复杂地质环境下异形交叉暗挖通道施工技术

蔡志勇 吴华州

摘 要：随着我国城市轨道交通事业的发展，地铁施工的难题随之增多。针对异形交叉暗挖通道施工问题，本文以北京地铁3号线朝阳公园站至石佛营站区间工程为例，根据工程所处地质环境及相关设计参数，采用CRD法同时辅以超前小导管注浆加固措施的施工方案，有效控制了该工程的风险，保证了工程的顺利施工，在整个暗挖通道施工过程中，挑高段部分施工导致的地表沉降量最大，以期为类似工程提供参考。

关键词：地铁  暗挖通道  施工方案  CRD法

中图分类号：U455.4 文献标识码：A

Abstract： With the development of urban rail transit in China， the difficulties of subway construction are increasing. In view of the construction problems of irregular cross tunneling， taking the section project from Chaoyang Park station to Shifoying station of Beijing Metro Line 3 as an example， according to the geological environment and related design parameters of the project， the construction scheme of CRD method combined with advanced small pipe grouting reinforcement measures is adopted， which effectively controls the risk of the project and ensures the construction of the project. In the construction process of the underground excavation tunnel， the surface settlement caused by the construction of high section tunnel is the largest. It is expected to provide some reference for similar projects.

Key Words： Subway; Excavation tunnel; Construction scheme; CRD

随着我国经济的快速发展，城市轨道交通系统建设得越来越完善。但是，越来越多的地铁施工难题也随之出现，其中地铁隧道大部分敷设在城市主干道下方，为了避免影响正常交通，只能在合适的位置来布置盾构始发井，使盾构机通过一段暗挖横通道进入区间正线。目前，国内外对暗挖隧道的研究已有很多[1-6]，但对异形交叉暗挖通道的研究相对较少。本文以北京地铁3号线朝阳公园站至石佛营站区间异形交叉暗挖通道施工为例，总结了其施工工艺。

1 工程概况

北京地铁3号线朝阳公园站至石佛营站正线区间线路基本呈东西走向，位于朝阳公园南路及姚家园路下方，区间里程K34+933.197～K36+236.076，总长1302.879m，采用暗挖法和盾构法施工。朝石区间盾构始发横通道中心线与区间右线交点里程为K35+188.394，与正线区间左线交点里程为K35+178.439。盾构始发加宽段及盾构始发段暗挖区间正线左线里程K35+181.059～K35+206.189，设计长度25.1m，右线里程K35+191.014～K35+216.144，设计长度25.1m。始发横通道下穿Φ600上水管、Φ400中压燃气管、Φ600高压燃气管等重要市政管线。始发横通道平面示意图如图1所示。

如图1所示，1'-1'和1-1断面为横通道标准段，2a-2a、2b-2b、2c-2c和2d-2d断面为横通道挑高过渡段，3-3断面为横通道挑高段，4-4断面为盾构始发加宽段，5-5断面为盾构始发段，6-6断面为暗挖区间段。始发横通道采用矿山法施工，所處地质环境从上向下依次为：杂填土①、黏质粉土②、粉细砂④、卵石⑥1、粉质黏土⑦、细中砂⑧、卵石⑨层。工程影响范围内有3层地下水，分别为：潜水（二）、层间水（三）和承压水（四），其中盾构井采用封闭管井降水方案，横通道采用双线双排管井降水方案。

2 横通道施工方案

始发横通道总体施工顺序为：采用明挖法开挖盾构始发井，破除横通道一侧马头门施工横通道标准段、挑高过渡段和挑高段，破除北侧盾构始发加宽段马头门施工北侧盾构始发加宽段和盾构始发段，破除北侧暗挖区间马头门施工北侧暗挖区间，破除南侧盾构始发加宽段马头门施工南侧盾构始发加宽段和盾构始发段，破除南侧暗挖区间马头门施工南侧暗挖区间。始发横通道结构形式变化较多，施工较为复杂，具体每个断面施工方案如下所述。

2.1 横通道标准段

横通道标准段1'-1'和1-1断面为直墙拱结构，全长为46.769m，其中1'-1'断面长1.83m，1-1断面长44.939m，拱顶埋深18.498m，采用CRD法施工，断面形式及导洞施工顺序如图2所示。其中各导洞采用台阶法施工，台阶长度为5m，且相邻导洞施工距离为8～10m。

施工顺序说明：首先进行超前小导管注浆加固地层;依次完成①、②、③、④导坑开挖并及时封闭初期支护;不铺设防水层，不拆除中隔壁及临时仰拱，剔除中隔壁、临时仰拱与二衬之间部分砼保留格栅钢筋，施作二次衬砌;待二衬混凝土达到设计强度的80%后，在盾构机下井前拆除中隔壁及临时仰拱，一次破除长度为6m。

2.2 横通道挑高过渡段

当横通道开挖至挑高段起点里程时，先临时锚喷混凝土封闭上台阶范围内的掌子面作为止浆墙，完成超前深孔注浆加固挑高段拱部土体，浆液采用水泥-水玻璃双液浆，深孔注浆范围为开挖轮廓线以上1.5m，开挖轮廓线以下0.5m。挑高过渡段全长13.55m，由标准段依次通过2a-2a、2b-2b、2c-2c和2d-2d断面过渡至挑高段断面，其中2a-2a断面长4.35m，2b-2b断面长4.5m，2c-2c断面长3.675m，2d-2d断面长1.025m，断面形式及导洞施工顺序如图3所示。挑高过渡段采用CRD法施工，各导洞均采用台阶法施工，上台阶预留核心土，下台阶预留减压槽，上下台阶纵向错开距离为3～5m，相邻导洞错开距离不小于10m。過渡段爬坡角度为1∶3，每开挖一环，高度依次增加，采用仰挖作业方式，开挖前必须保证深孔注浆质量，开挖至易坍塌土层或渗水层时，可辅以超前注浆导管进行二次加固。

