砂卵石地层暗挖车站零距离下穿既有市政隧道施工技术

摘要：本文主要介绍成都地铁2号线中医学院站主体零距离下穿成都市一环路隧道暗挖施工技术，并对暗挖段、隧道内和地表监测数据进行了分析，可为今后类似工程的施工提供参考和借鉴。在城市下穿既有隧道等类似立体式、交叉式隧道施工中，对施工方案的选取应考虑在确保安全、质量的前提下，提高可操作性和经济效益，且不可忽视环境因素对方案的影响。

关 键 词： 暗挖 零距离下穿 钢架牛腿 监控量测

中图分类号：U45文献标识码：A 文章编号：

Abstract： This paper mainly introduces the Chengdu Metro Line 2College of traditional Chinese medicine main zero distance in Chengdu City ring road tunnel construction technology, and the excavation section, tunnel and surface monitoring data were analyzed, for the construction of similar engineering in the future and provide reference. In the city under existing tunnels and other similar three-dimensional, cross tunnel construction, the construction plan selection should be considered in safety, the quality of the premise, to improve the operability and economic benefits, and can not be ignored the influence of environmental factors on the project.

Key Words：Excavation; Zero distance under wear; Steel corbel; Monitoring and measurement.

引言

随着我国国民经济和社会的发展，城市地铁在城市交通中的作用越来越明显，许多城市都在修建地铁。地铁项目均处在城市繁华地段，周边建筑物林立，地下管线密集，环境极其复杂。由于受地铁线路等各种外界条件的限制，地铁车站下穿既有市政隧道、建筑物等情况屡见不鲜。砂卵石地层暗挖车站零距离下穿既有市政隧道施工就是一个新的挑战、一个实例。在复杂环境条件下，影响暗挖车站下穿既有市政隧道施工的因素很多，施工极其困难。因此，需要对施工方案进行认真比选、优化，以保证施工安全和质量，并尽量提高施工方案的可操作性和经济性。本文以复杂环境条件下某暗挖车站零距离下穿既有市政隧道为例，对既有下穿隧道下空隙土直接开挖方案、钢筋网片+喷砼方案的比选进行介绍，阐述各方案的优缺点，在此基础上对原方案进行优化，并介绍了优化方案实施后的效果，以期为今后复杂环境条件下其它零距离下穿既有市政隧道施工提供参考和借鉴。

1工程简介

成都地铁2号线中医学院站(以下简称“本站”)位于成都市主干道蜀都大道与一环路交叉路口处，为2、4、5号线三线换乘车站。2、4号线“平行、同站台”换乘，沿清江东路和十二桥路东西向布置，两端为盾构区间；5号线位于站厅层，沿一环路下穿隧道两侧南北走向布置。车站平面位置(见图1)。

图1车站平面位置示意图

车站两端施工为盖挖顺做，过一环路公路下穿隧道部分为暗挖施工。暗挖段与公路下穿隧道斜交角度57度，公路下穿隧道为双向四车道公路隧道，隧道宽度18.5m，且已施工完成并通车。暗挖段施工期间，公路下穿隧道正常通车。暗挖段为“三柱四跨”结构，埋深越10m，暗挖段宽度32.8m、净高8.08m，全长33m。暗挖段下穿一环路隧道纵剖面关系(见图2)所示。

图2暗挖段下穿一环路隧道纵剖面示意图

2工程地质

根据地质勘察报告及两端盖挖部分开挖揭露显示，市政隧道范围内地层主要为杂填土、素填土及卵石层，其均匀性较差，自稳性差，易坍塌。暗挖段结构范围内地层主要为稍密~密实卵石土层，地质条件较好。

3施工难点

本站施工难点在于：①暗挖隧道开挖过程中，在暴露隧道底板后确保隧道结构安全；②在超厚喷砼层喷射密实施工中控制超厚砼层喷射的质量；③施工中，有效控制结构围护桩、下穿隧道围护桩及周边地面沉降；④暗挖隧道开挖过程中，对于上方管线的保护等。

4原设计方案及优化变更方案

4.1原设计方案

原设计方案未考虑下穿隧道凹槽处距离结构顶板高差较大，暗挖段顶纵梁处在初支钢架以上（即车站暗挖段顶板与下穿隧道底板间存在约50cm的空隙），开挖时，空隙处土体无法存留，会自然塌落，可能会引起下穿隧道沉降、开裂等不安全因素。(见图3)下穿隧道底板与原设计方案顶板位置关系断面图。

图3下穿隧道底板与原设计方案顶板位置关系断面图

4.2优化变更后方案

优化方案对应车站暗挖段初支钢架与下穿隧道底板间空隙的其他部位采取“挂网+喷砼”的方式填充，同时在施工前预埋好注浆管等背后回填注浆措施，以注浆回填方式确保空隙处喷射砼的密实度。下穿隧道与结构顶板空隙处的“挂网+喷砼”方式如图4所示。

