新建地鐵上跨既有線路隧道CRD開挖工法施工技術(shù)研究

摘要：概述擬采用的施工方案，對開挖過程控制展開具體論述與分析，再通過施工效果評價模型的建立，對CRD開挖工法的施工效果進行了詳細的分析和評估。通過布設(shè)地表沉降監(jiān)測點并分析地表特征點沉降，探討了CRD開挖工法對地表沉降的影響。研究結(jié)果表明：CRD開挖工法在地鐵上跨既有線路隧道的施工中，具有較好的效果和應(yīng)用潛力，可為類似工程實施提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：上跨，既有線路，CRD開挖工法

0 引言

隨著城市化進程的不斷推進，地鐵交通逐漸成為改善城市交通狀況、提高居民出行效率的重要手段[1]。然而，在城市已有交通基礎(chǔ)設(shè)施較為完善的情況下，新建地鐵線路常常需要跨越既有線路隧道，以實現(xiàn)線網(wǎng)的拓展和銜接[2]。在這種情況下，如何保證施工安全和減小對既有線路的影響成為一個亟待解決的問題。

許多學者已針對這個問題進行了深入探討，并取得了不少成果。劉雷[3]等人以杭州市文一西路地下隧道明挖基坑K3+184-3+229段上跨地鐵5號線為例，研究在軟土地區(qū)低凈空條件下，跨越正在運營的地鐵盾構(gòu)區(qū)間隧道時的基坑開挖施工技術(shù)。應(yīng)用該技術(shù)雖然能一定程度降低對既有地鐵線路的干擾，但施工過程相對復(fù)雜和繁瑣。

本文針對新建地鐵上跨既有線路隧道情況，研究并探討CRD（地下擠壓法）開挖工法施工技術(shù)。通過對工程概況的闡述、施工技術(shù)的論述以及實際施工效果的分析，旨在總結(jié)出一套可行的施工方案，為今后類似工程的設(shè)計與施工提供參考和借鑒。

1 工程概況

成都市17號線新建地鐵位于晉陽路與中環(huán)路青羊大道段交叉路口，暗挖隧道區(qū)間左線全長115.523m，右線全長113.896m。礦山法暗挖隧道包括兩部分，即原礦山法隧道和頂推區(qū)間工法變更暗挖隧道。

由于在建暗挖隧道上跨既有7號線盾構(gòu)區(qū)間隧道，暗挖隧道底板與7號線盾構(gòu)管片凈距較小，17號線暗挖隧道施工時，7號線既有線隧道仍在運營，因此需在臨近7號線運營隧道進行暗挖初期支護及二襯施工。在此過程中，需確保7號線既有隧道能夠正常運營。

陽公橋站與龍爪堰站之間的礦山法隧道，位于晉陽路下方，其頂部深度約為6.0～6.6m。該隧道所處的主要地質(zhì)構(gòu)造為密集卵石土和中密卵石土，部分地區(qū)還含有中細砂。根據(jù)這些地質(zhì)條件，將該隧道的圍巖等級評定為Ⅵ級。

區(qū)間洞身在龍騰西路高架橋樁身范圍內(nèi)，與龍騰西路高架橋橋樁最小水平凈距1m，與青羊大道高架橋橋樁最小水平凈距0.9m。區(qū)間洞身部分在地鐵7號線龍爪堰站C2出入口圍護樁底以上，部分在樁底以下，與圍護樁水平方向沖突0.6m。區(qū)間與地鐵7號線龍爪堰站C1出入口豎向沖突4.3m。

暗挖隧道左右線區(qū)間近距離垂直上跨7號線運營盾構(gòu)區(qū)間，上跨長度為24.5m，暗挖區(qū)間仰拱初支結(jié)構(gòu)與既有7號線PSELZDi6yGW84/GYNiElBQ==盾構(gòu)區(qū)間左線拱頂管片結(jié)構(gòu)凈距1.241m，與既有7號線盾構(gòu)區(qū)間右線拱頂管片結(jié)構(gòu)凈距1.210m。

2 CRD開挖工法施工方案

CRD開挖工法是一種常用于地鐵隧道施工中的開挖技術(shù)[4]。其原理是先進行地表切割，然后在地下進行開挖，最后通過支護結(jié)構(gòu)加固，使得地面能夠承受所需交通荷載。

暗挖隧道上跨7號線運營隧道左右線，上跨長度為24.5m，與管片最小豎向凈距為1.21m。暗挖隧道位于中密-密實卵石土地層，既有7號線隧道位于密實卵石土地層。在本次研究中，擬采用礦山法與CRD開挖工法相結(jié)合的施工方案。

