苏州街站后停车线区间横通道施工工法

贺彦卫

（青岛市地铁一号线有限公司，山东青岛　266034）



苏州街站后停车线区间横通道施工工法

贺彦卫

（青岛市地铁一号线有限公司，山东青岛266034）

摘要北京地铁16号线苏州街站后停车线区间横通道兼作盾构机接收、平移、吊出通道，开挖断面较大。该盾构接收施工通道原设计方案为CRD法施工，在竖井开挖过程中发现该区域地下水位高，降水施工极为困难。为确保盾构接收通道施工安全，从工期、沉降等方面对CRD法和洞桩法2种施工方案采用有限元数值模拟对比分析。结果显示：洞桩法地表沉降值远小于CRD法；导洞开挖、扣拱及中板以上结构未进入地下水标高范围内，不存在地下水干扰，工期及风险可控；扣拱及负一层结构完成后，横通道受力框架已形成，负二层土方开挖及结构施工在边桩支护下，虽局部存在地下水，但风险可控。故将设计方案变更为洞桩法。实施结果证实洞桩法用于富水卵石地层暗挖地下工程效果比较显著。

关键词区间盾构；接收通道；洞桩法；CRD法；降水

1　工程概况

北京地铁16线工程土建施工11合同段，位于北京市海淀区，包括苏州街站及站后停车线区间。其线路沿苏州街路下敷设，北起苏州街与人大北路路口的苏州街站，南至人民大学西门外万泉庄桥北，单线长度约408 m［1］。停车线区间与万泉庄桥以南的盾构区间相接，停车线末端需设置盾构接收临时施工竖井、横通道满足南侧区间盾构机平移吊出需求。盾构接收施工横通道平面位置见图1。

图1　盾构接收施工横通道平面位置

盾构接收施工横通道采用复合式衬砌结构［2］。结构净宽10 m，双层结构总净高18. 7～12. 7 m。在竖井二衬回筑完成且达到设计强度后方可进洞。横通道开挖宽度12. 3 m，开挖高度21. 1～15. 1 m，覆土14. 0 ～20. 4 m，原设计方案采用CRD法（图2），分三跨、五层开挖，采用格栅钢架喷射混凝土初期支护。横通道结构剖面见图2［1］。

图2　盾构接收横通道结构剖面（单位：mm）

盾构接收横通道开挖地层从上至下依次为⑤卵石层、⑥3细中砂层、⑥粉质黏土层、⑦卵石层和⑧粉质黏土层。施工影响范围内的地下水主要为上层滞水、潜水、承压水或层间水，赋存介质主要为卵石圆砾、砂土和粉土［3］。横通道中楼板以下结构所在地层以卵石层为主，围岩均属Ⅵ级，围岩稳定性较差，开挖后自稳时间短，施工时如不及时进行有效支护，易发生坍塌现象。上层滞水的水位位于横通道拱顶，可通过降水井抽降。施工影响范围内地下水为潜水，潜水水位标高约24. 05 m，位于第三层施工导洞底板位置。潜水水位较高，对横通道施工有较大的影响。降水井可以疏干上层滞水，但对于地层潜水及承压水收效甚微。带水作业使CRD工法存在较大安全风险。

盾构接收施工横通道上方环境复杂，风险源众多。苏州街下方盾构接收横通道下穿管线统计见表1。

表1　苏州街下方盾构接收横通道下穿管线统计

2　变更方案

盾构竖井降水设计为内外两层，共计25眼流量32 m3/h的水泵降水施工，竖井开挖至勘探潜水位标高时出现了大量涌水，后经多方研究更换为流量80 m3/h的水泵，地下水位仍无明显变化，遂对竖井提前封底。