图4 “挂网+喷砼”方式示意图

5施工方法

5.1开挖

暗挖段结构开挖采用CRD法，小型机械辅以人工进行开挖，暗挖段结构分3个洞室进行开挖，每个洞室分上下台阶法进行开挖，台阶长度2～3m。每相连两个洞室距离约6.3m～6.8m，同侧上下台阶距离5m～7m，开挖循环进尺为0.5m。CRD法施工现场照片（见图5）

图5CRD法施工现场照片

开挖施工步序：开挖Ⅰ部并支护→滞后于Ⅰ部5～7m开挖Ⅱ部并支护→滞后于Ⅱ部10m开挖Ⅲ部并支护（Ⅲ部采用小型挖机开挖，一次性开挖成型）。以上步序完成后，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ部开挖支护作业平行进行。开挖步序（见表1）所示。

对于车站暗挖段的开挖过程中，对车站暗挖结构顶部与一环路下穿隧道底板之间约50cm的厚度的土体是无法保留的，为此，对该段的土方进行一次性开挖掉，在开挖时采用人工开挖，以保证上部下穿隧道底板结构不受破坏。

图 例 说 明

先开挖Ⅰ部两侧土方，保留核心土，开挖完毕后架立Ⅰ步钢架，并打入φ42砂浆锚杆（间距1×1m，L=4.5m）。架立完毕后进行喷砼并挖除核心土。

先开挖Ⅱ部两侧土方，保留核心土，开挖完毕后架立Ⅱ部钢架与Ⅰ部钢架连接并施做临时仰拱，在Ⅱ部钢架两侧打入φ42锁脚锚杆及φ42砂浆锚杆（间距1×1m，L=4.5m）。架立完毕后进行喷砼并挖除核心土。

Ⅲ部开挖采用小型挖机进行开挖，一次性开挖成型。开挖完毕后，架立Ⅲ部钢架，在Ⅲ部钢架两侧打入φ42锁脚锚杆及φ42砂浆锚杆（间距1×1m，L=4.5m），并进行喷砼封闭成环。

表1 开挖步序表

5.2支护

暗挖段初期支护由C25S6早强砼+钢筋网喷砼+I28a和I22a型钢钢架联合支护体系组成，钢架之间用纵向连接筋连接，环向间距1m，双层布置，型钢钢架接头处型钢与钢板之间的连接均采用焊接，并延伸至一环路公路下穿隧道底板底，钢板与钢板之间采用φ26普通螺栓连接，每榀格栅钢架脚部两侧各设置两根φ42无缝钢管，L=3.5m，壁厚3.5mm，与格栅焊接牢靠并注浆密实。

开挖洞门马头门时，洞口加强密排三道钢拱架，间距一米3榀。超前支护采用φ42超前小导管，L=4.5m，初支喷射C25S6砼，锁脚锚杆采用D42钢管，架设I28型钢钢架，挂双层钢筋网，边墙设φ42砂浆锚杆。挂网施工（见图6）所示，型钢钢架架立施工（见图7）所示。

图6挂网施工图7型钢钢架架立施工

5.3回填注浆

暗挖段两端与东西端基坑围护桩间各有一段土体，开挖时该段土体悬空，开挖前需对暗挖结构顶板以上即主体围护桩与一环路下穿隧道间的土体进行超前注浆加固，高度范围5～6m，且在开始施工过程中，在一环路公路下穿隧道底板顶进行开孔注水泥砂浆加固。回填注浆现场施工见图8所示，一环路公路下穿隧道底板水泥砂浆施工见图9所示。

图8回填注浆现场施工照片 图9一环路公路隧道注浆现场照片

6监控量测

与暗挖段临近的建（构）筑物主要为一环路下穿隧道,临近的建（构）筑物结构型式及与暗挖段的位置关系（见表2）所述。

名称 建造年代 结构形式 基础形式 基础埋深 与车站关系

一环路隧道 2004年 矩形双室预应力钢筋砼框架结构，总长123.1m，单室净宽8.25m、总净宽17.1m，全宽18.5m、高7.32m，顶板厚0.7m、底板厚0.75m，底板为预应力钢筋砼结构。 隧道设计时已考虑后期地铁施工，隧道按桥桩结构设计：隧道下在地铁车站两侧设计有两排14m长φ2000mm摩擦桩桩基（每排4根）和2m高、2.2m宽预应力盖梁支托隧道 底板埋深8.9m，桩底埋深约25m。 暗挖段初支结构紧贴隧道底板。

表2临近建（构）筑物结构型式与暗挖段关系

临近的管线情况：沿下穿隧道西侧有1条DN1400的给水管道，暗挖段上方横跨下穿隧道有1条DN600给水管。

各类地下管线与暗挖段关系（见表3）所列

表3 各类地下管线与暗挖段的关系

综上所述，暗挖段与一环路公路隧道零距离下穿，对其影响较大，且周边管线较为密集，故暗挖施工过程中需监测的项目除暗挖结构自身外，同时对一环路下穿隧道、跨线桥、地下管线及暗挖段两端围护结构进行重点监控量测。

