浅谈地铁暗挖车站竖井马头门施工风险控制

侯锐

摘  要：城市地铁暗挖车站施工中马头门既是结构的薄弱环节，也是工程施工过程中结构转换的关键环节。马头门开挖会改变原结构受力状态，若施工不当可能造成原结构变形，增大地表沉降，严重时甚至引起结构破坏。本文以在建项目北京地铁16号线红莲南里暗挖车站为例，在总结北京地铁车站暗挖马头门工程施工经验的基础上，分析了该工程地质及水文条件和周边环境等因素对地铁暗挖区间马头门工程施工风险的影响，系统地总结了竖井进入横通道马头门施工的一些关键的安全技术措施：（1）井壁密排钢格栅、在横通道的初期支护周边外设置加固环，很好的实现了结构受力转换;（2）打设双排超前小导管，对土体进行深孔注浆加固，防止土体失稳;（3）在马头门上方做加强腰梁，减小竖井的收敛变形;（4）破除马头门后，横通道施工采取预留核心土、控制台阶长度、控制格栅安装精度等开挖方法及支护措施。施工检测表明：各项监测值等均控制在设计允许范围内。

关键词：地鐵暗挖车站  马头门  腰梁  加固环  超前注浆加固

中图分类号：U121                              文献标识码：A                    文章编号：1674-098X（2020）12（b）-0035-04

Abstract： Urban subway construction is not only the structure of the weak links， and also an important factor in structural transformation in the process of engineering construction of ingate excavation changed the original structure stress， such as construction undeserved cause deformation of the original structure， increase the surface subsidence， serious when even cause structural damage. Taking honglian Nanliam Excavation station of Beijing Metro Line 16 as an example， this paper summarizes the construction experience of Beijing metro station underground excavation ma Tou gate project， and analyzes the influence of engineering geological and hydrological conditions and surrounding environment on the construction risk of ma Tou gate project in underground excavation section of subway， In this paper， some key safety technical measures for the construction of horse-head door of vertical shaft entering cross passage are systematically summarized; （1） reinforcement rings are set outside the initial support perimeter of the cross passage with dense row steel grille， which can well realize the structural stress conversion; （2） Double-row leading small pipe is set to reinforce the soil with deep hole grouting to prevent the soil from instability; （3） Strengthen the waist beam above the horse's head door to reduce the convergent deformation of the shaft; （4） After the horse head door was broken， the excavation methods and support measures， such as reserving the core soil to control the step length to control the installation precision of the grid， were adopted in the construction of the cross passage. The results showed that all the monitoring values were controlled within the allowable design range.

Key Words： Underground excavation station; Matou Gate; Waist rail; Reinforcement ring; Advance grouting reinforcement

马头门工程的施工安全与工程地质及水文条件、周边环境情况和施工竖井的设置位置等因素密切相关。在马头门工程的设计施工过程中，需要考虑各种因素的影响，有针对性地采取综合施工技术措施才能确保马头门工程的施工安全，并做到减小对周边环境的影响，确保周边邻近建（构）筑物的安全。北京地铁16号线红莲南里站马头门施工就是在这样复杂的环境下采取一系列措施合理控制沉降的典型实例。

红莲南里站（原红莲南路站）位于莲花河东侧路与红莲南路交叉路口，沿莲花河南北向布置。红莲南里站为地下双层三跨岛式车站，地下一层为站厅层、地下二层为站台层。车站中心里程处轨面埋深26.71m，车站主体采用暗挖（PBA）法施工，标准段覆土厚度约为13m，跨路口段覆土厚度约为14m。共设置4个竖井，横通道为多层高通道。

