新建地铁车站近距离穿越既有地铁隧道的变形控制分析

2013-04-11杜仲彬

科学之友 2013年2期

杜仲彬

（中铁上海工程局华海工程有限公司，上海 201101）

1 工程概况

某车站位于二环路东侧，东西走向。该车站的西侧有一地铁与公交交汇的站台，北侧则为城市铁路交通枢纽。从实际施工的状况上看，该车站主要使用的是明挖以及暗挖相结合的施工方式，其两端为明挖基坑，而中间的部分则穿过了正在运营以及使用当中的地铁线路。所穿越的地铁线路正好处于变形缝当中，既有线路道岔跨缝设置。同时，该车站的下穿结构顶板位于粉质黏土层中，而底板则位于中粗砂层与卵石层当中，侧墙从上到下经过的土层为粉土、粉质黏土、粉细砂、粉质黏土、中粗砂、卵石层。

2 穿越既有轨道交通路线施工步骤

2.1 施工状况分析

根据实际的案例分析了解到，该车站的结构设计为：长度31.25 m，断面宽度17.4 m，高度9.23 m。下穿施工当中，应穿越既有城市铁线车站和原有明挖基坑的围护桩。然而，当时并没有使用长大管棚支护的条件，那么在实际的施工当中，可使用“洞桩法与千斤顶托换”相互协作的平顶直墙密贴的方式进行穿越。在下穿施工之前，要在地面做好支顶桩施工，城市地铁的折返线外的基桩应打入地面，并将其灌注至工程项目设计的标高之后立即进行回填。折返线内则使用人工方式挖设孔桩。在顶桩施工完成之后才开始下穿施工。

2.2 施工步骤

①在密贴相关结构的底部、折返线的下端位置开挖，实现导洞的开挖，将这个导洞作为初期支护，同时还应在导洞内部打入预先设定的侧向注浆锚管，同时使用外侧的土体进行注浆加固。②在开挖好的导洞中施工托梁以及孔桩，并将托梁以及孔桩连接在一起，而后再进行托梁定折返线结构的浇筑施工。在托梁顶部预埋设注浆管道，并且在内阁仓中安置千斤顶。③开挖中间导洞，同时加固导洞两侧的土体。当开挖施工完成之后，还要在其内部施加一种条形基础，在条形基础的上面安置横梁以及型钢为猴子称。在条形基础的左右两侧还应设置7个千斤顶，并将其安置在折返线结构地板上作为结构的支撑。④将剩余的导洞土体开挖完成，而这些导洞的设置一般都具有对称性。⑤将导洞的隔壁进行分段拆除，并将其作为顶板结构，顶板中的钢筋穿越支撑型钢并且应绑扎固定，同时还应将相应的支撑埋入顶板结构体系当中。在对顶板分段施工之时，应将千斤顶放入顶板的上方，同时顶紧导洞，将其作为导洞的初步支撑体系。⑥盖设导洞下方的土体要埋到基底部分为止，并且一边进行土体开挖的施工，一边进行钢支撑的设置，同时在各个支撑桩之间注浆锚管，进行网喷支护的施工。⑦最后进行底板的施工，在基桩与结构侧墙之间砌砖并进行回填，拆除钢支撑从而便于侧墙的施工。在折返线以及结构顶板的孔隙当中，应使用混凝土进行必要的施工回填。

3 施工难点分析

一方面，在下穿施工部位上方的折返线的交叉渡线的跨缝处理时，所设置的道岔往往对于变形缝的不均匀沉降有着较高的要求；另一方面，在下穿施工时，其上部分则正好为折返线结构当中的两条变形缝，由此将导致折返线结构的整体刚度较差，一旦该部分沉降，则十分敏感。那么在实际施工过程中，一定要做好工程项目施工工序的评估，否则将产生较大的风险。

首先，在开挖中导洞的施工中，若是工程项目的变形缝下方设置未达到支撑顶板的要求，则将导致暗挖断面较大，从而造成较大的风险。

其次，在拆除中隔壁的施工当中，其顶板结构的施工以及中隔墙的拆除施工等都需要进行受力转换，导致绑扎钢筋以及混凝土浇筑施工中所使用的时间较长，由此也将导致较大的风险。