根据竖井开挖对地下水位的揭露，通道原设计的CRD法施工方案存在较大风险。具体为：①该区域地下水位高，水流量大，补勘发现该处地下承压水隔水层断裂，承压水标高为24. 05 m，井点降水难度极大；②该区域交通流量较大，降水实施难度大，降水施工滞后；③通道上方大型管线多，对沉降要求苛刻，采用三跨、五层CRD法施工工序多，节点多，极容易塌方，沉降控制难度大［4］；④CRD法施工横通道第三、四、五层导洞，因是富水卵石地层暗挖作业风险大［5］。

施工方案变更为洞桩法，横通道结构施工断面同原设计方案。由于竖井衬砌已施工完成，边洞不具备直接进洞开挖及成桩钻机进洞施工条件，在通道中部增加施工通道（通道长约15 m，宽3. 5 m，以满足成桩钻机施工要求）。施工通道端部设置边洞。横通道双层段边洞开挖宽度4. 6 m，高8. 4 m；横通道单层段边洞开挖宽度4. 6 m，高5. 4 m，边洞间距6. 6 m。盾构接收施工横通道变更后方案见图3。

图3　盾构接收施工横通道变更后方案

3　方案对比分析

3. 1工期对比

方案变更前后工程计划总工期相当，但CRD法开挖过程中，地下水的影响较大，可能造成干扰，工期不可控。洞桩法实施过程中因避免了富水卵石地层暗挖施工，工期可控。

3. 2沉降分析

采用数值模拟方法对洞桩法与CRD法地表沉降及施工过程中对称轴处沉降进行分析［6］。运用有限元计算软件［7］对两种方案进行数值模拟分析，地层参数与实际相符，使用MIDAS［8］建模，FLAC3D计算。考虑工程的需要和计算的误差以及有限元离散误差，选取的计算范围：上取至地面，下取至洞底下50 m处，横向两边取至距离洞室中线50 m。由于通道沿纵向长度较大，考虑模型的简化，取暗挖中心段纵向两跨计算。模型尺寸在X，Y，Z 3个方向长度分别为100，75，14 m。模型地面定义为自由边界，其余各面均施加法向约束。有限元模型见图4。

1）洞桩法

洞桩法沉降曲线见图5。部分地表沉降数据上升是因为模型保持了和CRD法相同的应力释放系数，未开挖土体和模型中的初期支护节点是刚性连接，在土体开挖后相当于施加在初期支护上的荷载减小，所以出现后续施工阶段沉降曲线不降反升的情况。实际施工中，出现上升的可能性很小。

采用洞桩法施工暗挖作业时间较短，开挖期间地表沉降较小，约为6. 5 mm（见图5（a）），在后续洞内机械成桩、结构施工过程中对称轴处拱顶累计最大沉降约为16 mm（见图5（b））。

2）CRD法

CRD法施工初期支护时间较长，导洞上下层叠加造成累计沉降较大，且地表沉降影响范围较大。CRD法沉降主要发生在开挖的最后3个阶段。地表最大沉降为29. 7 mm（见图6（a）），拱顶处最大沉降46. 1 mm（见图6（b））。而洞桩法主要沉降发生在扣拱施工阶段，最大理论沉降为16 mm。总体上看，洞桩法地表沉降值远小于CRD法，具有明显优势。

3）采用洞桩法施工优点

洞桩法相比CRD法主要主要优势是地表沉降量小，断面利用率高，临时支撑少［9］。就本工程来说减少了地下水的影响，具体表现为：①导洞开挖、扣拱及中板以上结构所处地层的地下水可通过降水井疏干，不存在地下水干扰，工期及风险可控；②扣拱及负一层结构完成后，横通道受力框架已形成，负二层土方开挖及结构施工在边桩支护下，虽局部存在地下水，但风险可控。③CRD法施工在导洞开挖初期就需要进行降水作业，且降水周期长，会因降水引起一定沉降［10-11］。而洞桩法施工抽水时间较CRD法减少7个月，有利于控制沉降。

