西青道下沉隧道上穿地铁1号线工程实践

□文/李兴祖 赵云非

□赵云非/中铁隧道集团有限公司技术中心。

西青道下沉隧道上穿地铁1号线工程实践

□文/李兴祖 赵云非

天津西站交通枢纽西青道下沉隧道工程需上穿正在运营的地铁1号线，由于下沉隧道底板距离地铁1号线结构顶板最近处只有30cm，因此施工对地铁运营安全的风险极大。文章针对西青道下沉隧道工程实施的各个阶段，通过对工程监测的数据进行分析，不断对施工方案进行调整、优化和完善，从而确保了工程实施安全和地铁运营安全。

地铁；上穿施工；结构隆沉；下沉隧道

新建地铁或地下工程上下穿越既有地铁线路是工程建设的难点。天津西站交通枢纽西青道下沉隧道工程需上穿正在运营的地铁1号线，由于下沉隧道底板至地铁1号线结构顶板最近处只有30cm，施工风险极大。

1 工程概况

西青道下沉隧道工程位于西站交通枢纽南广场地下工程南侧，东西走向，全长1400m，双向6车道，标准断面为单箱双室、单箱三室隧道，隧道总宽度38m。

在里程约XQK6+603处（位于大丰路下方）接近垂直交叉上跨地铁1号线既有运行区间结构，其平面重叠范围约（16～22）m×38m。重叠区域距离地铁1号线西站站厅最近为44m。

该段地铁区间结构为天津地铁既有线（七〇四七工程）明挖施工的钢筋混凝土箱型框架结构。下沉隧道施工影响169、170、171、172箱段，每个箱段长度依次为 16、15、21、18m，主要受影响为 170、171箱段。地铁箱体顶板位于大沽高程-2.250m处，西青道下沉隧道工程在此部位底板底高程-1.930m（最低处），基坑深度为4.600m，基坑开挖后，需在地铁箱体上部土体进行卸除开挖。现状地面高程2.5m，在西青道下沉工程主体施工完毕后，该处地面高程约为6.000m,见图1。

图1 西青道下沉地道同地铁箱体竖向关系

为减小基坑开挖时坑底隆起导致地铁变形过大，保护范围内采用三轴水泥土搅拌桩φ850mm@600mm对周边土体进行满堂加固，加固后土体要求28d无侧限抗压强度≥1MPa，水泥掺量≮18%。加固宽度为地铁箱体两侧各6m；加固深度为地表以下16m，底高程约为地铁箱体下6m，地铁隧道结构周边0.5m范围内采用双液注浆进行加固，见图2。

图2 地铁箱体两侧加固剖面

为尽量减小土体开挖对基坑回弹的影响，总体上遵守“分段开挖、限时施工、及时压载”的原则。开挖分段遵循“先远后近”的基坑开挖方式，设计方案分为5段，施工中根据工程监测结果将该箱段分成3个施工段。

2 工程地质概况

场地埋深80.00m范围内，地基土按成因年代初步可分为9层，按力学性质初步可进一步划分为16个亚层。

1）人工填土层。全场地均有分布，厚度为1.50～2.70m，局部厚度＞3.0m。

2）全新统新近沉积层。位于埋深约4.50m左右，厚度为1.90～3.10m，顶板标高为1.54～0.93m，本层土水平方向上土质较均匀，局部缺失。

3）全新统上组陆相冲积层。西站长途客运站场地内位于埋深约4.50～5.50m，厚度1.20～2.00m；西站北侧货场场地内一般位于埋深约4.50～7.00m，厚度2.20～3.00m；顶板标高-1.05～-1.94m。主要由粉质粘土组成。

4）全新统中组海相沉积层。西站长途客运站场地内位于埋深约5.50～15.00m，厚度为9.10～9.80m，顶板标高为-1.96～-2.57m；北部货场场地内位于埋深约7.00～15.00m，厚度7.50～8.30m，顶板标高为-3.98～-4.68m。主要由砂性大粉质粘土组成。

5）全新统下组陆相冲积层。位于埋深约15.00～22.00m，厚度为6.50～8.30m，顶板标高为 -11.48～-12.49m，主要由粉质粘土组成，局部为粉土，全场地均有分布，在西站长途客运站场地内，厚度为4.80～6.00m，北部货场场地厚度6.80～8.00m。

6）上更新统第五组陆相冲积层。顶板分布尚稳定，22.00m左右，底板埋深有一定起伏，介于31.00～34.00m，厚度 9.00～11.00m，顶板标高为 -20.06～-19.43m。主要由粉土组成。

场地埋深45.00m以上地质含水层可划分为潜水层和微承压水层。

1）潜水层。主要为全新统中组海相沉积层砂性大粉质粘土(④），厚度为7.80～8.90m，以全新统下组陆相冲积层粉质粘土(⑤）为相对隔水底板。静止水位埋深 0.60～1.50m。

2）微承压水。主要为全新统下组陆相冲积层下部粉土(⑤2）、上更新统第五组陆相冲积层粉土(⑥）和粉砂层 (⑦2）。⑥1粉土、粉砂层含水层厚度为4.00～6.50m，⑥3粉土、粉砂层含水层厚度为1.20～3.50m，⑦2粉砂层微承压含水层厚度为1.50～4.50m。

3 监测设计及布点情况

3.1 监测设计

地铁箱体上部开挖土势必会破坏已有土体平衡，随着土体应力的释放，坑底土体会产生回弹，从而影响地铁箱体，使之变形。监测设计的重点是如何及时准确地反映箱体变形并及时根据变形情况指导施工，尽最大可能减小施工对1号线箱体的影响。