最后，在盖挖下方土体的施工当中，往下开挖施工过程中往往容易导致围护桩土体的脱落现象，甚至将出现基坑自身变形，从而导致施工风险。

其上所述风险，往往也是工程项目施工中的难点问题，因此在实际工程项目的穿越施工中应更加注意。

4 既有地铁隧道的变形控制

4.1 结构变形控制

城市轨道结构的沉降，应以相应工程项目的沉降量以及轨道结构的特点为基础，可使用在垫板下面加垫的方式实现对轨道面标高的调整和设置。对于道床开裂以及道床与隧道剥离的现象，可使用AB树脂进行修补，并且使用无压灌注方法，灌浆的材料应达到强度等级C15，同时在通车前2 h内完成施工。

4.2 结构沉降控制

若是既有地铁隧道结构在沉降上超过了一定的范围，要在一定程度上迅速、及时地减少以及消除既有结构的沉降现象，保护既有线路的正常运行，保证施工中的安全，可在工程项目的施工当中使用PIC液压同步控制顶升技术。PIC液压同步控制顶升系统是由4个部分构成，分别是液压系统、检测传感器、计算机控制系统以及千斤顶所构成，使用PIC技术来控制既有地铁结构沉降。

既有地铁隧道结构沉降在很大程度上是由于下穿结构施工而造成的沉降。下穿结构的施工顺序为：①1号导洞的开挖并施加支护。②开挖好的1号导洞位置打桩，并施加L形托梁。③2号导洞的开挖，以条形基础和钢作为支护的支撑。④2号导洞位置以千斤顶为支撑，开挖3号导洞。⑤拆除导洞隔墙，下穿结构顶板的实施。⑥下穿结构主体的开挖，而后以锚索和钢作为支撑。⑦下穿结构的边墙和结构底板的施工。⑧千斤顶拆除并回填施工空隙。

相应的施工工序如图1、图2所示。

图1 ①~④施工工序

图2 ⑤~⑧施工工序

根据上述施工工序，分为3个阶段进行沉降变形的控制。

第一阶段，1、2号导洞开挖完成之后，在3号导洞开挖之时，也就是下穿结构施工顺序的第4个步骤起，在导洞中安装PIC液压同步顶升系统，同时将在1、2号导洞内部、结构工程项目设计的位置布设下千斤顶。在3号导洞开挖施工过程当中，要根据工程项目测量的施工数据要求进行合理的顶升，由此在实际的施工过程中就实现了既有地铁隧道结构的沉降控制。

第二阶段，下穿结构施工到分段拆除导洞隔墙之时，也就是下穿结构施工到第5步时，在下穿结构的顶板结构的施工中。若是顶板的结构达到了工程项目设计的强度，则可在顶板上施以支撑，从而支撑住开挖的导洞。第二阶段的施工中，顶板结构的施工要分段进行，在实际的工程项目施工当中，可适当对千斤顶的位置和布置的数量进行调整，甚至还可对既有地铁隧道结构加以顶升施工，通过多种方式控制既有地铁线路的沉降。

第三阶段，下穿结构施工弯沉的施工中，也就是施工顺序的第7步，要保证地铁线路结构达到施工的强度要求，则应根据工程项目参数的检测以及计算的需要顶升既有地铁隧道结构以及线路，将地铁线路的沉降保持在控制的区域内。

在地铁线路的工程设计施工中，其顶力的计算以及千斤顶所需使用的数量分析，PLC液压同步控制顶升系统在实际施工中应配置：1台PLC液压控制总站，2台控制子站，30台200 t千斤顶。在第一阶段的暗挖施工，暗挖施工段一侧的1号导洞位置施加8台千斤顶作为支撑，明挖施工段一侧1号导洞施加6台千斤顶作为支撑。2号导洞位置钢支撑的两边沿着2号导洞位置对称施加14台千斤顶。在第二阶段以及第三阶段的明挖阶段当中，要沿着地铁隧道侧墙的位置均匀施加20台千斤顶，千斤顶布置的距离保持在1～2 m，在既有地铁隧道的暗挖施工段施加8台千斤顶。

在实际的顶升施工当中，既有地铁隧道结构通过千斤顶进行支撑，在每一次顶升施工完成之后，要采取压浆等处理措施，在处理施工完成后使用PLC液压同步控制顶升系统，通过将千斤顶进行收油，同时既有地铁线路的隧道结构还是通过支护结构进行受力支撑。