北京地铁6号线下穿既有4号线区间盾构隧道施工技术＊

袁金秀 王道远 李 栋

（1.河北交通职业技术学院土木工程系，050091，石家庄；2.中铁十四局集团有限公司，250014，济南∥第一作者，讲师）

北京地铁6号线一期工程的平安里站——北海北站区间线路的起点位于平安里站东端（如图1）。该区间起止里程为K8＋469.725～K9＋599.691，线路长约1 130 m，起始点左、右线间距16 m，之后随着线路向东延伸左、右线间距逐渐减小，在K9＋0.000处，左、右线间距最小减至为12 m。4号线为既有区间盾构隧道，单线隧道直径为6 m；6号线暗挖段采用了单线单洞马蹄形断面、复合衬砌结构（如图2），隧道埋深16.6～20.32 m。6号线在K8＋495～K8＋510处垂直下穿地铁4号线平安里站南端的盾构隧道。下穿段6号线区间隧道拱顶与既有4号线盾构隧道结构仰拱的净距约2.61 m。该区域内地层主要为圆砾卵石层、中粗砂层。在建6号线下穿既有4号线区间盾构隧道工程主要有以下几个特点：①在建隧道左、右线距离近，施工相互干扰大；②在建隧道与已建区间盾构隧道的上下净距小，稍有不慎易造成对既有地铁线的破坏；③在建隧道采用矿山法施工，缺乏盾构壳体的保护，自身施工存在一定风险；④地表建筑物密集，施工过程中的安全问题更为严峻。因此在既有线正常运营条件下，采用合理施工方案以确保矿山法隧道施工的工期和安全，是施工的关键［1－2］。

图1 工程总布置图

图2 北京地铁6号线隧道结构断面图（尺寸单位：cm）

1 施工方案

隧道开挖前，土体处于稳定的平衡状态，隧道开挖破坏了土体的平衡状态，引起隧道周围土体向洞内变形。为了保持隧道开挖后的空间和维护围岩的稳定，必须施作支护。开挖隧道，要尽可能维持土体原有的稳定状态，对围岩尽量少扰动、少破坏，只有依据这一机理来确定下穿既有线的隧道开挖方案，方能控制在建隧道上方的土体沉降［3－8］，保障上方既有地铁线的正常运营。

1.1 总体方案

矿山法施工的北京地铁6号线下穿既有4号线区间盾构隧道有其自身特点，为确保施工过程中新建隧道和既有线隧道的安全，采取了如下的综合技术措施：打设竖井，开挖、支护横通道及掌子面封端；采用WSS（深孔注浆）工法对下穿段6号线区间正线上方断面土体进行深孔注浆加固，同时进行横通道下导洞马头门的破除（破除时采用工字钢加钢筋网片封闭施工面）；在小导管补注浆条件下，采用上下台阶预留核心土法进行区间正洞开挖，并在上下台阶间加设临时仰拱，按照“严注浆、早封闭、适时补强”的原则，先施工区间左线，施工时应步步为营、随挖随撑，及时施作初期支护，左右线掌子面拉开距离为10～15m；待6号线下穿段过既有线隧道并开挖支护30m后，分段拆除区间正线临时仰拱，施作区间正线二次衬砌；二次衬砌施作完毕后破除临时封闭的掌子面继续向前进行区间隧道的开挖与支护。

1.2 具体施工方案

1.2.1 超前预加固

二重管无收缩定向旋喷的WSS工法是一种定压、定量、定向的地基基础处理工法。它采用特殊的端点监控器和二重管喷射方式，其注入系统设备简单、可靠性高，可进行一次、二次喷射切换，回路变换装置容易实行，能实行复合喷射。在北京地铁6号线下穿既有地铁4号线的区间正线开挖前，采用二重管无收缩定向旋喷WSS工法对下穿段区间正线29.765m长范围内上部断面土体进行深孔注浆加固。深孔注浆孔及加固范围如图3所示。

图3 6号线下穿段深孔注浆图（尺寸单位：cm）

深孔注浆加固分两段进行施工：第一注浆段长16m，在区间进洞前施工，自横通道内向区间正线土体水平钻孔；待正线施工约14m时，在正线隧道内进行第二段深孔注浆，并与前一加固段搭接2m，完成剩余约16m的深孔注浆加固施工。拱部注浆孔以一定的仰角打设，以保证4号线既有隧道下方60cm土体不受扰动。