具体监测项目及频率（见表4）所列。

各监测断面变形量测间隔除满足上表要求外，同时根据变形速率调整有关项目量测间隔，调整标准（见表5）所列

量测项目 量测类别 量测方法 量测布置 时间间隔

1～15天 16天～1个月 1～3个月 3个月以后

围岩及支护状态观察 必测 岩性及结构面产状、支护面裂缝观察、地质罗盘等 每开挖一环 每次开挖后进行

底板下沉 必测 精密水准仪、铟钢尺 纵向间距5m 1～2次/天 1次/2天 1～2次/周 1～3次/月

洞周位移 必测 收敛计 纵向间距5m 1～2次/天 1次/2天 1～2次/周 1～3次/月

地面沉降/建筑物位移/建筑物裂缝 必测 精密水准仪、铟钢尺 纵向间距5m

同时根据建筑物情况调整 开挖面距量测断面前后＜2B时，1～2次/天

开挖面距量测断面前后＜5B时，1次/2天

开挖面距量测断面前后＞5B时，1～2次/周

表4监测项目及频率

表5以变形速率确定的监测频率

表6 监测控制表

7市政隧道结构变形及对策

下穿隧道出现沉降超过允许值或结构局部开裂超过允许范围但不影响正常运营情况下的对策。

①暂停暗挖段的开挖，对掌子面进行“锚、网、喷”封闭处理并注浆加固。

②尽快完成已初支地段的二次结构施做，或搭设满堂红脚手架临时支托，以免下穿隧道继续过量的沉降或变形。

③回填初支背后与下穿隧道底板间的空隙，并注浆填充密实。

④加密观测点，提高监测频率，密切关注下穿隧道及暗挖结构动态。

⑤会同设计、监理等相关单位协商目前问题的解决办法及后续施工措施，待妥善处理后再恢复正常施工。后续施工时，根据监测情况及协商意见，必要时通过减小型钢钢架间距、缩小开挖步距、提高二次结构配筋、厚度、提高砼标号等措施降低施工风险、加强支护。

8几点体会

伴随着城市的高速发展，高楼林立，“上有天桥，下有隧道”此类复杂条件下穿越既有建筑物的情况会越来越多。研究和总结复杂情况下下穿既有建筑物的暗挖施工技术，对今后此类工程实施具有很好的借鉴作用。

此车站“站隧斜交，车站零距离下穿既有运行隧道”，特点鲜明且具有代表性。由于受既有市政隧道、周边建筑物、密集管线等复杂环境条件影响，车站下穿既有建筑物施工难度很大。根据现场实际情况，经充分调研，对原方案进行了优化，最终才用“挂网+喷砼”支护方案对下穿隧道空隙处进行支护，效果良好。

尽管优化方案取得了较好的效果，但是，在对周边建筑物的沉降控制上、厚喷砼施工质量上、回填注浆饱满度上、初支内通条形梁实施难度等方面，仍需在今后的工程实践中认真研究，做进一步优化。

与此同时，能否在暗挖初支内增设千斤顶对市政隧道底板预加力来控制隧道沉降，是对今后类似工程的一个思考和探索，需在今后工程实践中却证实其可行性和实施效果。

通过上述阐述，可以看出：方案的选取应确保安全、质量的前提下，提高其可操作性和经济效益，且不可忽视环境因素对方案的影响。

参考文献：

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[2]张成平;张顶立;吴介普;骆建军;;暗挖地铁车站下穿既有地铁隧道施工控制[J];中国铁道科学;2009年01期

[3]陈星欣;白冰;;隧道下穿既有结构物引起的地表沉降控制标准研究[J];工程地质学报;2011年01期

[4]李奎;李志业;高波;;既有地铁车站结构安全性评估方法研究[J];岩土力学;2011年04期

[5]闫超平;下穿地下管线浅埋暗挖隧道施工关键技术研究[D];西南交通大学;2010年

文献[1]、[2]、[3]、[4]介绍了盖挖逆作法的设计、施工及在我国地铁工程中的应用情况；文献[5]、[6]、[7]、[8]介绍了深基坑开挖、围护结构施作、变形等情况；文献[9]、[10]、[11]介绍了基坑工程支撑系统的拆除方法。尽管这些文献对下穿既有隧道施工方法、沉降控制作了详细描述，但是均未涉及复杂环境下零距离下穿既有市政隧道特有的施工方法。本文以复杂环境条件下某暗挖车站零距离下穿既有市政隧道为例，对既有下穿隧道下空隙土直接开挖方案、钢筋网片+喷砼方案的比选进行介绍，阐述各方案的优缺点，在此基础上对原方案进行优化，并介绍了优化方案实施后的效果，以期为今后复杂环境条件下其它零距离下穿既有市政隧道施工提供参考和借鉴。

作者简介：石达强1976-），男，汉族，河北省三河人， 2007年毕业于西南交大铁道与道路工程专业，本科，工程师，现从事隧道及地下结构的施工。

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