图6　CRD法沉降曲线

4　结语

本工程前期在竖井开挖期间地下承压水的水位高，抽水量大，且横通道开挖前经过20 d抽排水测量静态水位无明显下降，如仍采用原方案暗挖富水卵石层，存在较大的安全风险。如将CRD法施工横通道方案调整为洞桩法，则可以规避带水开挖卵石层的施工风险，同时减小地表沉降。故采用洞桩法施工。

实际施工结果表明洞桩法施工该横通道过程中即使带水开挖作业，土层亦无大范围坍塌，降低了施工的安全风险。监测数据表明：地表及地下管线沉降都在设计允许范围内，管线及地表构筑物安全可控。破除初支量少，减少了废弃工程量，降水周期短，降低了成本。

采用洞桩法施工该横通道，对于本工程地质情况而言安全、经济、可行。对于类似地层情况的其他工程亦可提供参考。

参考文献

［1］北京市市政工程设计研究总院有限公司.苏州街站后停车线区间盾构接收横通道边桩及冠梁结构图［Z］.北京：北京市市政工程设计研究总院有限公司，2014.

［2］叶铭，孟伟.复杂环境条件下盾构接收井的设计［J］.隧道建设，2010（5）：546-548，553.

［3］国家质量技术监督局，中华人民共和国建设部. GB 50307—1999地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范［S］.北京：中国计划出版社，2000.

［4］王绍君.洞桩法及CRD工法地铁施工对地表沉降影响研究［D］.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2007.

［5］徐磊.富水卵石地层洞内机械成孔塌孔处理技术［J］.铁道建筑技术，2015（5）：79-83.

［6］瞿万波.城市地铁洞桩法施工力学效应研究［D］.重庆：重庆大学，2009.

［7］肖茜.北京地铁车站PBA工法施工对地表沉降影响的研究［D］.北京：中国地质大学，2014.

［8］林黎.地铁车站洞桩法施工对地表沉降的影响研究［D］.北京：北京交通大学，2014.

［9］欧阳艳，高书军.北京地铁6号线东四站洞桩法施工工艺［J］.福建建设科技，2011（3）：66-67.

［10］刁志刚.横通道与大断面隧道交叉口施工方法探讨［J］.铁道建筑，2015（10）：35-37.

［11］郭峰.地铁车站导洞内大直径成桩装备及暗挖法PBA工艺研究［J］.市政技术，2014（2）：145-150.

（责任审编葛全红）

Construction Method of Cross Passage of Parking Line Section Behind Suzhou Street Metro Station

HE Yanwei
（Qingdao Metro Line 1 Co.，Ltd.，Qingdao Shandong 266034，China）

AbstractT he cross passage of parking line section behind Suzhou street metro station in Beijing subway line 16 is used as the channel for shield machine receiving，translation and hanging out and has a large excavation section. T he original design scheme for shield receiving cross passage construction was CRD method. During the excavation of the shaft，it was found that the underground water level of this area was high and the construction of precipitation was extremely difficult. In order to ensure the construction safety of shield receiving channel，the finite element numerical simulation method was used to compare and analyze two kinds of construction schemes which are CRD method and hole pile method in terms of construction period and settlement. T he results show that the surface settlement value of the hole pile method is far less than the one of CRD method，pilot tunnel excavation and construction structure above the arch and medium plate is not within the range of groundwater level，there is no interference of groundwater，the time limit for a project and risk can be controlled，after the completion of arch and construction structure of first basement，cross passage stress framework has been formed，the earthwork excavation and construction structure of second basement under the edge pile support although has the local existence of groundwater but the risk is in control. T he design scheme was changed to hole pile construction method，and the experiment results confirme that the hole pile construction method applied in underground excavation engineering of water-rich pebble stratum has a significant effect.

Key wordsInterval shield；Receiving channel；Hole pipe method；CRD method；Precipitation

中图分类号U455. 4

文献标识码A

DOI：10. 3969 /j. issn. 1003-1995. 2016. 05. 25

文章编号：1003-1995（2016）05-0112-04

收稿日期：2016-01-10；修回日期：2016-03-25

作者简介：贺彦卫（1984—），男，工程师。