在17號線礦山法隧道的開挖輪廓范圍內(nèi)，提前施作兩根直徑為1.8m的鋼筋混凝土人工頂管，以確保避開7號線預(yù)留管棚。該人工頂管覆蓋了7號線與17號線區(qū)間平面交叉的區(qū)域，并在頂管內(nèi)部設(shè)置型鋼，以破除部分回填素混凝土。

開挖方式采用改進后的CRD工法，調(diào)整CRD暗挖施工時序，先開挖隧道上部導洞，進行板凳樁頂管施工。再依次開挖左線1、2號導洞，并展開左線板凳樁人工挖孔樁施工。然后依次開挖左線3、4號導洞和右線1、2號導洞，開展右線板凳樁人工挖孔樁施工，之后開挖右線3號導洞、4號導洞。在上跨7號線的段落洞內(nèi)澆筑臨時二襯，以完成受力轉(zhuǎn)換，然后拆除橫撐和中隔壁。進行永久二襯的施工。

該方案通過這一系列精確且有序的施工步驟，能夠較好地結(jié)合礦山法和CRD法的優(yōu)勢，確保隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，并有效提高施工效率，為確保工程質(zhì)量提供有力支持。

3 施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 CRD法開挖過程控制

采用CRD法進行施工時，必須按照特定的順序進行各個小導洞的開挖工作，同時確保相鄰導洞的開挖面之間有5m的間隔。CRD工法開挖工序如圖1所示。

對于上跨段應(yīng)用改進后的CRD開挖工法開挖施工，具體步驟如下。

第一步：局部交通導改，從地面預(yù)注漿加固，并布置降水系統(tǒng)，展開隧道超前支護施工（大管棚、小導管）并注漿。

第二步：開挖①導洞1-1部位，上下臺階間距3～5m，并在設(shè)計位置打設(shè)鎖腳錨桿。核心土留置長2～3m，核心土高度不小于上臺階至拱頂凈空高度的一半，核心土側(cè)邊距離側(cè)墻留置寬度為0.8～1.5m。

第三步：①洞室上臺階開挖超過3～5m后，開挖①洞室1-2部位，及時封閉成環(huán)，上下臺階錯開掌子面不大于5m。

第四步：當下臺階開挖超過5m后，將進行分臺階開挖。開挖導洞2-1部位，并在拱腳部位設(shè)置鎖腳錨管。核心土留置長2～3m，核心土高度不小于上臺階至拱頂凈空高度的一半，側(cè)邊距離側(cè)墻留置寬度為0.8～1.5m。

第五步：待②導洞上臺階開挖完成3～5m后，開挖②導洞2-2部位，及時施作②導洞橫撐。

第六步：①、②洞室開挖貫通后，基于監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，開挖導洞③的上臺階，同時在拱腳部位進行鎖腳錨管施工。

第七步：在導洞③的上臺階完成3～5m開挖后，進行導洞③的下臺階開挖，確保上下臺階之間有3～5m的間隔。

第八步：下臺階開挖超過5m后，將進行分臺階開挖④洞室。在左側(cè)洞室下臺階超前右側(cè)洞室上臺階掌子面不小于5m情況下，先開挖導洞④的上臺階，并在拱腳部位設(shè)置鎖腳錨管。

第九步：待④導洞上臺階開挖完成3～5m后，開挖④導洞下臺階，使上下臺階錯開3～5m。

3.2 施工效果評估模型建立

為了準確地計算下載力和地表沉降，需要建立相應(yīng)的數(shù)學模型。在CRD開挖工法中，下載力和地表沉降的計算是評估基坑開挖對周圍土體影響的重要步驟。通過合理的計算公式推導，能夠更準確地預(yù)測和控制這些影響，從而確保施工的安全性和穩(wěn)定性[5]。

土體受到的垂直力等于土體單位質(zhì)量乘以土柱高度和面積。考慮到基坑的形狀，可以將基坑劃分為若干個橫向單元，并通過對各個單元的力分析得出總的下載力。基坑下載力的計算過程如式（1）所示。

F=γHL （1）

式中：F表示下載力，單位為kN；γ表示土的單位質(zhì)量，單位為kN/m3；H表示基坑深度，單位為m；L表示基坑長度，單位為m。

地表沉降主要是由于基坑開挖引起的土體變形和沉降導致的。考慮到土體的彈性特性，可以使用彈性本構(gòu)關(guān)系來描述土體的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。地表沉降的計算過程如式（2）所示：