以1号风道竖井开马头门施工为例，该竖井采用倒挂井壁法施工，支护形式为钢格栅+喷射混凝土+内支撑，沿短边方向每榀格栅架设I22a、I16内支撑。

横通道采用5层高通道、三心圆直墙结构，断面设置临时仰拱，通道四周支护形式为钢格栅+喷射混凝土，中间各层高4m，临时仰拱采用I22a型钢喷射混凝土，型钢每榀钢架设置，喷砼300mm。因为竖井穿越渗透系数较大的含水层，竖井开挖至第三层横通道前应提前进行降水。

1  地鐵暗挖车站马头门施工风险分析

马头门工程的风险程度除了与地质及水文条件有关外，还与周边环境、构筑物、地下管线情况等因素密切相关。

1.1 工程地质及水文条件

根据地勘报告， 1号风道竖井主要穿越的地层为：杂填土、粉质粘土填土、圆砾卵石、卵石层。竖井穿越地层中不均匀分布有大粒径漂石，大粒径卵、砾石其分布规律在空间上具有随机性，地面下25.0～30.0m范围内，300～500mm漂石含量多，施工前需进行超前探测，判断漂石位置，施工中采取措施确保开挖安全，若施工中漂石掉落产生空洞，需加快支护封闭，喷射混凝土封堵。

1.2 周边环境

1号风道竖井结构邻近小红庙南里3号楼，柱下独立基础（埋深5.95m），砖混结构，楼房结构（长边）与井壁水平净距为12.5m。

竖井及横通道周围地下管线如表1所示。

因此，马头门施工若不采取有效的控制周边土体发生变形的措施，马头门上方极有可能产生较大的不均匀沉降，危及建筑物及地下管线安全。

2  地铁车站暗挖马头门施工主要技术措施

城市地铁暗挖车站施工中马头门既是结构的薄弱环节，也是工程施工过程中结构转换的关键环节。在马头门工程的设计施工过程中，需要考虑各种因素的影响，有针对性地采取综合施工技术措施才能确保马头门工程的施工安全。

2.1 受力特点

马头门开挖各阶段的受力状态如图1所示。

图a：马头门尚未开挖，竖井井筒处于周边承受均匀土压力的状态。

图b：马头门开挖后，洞口处井壁临空，不能提供土压力，井壁偏压。偏压力由在马头门两侧土压力而产生的摩擦力，洞口的支撑力以及空间效应来平衡。所谓的空间效应是指开口段上下的井壁及土体拱效应。若上述受力状态无法达到平衡，则可能产生松弛和失稳，这是马头门开挖时最危险的状况。因此，需要尽快施作洞口的钢筋格栅框架，并于洞口对侧的井壁架设对撑，并施作一定长度的横通道以提供支撑力，建立新的平衡。必要时对马头门高度范围的土体进行超前注浆加固，提高拱效应，达到图c所示的状态。

2.2 开挖前采取的措施

马头门开挖前应采取一系列措施：井壁密排钢格栅、在横通道的初期支护周边外设置加固环，并对竖井临时封底;打设双排超前小导管，对土体进行深孔注浆加固，在马头门上方做加强腰梁。

（1）密排钢格栅、设置加固环及临时支撑。

由于空间效应，马头门开挖后，马头门上下方的竖井井壁受力增加，因此井壁在马头门开挖上下方和有临时仰拱位置密排3榀钢架，在开挖横通道时临时仰拱位置密排的钢架和锚喷混凝土不应破除，开挖前竖井要先封底。为承受马头门开挖后竖井井筒对马头门的侧压力，在开挖前应在其横通道的初期支护周边外施工加固环。加固环的作法：在竖井施工时在井壁内作加固环，此种加固效果较好。

加固环由短节格栅钢架组成，随井壁施工，穿过井圈钢架，并焊接在其上。

（2）深孔注浆加固及环向腰梁设置。

为防止破除井壁后土体失稳，采用双排小导管深孔注浆，其长度不应小于4m，必要时对土体进行环向或上台阶全断面注浆。

竖井开马头门前，在马头门上方增加一道环向腰梁（工25a，水平放置），并在拱顶位置预先打设小导管（？25×2.75，L=4m），注入水泥浆，进行超前加固，压力控制在0.2～0.5Mpa，为确保顺利打入小导管，竖井在卵石地层开挖过程中打设小导管时选择合适的成孔方法，并记录相应数据，为后期施工提供依据[2]。