注浆孔采用水平钻机打设。其钻机钻杆可360°调整角度。注浆采用二重管喷射式注浆，注浆扩散半径为0.5～0.7 m，注浆压力小于1.5 MPa。使用的喷入管直径为φ42 mm，在端点装有管内混合器，使浆材充分混合。用注浆泵将A、B（C）无收缩双液浆分别压入外管和内管，并在二重管的端头混合室内混合，通过滤网在水平方向实行喷射，使浆材能浸透到地层中。其深孔注浆工艺如图4所示，双浆液配比如表1所示。

1.2.2 马头门洞口施工

破除马头门进洞前，在横通道内施做正线洞口门形框架梁。框架梁采用I20b工字钢，如图5所示。在框架梁顶梁部位向横通道侧壁初期支护内植入φ25mm钢筋，间距为1m，在顶梁上下侧交错布置，并与顶梁焊接牢固；然后进行超前小导管注浆并喷射混凝土，形成整体。中间立柱梁直接锚入横通道仰拱内。这样进洞前在横通道内形成破除马头门后的支撑体系，以防止破除正线马头门时沉降过大。

依次分步破除6号线区间上台阶处的横通道竖壁初期支护，及时架设格栅拱架及临时竖隔壁并与横通道断开的拱架焊接牢固，喷射混凝土封闭。临时竖隔壁仅在进洞前三榀格栅施作，然后进行6号线正线区间隧道施工。

图4 深孔注浆工艺流程图

表1 A、B（C）化学浆注浆材料配比表

图5 马头门框架图

1.2.3 正洞施工

6号线区间隧道采用上下台阶预留核心土法施工。土体开挖前，掌子面打设超前探管，以初步探测前方地质情况。如深孔注浆加固效果不理想，则须在深孔注浆孔间插超前小导管。小导管采用φ32mm钢花管，长2.4m，环向间距为500mm，隔榀打设。施工时应及时架立格栅钢架，挂网喷射混凝土，区间正线进洞前三榀格栅密排；在拱脚处垫设方木并打设锁脚锚管（格栅的每个拱脚各布设2根长2.5m锁脚锚管），以抑制拱脚下沉。

区间正线开挖时应设置临时仰拱。临时仰拱设置在上台阶拱脚处。区间隧道开挖后，应及时架设格栅钢架并网喷混凝土封闭成环。为提高初期支护整体受力性能，前后两榀格栅之间应纵向设置连接钢筋。初期支护施工时预埋φ32mm钢管作为初期支护背后回填注浆管，其间距为3m×3m。初期支护闭合成环2m后应及时进行初期支护背后的回填注浆（回填注浆顺序如图6所示）。

图6 回填注浆顺序图

2 现场沉降测试

在矿山法施工的6号线下穿既有4号线盾构隧道的全过程中，既有4号线盾构区间的安全是施工全过程中的关键。而4号线的沉降控制又是重中之重，因此在新建隧道上方40m范围内，采用静力水准系统进行远程自动监测。

2.1 现场测点布置

以4号线上下行两隧道的中心线为基准，沿地铁4号线隧道边墙按5～8m间距布置7个静力水准仪，并在沉降影响范围外上下行线各设1个静力水准仪，则4号线上下行隧道内共设有16个静力水准仪进行隧道结构沉降观测；同时分别在0.6m深的中间排水沟中按5～8m间距布置7个静力水准仪，则上下行线共设有14个静力水准仪进行道床沉降观测。其监测点布置如图7所示，静力水准仪现场布设如图8所示。

2.2 沉降测试结果

6号线正线左、右线分别于2009年7月17日和2009年7月20日开始深孔注浆，至2009年7月26日注浆完毕。图7中的观测点于2009年7月25日布点完成并读取初始值。经观测，各主要观测点沉降量于2009年8月24日逐渐趋于稳定。图9给出了2009年9月25日4号线上、下行线道床及边墙各监测点的沉降情况。

从图9中可以看出，在下穿既有4号线的过程中，4号线道床及边墙结构沉降呈“倒双驼峰”型规律，其沉降最大值几乎都发生在下穿的6号线左、右线拱顶上部。4号线上下行线中最大沉降发生在图7的s3点位，其值为6.94mm。主要监测点沉降量均未超出允许值10mm，故既有4号线始终处于安全控制范围内。这得益于下穿段开挖前WSS预加固措施和合理的上下台阶预留核心土施工方法。

图9 4号线主要监测点最终沉降曲线图

3 结语

本文所介绍的下穿北京地铁4号线区间盾构隧道的6号线暗挖段方案，于2009年7月开始施工，至2009年10月顺利穿越。现场监测表明，在施工全过程中既有4号线道床及边墙结构沉降均在设计允许范围内。本文的施工方法可供类似工程参考。

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