（2）

式中：δ表示地表沉降，單位為m；E表示土的彈性模量，單位為kN/m2；q表示下載力在地表上的分布，單位為kN/m。

根據(jù)彈性本構(gòu)關(guān)系，可以得到土體的應(yīng)力和應(yīng)變之間的關(guān)系如下：

σ=Eε （3）

式中：σ表示土體的應(yīng)力；ε表示土體的應(yīng)變。

假設(shè)土柱寬度為b，則其面積為bH，根據(jù)土體受力平衡的原理，可得到土柱受到的合力如下：

?F=σbH=Ebδ （4）

將所有單元的力加總，可以得到總的合力表達式，如下：

F=∫L 0 ?Fdx=Eb∫L 0 δdx （5）

通過下載力和地表沉降的推導，可建立基本的數(shù)學模型，將其用于預(yù)測和評估CRD開挖工法對土體的影響。這些計算公式為施工過程的控制和工程安全性的評估提供了有力理論支持。

4 施工效果分析

為了評估CRD開挖工法的施工效果，收集了地表沉降數(shù)據(jù)，通過高精度測量儀器進行監(jiān)測，并記錄相關(guān)信息。借助動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)來指導施工進程，能夠了解隧道開挖對地層沉降的影響程度，判斷周圍巖土體是否產(chǎn)生空洞。這樣可以及時采取必要的措施，確保工程的安全性和周邊環(huán)境的穩(wěn)定性。

4.1 地表沉降監(jiān)測點布設(shè)

在施工過程中，需要布設(shè)一定密度的監(jiān)測點進行實測驗證。根據(jù)現(xiàn)行的監(jiān)測標準，暗挖區(qū)間應(yīng)在每10m的距離上設(shè)置一個橫向大斷面，并在左右線上每5m設(shè)置一個中線測點。橫向斷面的布點原則為9～15個測點，測點間距從隧道中線往外分別為2.5m、2m、2.5m和2.5m。

根據(jù)實際情況，需要在5m中線測點處增加更多橫向斷面測點。地表沉降監(jiān)測點埋設(shè)采用鉆具成孔的方法，這些監(jiān)測點將穿透路面結(jié)構(gòu)層，并在其上加裝保護蓋，孔徑大小至少為120mm。

根據(jù)要求，在進行沉降監(jiān)測之前，需要在隧道影響范圍外100m的位置設(shè)置5個水準點，并形成一個水準控制網(wǎng)。為了確定初始值，需要進行連續(xù)觀測3次并計算平均值。每月需要對水準點和工作基點進行定期校核，以確保它們本身沒有發(fā)生變化，從而保證沉降監(jiān)測結(jié)果的準確性。

4.2 地表特征點沉降分析

采集應(yīng)用本文設(shè)計技術(shù)和文獻[3]的技術(shù)，展開施工過程中地表沉降情況，得到地表沉降結(jié)果對比如圖2所示。

由圖2可知，按照掘進方向開挖進尺過程中，地表縱向沉降量變化可分為微小變形、急劇變形以及穩(wěn)定變形3個階段。在本次施工過程中，應(yīng)用本文設(shè)計技術(shù)進行施工最初均處于微小變形階段，且微小變形階段的持續(xù)進尺要大于文獻[3]技術(shù)。本文設(shè)計技術(shù)急劇變形階段所經(jīng)歷的開挖進尺較小，縱向沉降量也較小，且能夠較快恢復(fù)穩(wěn)定，穩(wěn)定變形在-6mm左右，明顯優(yōu)于文獻[3]技術(shù)對應(yīng)的-16mm。由此說明，應(yīng)用本文設(shè)計技術(shù)的地表沉降較小，符合施工需求，具有較好地應(yīng)用效果。

5 結(jié)束語

本文針對新建地鐵上跨既有線路隧道的情況，研究并探討CRD（地下擠壓法）開挖工法施工技術(shù)。通過對工程概況的闡述、施工技術(shù)的論述以及實際施工效果的分析，旨在總結(jié)出一套可行的施工方案。

通過地表沉降監(jiān)測點布設(shè)和地表特征點沉降分析，可知CRD開挖工法對地表沉降的影響較小且可控，在工程實施中滿足相關(guān)要求，證實CRD開挖工法在新建地鐵上跨既有線路隧道的施工中具有可行性和有效性。

參考文獻

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