使用静力水准远程自动化监测技术，该技术比较适用于既有建筑物或构筑物的沉降观测。静力水准测量范围25mm；最小分辨率0.01mm；测点误差＜0.5%；使用环境温度-20～70℃。

3.2 监测布点

静力水准罐体在车站段安装在中间柱上，图1中的171和172箱体，在区间段安装在箱体侧墙上即169和170箱体。对应罐体的位置为一个监测断面，每个断面在轨道上又布有轨道沉降和轨道几何形位监测点，箱体上布设结构位移点。轨道上的监测点和箱体位移都是在每天地铁停运后人工下轨进行测量的，见图3和表1。

图3 西青道下沉工程上穿地铁1号线监测

表1 箱体和监测点对应

4 监测数据分析与建议

4.1 监测分析

2011年1月8日11：00，先开挖部分土方进行试验。先挖中间段土体见图3浅黄部分，大致15m长，7m宽，4.05m深。表2为开挖24h内静力水准记录的地铁1号线箱体结构隆沉数据，图5和图6分别为结构隆沉监测点26和27开挖3d和7d历时变化曲线。

表2 结构隆沉监测点26和27数据

图4 结构隆沉3d历时曲线

图5 结构隆沉7d历时曲线

从表2和图4-图5可以看出，随着上方土体开挖，地铁结构大致历经4个阶段。

第1阶段从1月8日11：00—23：00，挖土施工阶段。在土方挖完前2h，地铁结构发生了急剧上浮，最大量为1.02mm。从中可以分析出卸载对结构箱体有较大影响，也反映出先期结构箱体两侧土体加固效果不甚理想，主动控制箱体上浮措施收效甚微。

第2阶段为土方施工结束后12h，地铁箱体还是有一个较大上浮阶段，其中最大上浮0.35mm。这段时间内主要是进行清底工作，并未进行卸载施工。可见地铁结构在上浮过程中受到两侧土体及连接箱体的阻力，中间有个缓冲期。监测数据表明第一天地铁结构累计上浮3.39mm，已经大于控制值3mm。因此，正式施工期间原来的开挖方式就要做出调整。

第3阶段为土方施工结束后24～72h，为地铁结构的缓慢上升阶段。这段时间主要进行垫层施工后隧道结构底板钢筋绑扎。这个阶段结构箱体缓慢上浮应该是浮力与摩擦力及两侧箱体的阻力重新平衡的一个过程，这段时间结构箱体累计上升2.24mm，平均上升1.12mm/d，在控制值范围内。

第4阶段是土方施工结束后72～168h，为结构箱体的缓慢下降阶段。这一阶段主要是隧道底板浇筑及底板上强度后堆积砂袋压重施工。压重施工对结构箱体上浮有明显的抑制作用，随着重量增加还有缓慢下降趋势，但当压重达到设计值后曲线趋于平缓，箱体相对处于稳定状态。

历时曲线中每天都有一个明显下降的时间点，根据分析应该是仪器每天受地铁列车停运影响的结果，与挖土施工关系不大。

4.2 建议措施

1）土方施工中和土方施工后12h内，结构箱体发生较大上浮。应设法在24h内进行压重施工，力争将上浮量控制在3mm之内，确保地铁运营安全。

2）土方施工与后续施工衔接时间过长，致使结构箱体持续上浮，最后总上浮量达5.14mm，是总控制值的近50%。因此，施工中应加强组织协调，尽量缩短工序衔接时间，使地铁结构箱体压重时间尽量提前，控制箱体上浮量。

3）土方施工要尽量防止箱体发生倾斜，致使两个箱体接缝处拉力过大开裂，一旦发生开裂漏水，后果极其严重。

4）施工单位及时与地铁运营部门沟通，通报每天地铁结构变化情况，一边根据箱体变化情况采取相应措施（包括限速、护轨等）。针对监测反馈的情况，在后续的土方开挖中采取了如下措施，保证工程安全。

1）边挖土边压重。在土方施工过程中在基坑周边堆载砂袋，这样就可以减小卸载对箱体的影响。

2）在施工中采取预制垫层、预制钢筋网片、混凝土中添加早强剂等措施大幅缩短底板施工时间，尽可能早进行砂袋压重，从而在总体上控制箱体上浮量。

3）为防止两节箱体间变形过大，开挖过程尽量采用对称、平衡和同步的施工措施。

5 结语

施工中除了严格执行上述措施外，还采取了大量改进措施。基坑开挖时先开挖中间施工段土体和施工该段结构底板并充分考虑土体开挖及回弹的时空效应，严格控制施工时间，待该范围底板达到一定强度后，及时进行砂袋压重，然后依据“对称、平衡”的施工方式，开挖、施工剩余两侧箱段。西青道下沉隧道上跨地铁1号线段工程已顺利完工并且地铁1号线运营安全也未受到任何影响。

[1]许俊伟，王 刚.不同工法的暗挖车站上穿既有线对其以及周边环境的影响[J].市政技术，2010，28（4）：81-84.

[2]杜建华，杜华林.单拱暗挖车站上穿既有地铁线施工技术[J].铁道建筑,2010，（5）：64-68.

[3]孙玉永，周顺华，向 科，等.近距离下穿既有隧道的盾构施工参数研究[J].中国铁道科学，2010，31（1）：54-58.

U456.3

C

1008-3197（2011）04-49-04

2011-05-22

李兴祖/男，1971年出生，工程师，天津城建集团滨海路桥工程公司，从事工程技术质量管理工作。

□赵云非/中铁隧道集团有限公司技术中心。