其中四导洞断面施工顺序同1-1断面，六导洞断面施工顺序为：首先进行超前小导管注浆加固地层;依次完成①、②、③、④、⑤、⑥导坑开挖并及时封闭初期支护;不铺设防水层，不拆除中隔壁及临时仰拱，剔除中隔壁、临时仰拱与二衬之间部分砼保留格栅钢筋，施作二次衬砌;待二衬混凝土达到设计强度的80%后，在盾构机下井前拆除中隔壁及临时仰拱，一次破除长度为6m。

2.3 横通道挑高段

横通道挑高段3-3断面全长34.234m，采用CRD法施工，断面形式及导洞施工顺序如图4所示。施工过程严格按照各导洞设计施工顺序进行施工，各导洞均采用台阶法施工，上台阶预留核心土，下台阶预留减压槽，上下台阶纵向错开距离为3～5m，相邻导洞错开距离不小于10m。

2.4 盾构始发加宽段及盾构始发段

盾构始发加宽段4-4断面为直墙弧顶CRD结构，全长21.9m。盾构始发段5-5断面为马蹄形CRD结构，全长21.5m。断面形式及导洞施工顺序如图5所示，施工顺序及注意事项同四导洞断面施工。

2.5 暗挖区间

暗挖区间6-6断面为马蹄形断面，采用台阶法开挖，断面形式如图6所示。施工顺序为：首先进行超前小导管注浆加固地层;开挖上台阶土体，预留核心土，并及时进行格栅支护;开挖下台阶土体，并及时进行下台阶支护，上下台阶长度为5m;施作二次衬砌。

2.6区间正线暗挖段马头门破除

盾构始发横通道临时二衬施工完成后，进行开马头处超前支护，再进行马头门破除施工。盾构始发横通道区间正线需要进行4处马头门破除施工，马头门施工方法如下。

2.6.1测量放线

测量放线主要是为了控制区间正线施工过程中马头门轮廓线，在正线开挖施工前，通过盾构始发井测量确定精确导线后，按照设计图在横通道侧壁上测放出暗挖区间及盾构始发加宽段马头门开挖轮廓线。

2.6.2土体超前支护和加固

马头门破除前，进行超前支护施工。注水泥、水玻璃双液浆，注浆压力为0.4～0.6MPa，具体注浆压力根据现场实际效果进行调整。同时对开马头门处存在尖角部位土体进行注浆加固，防止开挖过程中土体坍塌。洞间土体加固范围为横通道侧壁外侧3m，区间正线与横通道夹角处3m范围内注浆加固。盾构始发加宽段马头门破除施工前，沿着开挖轮廓线外打设一排长度4m，环向间距300mm的加强小导管，形成超前支护。暗挖区间在马头门施工前，沿着开挖轮廓线外打设一排长度2m，环向间距300mm的超前支护小导管，同时打设一排长度3m，环向间距300mm的加强小导管。

2.6.3马头门破除施工

盾构始发加宽段在超前支护施工完成后，采用水钻和风镐沿着开挖轮廓线进行马头门破除，破除完成后安装第一榀格栅，格栅拱顶主筋与盾构始发井横通道临时二衬环梁预留φ22钢筋焊接，钢筋长度1000mm，采用单面焊接，搭接长度为10d（d=22mm），必要时采用帮焊加强处理，其中几榀不封闭格栅的临时仰拱与横通道临时仰拱主筋焊接成一体，并喷射混凝土形成整体。完成后进行盾构始发加宽端开挖施工。暗挖区间在超前小导管施工完成后，采用水钻和风镐沿着开挖轮廓线进行马头门破除，破除完成后密排三品格栅，间距350mm，临时仰拱间距250mm，与盾构始发井横通道初衬格栅焊接为一体。完成后进行暗挖区间段施工。

3 地表沉降结果分析

交叉暗挖通道施工期间对地表沉降进行持续监测，分别在区间左线隧道上方地表布置了DB-02-35、DB-02-36、DB-02-37、DB-02-38、DB-02-42、DB-02-43六个监测点，在区间右线隧道上方地表布置了DB-02-45、DB-02-46、DB-02-47、DB-02-49、DB-02-50、DB-02-51六个监测点，地表沉降监测点布置图如图7所示。取区间左线隧道上方测点DB-02-38监测数据进行分析，如图8所示。

由沉降测点DB-02-38的历时变化曲线分析可得，由于隧道开挖前地层超前深孔注浆加固导致地表略微隆起，随着挑高段导洞开挖，地表沉降开始增加，当开挖面到达监测点所在断面时地表沉降开始急剧增加，挑高段横通道施工完毕后地表沉降达到67.1mm，其中挑高段施工导致沉降量占总沉降量的70%，盾构始发加宽段和暗挖区间段施工结束后地表累计沉降量为88.5mm。

4 结语

本文以北京地铁3号线朝阳公园站至石佛营站区间矿山法施工的盾构始发横通道为例，介绍了该暗挖横通道所处水文地质环境及施工方案，重点阐述了区间正线暗挖段马头门破除的施工工艺，并且挑高段施工导致的沉降量占总沉降量的70%。现场实践表明，该暗挖横通道4次大角度斜开马头门工艺及施工方案是安全可行的。

参考文献

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