2.3 马头门破除

1号风道竖井横通道马头门为高通道结构形式，横通道高19.9m，宽5.2m;拱顶覆土约10～11m，采用台阶法施工，分5层分步开挖。横通道第一、二层马头门破除顺序如下，以下3层马头门参照即可。

第一步：放出马头门轮廓线，在拱顶上方架设环向腰梁及双排小导管超前注浆;第二步：切割马头门部位竖井格栅，进行掏挖，连立2榀架设榀架，并与竖井格栅焊接牢固，继续预留核心土开挖，进尺3m后，进行下台阶马头门破除;第三步：切割下台阶竖井格栅，破除井壁，架立格栅，与竖井及上台阶格栅连接牢固。

2.4 施工注意事项

（1）马头门破除后应先观察掌子面土质情况，若掌子面不稳定或处于有水状态，应立即复喷混凝土，采取防坍措施。（2）进洞前拱顶打设4m长超前小导管，并注水泥浆加固前方地层，洞口连立4榀钢架，进洞后每榀打设超前小导管，小导管长度2m，注浆加固前方地层，单孔注浆量不小于理论注浆量。（3）马头门位置第一榀格栅必须与横通道（导洞）格栅用“L”型连接钢筋连接成整体，连接钢筋必须与竖井格栅钢筋搭接焊接，并确保焊接质量，焊缝长度单面焊10d（双面焊操作困难）。（4）马头门格栅锚喷混凝土前，必须在洞口区域埋设后背回填注浆管，待喷射混凝土完闭并达到一定强度后回填注浆，马头门注浆采用单液水泥浆，注浆压力控制在0.3～0.7Mpa。（5）马头门破除过程中应加强对周边管线沉降观测并对通道沉降观测及收敛变形观测，每天观测不小于2次，并根据监测数据及时分析横通道变形情况，以便及时采取安全应对措施。（6）各层导洞马头门施作时应认真打设锁脚锚管并与格栅焊接牢固。（7）严格控制拱架加工质量及现场拼装质量，连接板存在缝隙处帮焊与格栅主筋同直径钢筋，保证马头门结构整体性，体现“18字方针”中的“强支护”。（8）马头门破除过程若土方发生较大位移，需采取临时支撑[3]。

2.5 施工监测

根据设计相关要求，监测建议控制标准：地表沉降20mm;周围建筑物沉降15mm，差异沉降8mm;热力、上水、工业重油管沉降10mm，沉降速率2mm/d，倾斜率0.0025;净空收敛：竖井20mm，横通道10mm，变化率2mm/d。

根据施工监测显示，各项沉降指标都能满足要求。开马头门期间部分监测点数据分析图如图2所示。

参考文献

[1] 王岩松.基于层次分析法的城市隧道合理埋置深度研究[C].中冶建筑研究总院有限公司.2020年工业建筑学术交流会论文集（上册）.中冶建筑研究总院有限公司：工业建筑杂志社，2020.

[2] 陈东.悬臂式掘进机在城市地铁施工中的应用[J]. 四川水泥，2020（7）：244-245.

[3] 姜封国，白丽丽，宋敏，等.哈尔滨城市地铁大断面隧道施工稳定性分析[J].吉林大学学报：工学版，2020，50（4）：1419-1427.

[4] 叶明.城市地铁大断面隧道施工监测分析与风险评估研究[D].南昌：南昌航空大学，2017.

[5] 乔丹，任其亮.地铁隧道施工对既有城市道路的影响研究[J].公路工程，2019，44（4）：158-162.

[6] 张良.地铁隧道施工技术及方法梳理[J].中国科技信息，2020（13）：37-39.