2.5m，其他區域的注漿管道長度為3m。在注漿過程中，注漿原材料需要采用流動性能相對較強、早年能力相對較強的HSC漿液，施工原材料中的水灰比例需要控制在0.9，確保凝固的時間控制在20min左右。考慮到白天列車需要正常運行，施工的時間主要集中在夜間，因此要滿足列車在夜間停運期間進行注漿，列車白天運行時確保注漿漿液已經達到規范要求的強度參數。施工過程中，需要通過采用六臺輔助壓力控制泵，確保注漿泵在輸入過程中的壓力控制范圍，采取抬升注漿的方法，最終將壓力控制在0.8mpa左右。在施工過程中，需要控制注漿注入的速度，盡可能分不同階段進行低速注漿，高度每抬升5mm為一個施工小節，以5mm為標準高度控制施工循環。

在施工過程中，為了防止漿液出現滲漏題，需要先通過排管注漿在側面以及中間洞口交界處的規格以及形態，形成兩道止漿帷幕，要防止漿液持續性的滲漏。與此同時，新建地鐵車站工程中，洞地范圍也需要進行一定的空間規劃和控制工作，范圍內的土地結構基礎條件與側邊結構范圍內部的土體基礎結構之間相互分割，從根源上減小側邊施工過程中對于中間施工范圍所帶來的外界干擾。

針對一區、三區和五區采取注漿液的施工手段，達到穩固土體結構的最終效果，在施工的下一階段將現有的地鐵隧道結構進行抬升，抬升期間止漿墻需要發揮防止滲漏的作用價值。最后，對現有的地鐵隧道工程正下方的二區和四區采取注漿施工工程，確保該區域空間內部的土層結構能夠更好的加固，對現有的地鐵隧道結構進行抬升。如果在注漿施工過程中出現滲漏，應及時采取針對性的措施進行防堵，避免滲漏引發漿液互串，更要避免漿液滲漏所引發的不均勻沉降問題。在施工過程中，需要持續對施工空間的結構變形狀態進行動態性的監測，確保最終施工的安全性和穩定性。

施工過程中采用的抬升注漿施工技術，需要持續將近一個月的時間，對現有的地鐵隧道結構抬升的最大高度為16mm，在左邊以及右邊的隧道結構工程中抬升施工的速度極為平穩，施工的效率和周期也都控制在一定的范圍內。在注漿施工過程中，隧道的主體結構呈現出緩慢位移的特征，在抬升過程中，始終保持整體均勻的抬升狀態，并不會由于局部空間集中過大的應力而導致整個臺上結構遭到破壞，整體抬升過程中的穩定性相對較強，尤其是對于變形縫局部沉降差異的改善效果極為明顯。通過抬升注漿施工技術，不僅能夠使現有的地鐵線路由于不均勻沉降所帶來的損失得到一定的改善，也能確保在后續的施工過程中將沉降量控制在規定的范圍內，為后續施工過程控制沉降參數提供借鑒和經驗。在側洞開挖和施工過程中，需要根據最終的沉降參數狀況，及時通過注漿施工的方式將既有的地鐵隧道結構抬升，最終確保在現有的沉降基礎上，將抬升量控制在16.75mm以內，確保施工運營的安全性和穩定性。

（二）對道床以及隧道結構開拓區域的處理措施

為了確保道床在施工過程中也能夠在白天保持正常和安全的運營條件，在側洞施工工程開始之前，需要對道床和軌道結構開拓的部位進行加固處理，確保二者之間的銜接性。在加固過程中，采用灌漿施工的方式，灌漿采取的是高位漏斗的灌注方法，保障灌漿的原材料能夠在規定的壓力值下快速進入脫離處的縫隙內，并不會由于壓力超過標準值引發倒床結構不穩定的問題。本次施工過程中采用的漿液需要經過前期的加工處理，應用cgm-4型高強度無收縮的灌漿材料，該原材料在應用過程中具有極強的流動性和擴散性，能夠滿足兩小時后列車的正常通行。

四、結語

暗挖地鐵車站下穿工程中，對于既有的地鐵隧道工程以及軌道會產生一定的應力影響，從而引發不均勻沉降的問題。為避免此類問題，應當通過采取動態性的監測方式隨時查看道床和隧道空間的沉降值，通過抬升灌注等多種施工技術手段，起到良好的加固以及均勻抬升效果，確保地鐵隧道工程的安全穩定運行。

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