暗挖区间隧道连续下穿既有地铁线施工工艺

曾顺成

中铁十六局集团地铁工程有限公司

1 工程概况

国家图书馆站~二里沟站区间，在中关村大街下穿既有地铁4号、9号线区间，二次下穿既有地铁4号线区间，侧穿西苑饭店及其门前过街通道。区间隧道呈“V”字坡，埋深20.583m~28.573m，沿线地势局部有起伏现象，但总体以平缓状为主，引入暗挖法用于区间隧道的开挖施工。隧道下穿既有线是该区间施工的重难点内容，需兼顾既有线运营秩序性以及现场施工安全性双重要求。

2 下穿地铁9号线的施工思路

区间下穿施工具有流程性，先施工左线，并保证左右线步距错开量超20m。考虑到安全性要求，单线施工前先采取深孔注浆处理措施，以起到加固作用，确保开挖轮廓线以外2m范围内和掌子面均具有足够的稳定性。从注浆封闭掌子面的位置来看，其正处于既有线正下方，项目采取分段推进的注浆施工方法，以便完成各部分的注浆加固作业。关于注浆分段的示意图，如图1所示。

图1 国二区间下穿既有9号线区间注浆分段示意图

暗挖区间隧道下穿9号线时，采取先施工左线的方法，期间确保左右线错开量超20m。通过深孔袖阀管注早强型微膨胀水泥浆液，以起到加固的效果。鉴于穿越风险源区段的施工特殊性，在原格栅架设间距的基础上调整，即由0.75m加密至0.5m，期间辅以临时仰拱支撑措施，通过多类装置的联合应用有效规避安全问题。

（1）穿越前，采用地质雷达详尽勘探穿越地段地下，彻底摸清地下障碍物情况，排除意外因素。

（2）隧道开挖前进行洞内止水注浆，施工中坚决杜绝水土大量流失的情况，遇有险情马上停止开挖，及时补强结构、加固地层。

（3）围岩变形过大或初期支护变形不收敛又难以及时补强时，可设置临时仰拱或横撑，必要时提前施作二次衬砌并加强。

（4）下穿过程中对下穿既有地铁9号线路进行实时监测，根据监测反馈的信息及时优化调整开挖进尺，做到动态施工管理。

（5）穿越既有地铁线路存在施工风险，针对有可能发生的一些突发事件，从管理、技术和组织等方面分析和制定相应的应急预案。

3 暗挖区间隧道下穿既有线的施工工艺

3.1 双重管后退式注浆工艺流程

下穿既有线风险源的安全隐患较多，在下穿施工前先探测以确定前方土体特性，以此为立足点采取深孔注浆处理方法，用于维持土体的稳定性，避免上方构筑物塌陷的情况。首段深孔注浆前先挂网喷射混凝土，目的在于临时封闭掌子面；以C20混凝土为原材料喷射止浆墙，厚度按400mm控制。各注浆段长度为9m~12m，有序完成各段的注浆作业，浆液扩散半径0.5m，钻孔布置成环，避免注浆不饱满的情况。

3.2 格栅钢架的加工与安装

（1）格栅钢架的加工。以Φ22、Φ14和Φ8的钢筋为原材料，根据设计图纸焊接成格栅钢架，各单元间利用螺栓稳定连接。在上端面格栅上增设临时仰拱，扩大受力面积，以免在上端面通过时出现大规模的沉降现象。

（2）格栅钢架的安装。遵循随挖随支的原则，每开挖一榀格栅间距后及时将提前制作成型的格栅设置到位，利用螺栓连接格栅单元，相邻格栅间用φ22钢筋连接筋连接，形成完整且稳定的格栅钢架结构体系。

3.3 土方开挖

单次开挖循环进尺以一榀格栅宽度为宜，即0.5m，上下两层错开步距控制在5m左右。挖土采取自上而下的顺序，分层依次开挖。上层断面开挖施工环节采取先边拱后拱顶、环形预留核心土开挖的方法；下层断面，按照先底拱、后边拱的流程依次开挖。合理协调现场施工要素，尽可能缩短围岩暴露时间，以免在外界因素的长时间影响下出现围岩失稳的情况。每完成一次开挖作业后按规范安设格栅、挂网、锁脚锚管，并组织混凝土喷射施工。

拱部格栅架设环节利用螺栓连接的方法将各节段稳定连接，临近掌子面上层螺栓受空间的限制而难以拧紧，该部分安排专员以人工作业的方法上紧，后续进入下一循环土方开挖时进一步复紧，确保螺栓具有紧固性。

格栅架设是一项精细化的工作，要求先复核标高，检测格栅两拱脚的水平状态并视实际情况灵活调整，随后用吊垂球复核垂直度和净空位置，要求各方面均无误。相邻格栅间采取纵向连接措施，各连接筋布设间距按1m控制，确保连接的稳定性。在钢筋网铺设时搭接量至少达到150mm。此后打设锁脚锚管，待其位置无误且具有稳定性后喷射混凝土，再向初期支护背后注浆。

3.4 喷射混凝土

（1）施工工艺流程。在洞外规划拌和场所，根据设计配比拌和混合料，经由下料管传输至运料车，再转运至指定的工作面及时用于喷射施工。加强对混凝土原材料质量的控制，同时以设计配比准精准控制材料的用量，予以充分的搅拌。

（2）喷射施工方法。喷射施工遵循连续性原则，拌和站与施工现场的工作人员密切沟通，拌和适量满足质量要求的混凝土，确保材料供应的及时性。混合料生产采用的是强制式搅拌机，为确保混合料内部各类原材料分布的均匀性，搅拌时间至少达2min。精准控制材料的用量，利用高精度的装置称量，具体称量误差为：水泥、速凝剂±1%，砂石±3%。以潮喷工艺为宜，适配潮喷机，利用该装置高效施工。尽可能缩短混凝土出厂至喷射前的间隔时间，以免因时间过长而出现混合料性能下降甚至初凝的情况[1]。

3.5 超前小导管的加工与安装

通过注浆的方法使浆液连同小导管周边的土体共同组成完整的整体（承载壳），在此条件下组织开挖作业，可有效保证土体的稳定性。在开挖施工期间，小导管可发挥出悬臂支撑的作用，由此避免拱顶坍塌问题。

（1）小导管的加工。以Φ25钢管为原材料，前端加工成锥形，减小受力面积，以便高效插打。在小导管的中间区域按20cm的间距依次钻Φ6~8mm溢浆孔，呈梅花形布置，但尾端0.7m范围内予以保留，即该部分不钻孔，以免在注浆期间出现漏浆现象。

（2）小导管的安装。待导管制作成型后手持风钻插打到位；此外，可采用深孔注浆钻机，利用该装置成孔，随后再将小导管插入。

3.6 初支背后填充注浆

初期支护工作落实到位后进入初支背后填充注浆施工环节[2]。待上台阶为闭合临时仰拱后方可填充注浆，以免诱发安全事故。为避免拱脚大幅度下沉，注浆期间适当减小注浆压力（但不可影响浆液的正常注入）；初期底板闭合后进一步组织压力注浆作业，加强防护，期间注浆压力以0.3MPa~0.5MPa为宜。

关于初支背后填充注浆的技术要点，如下。

（1）注浆管的加工。以Φ32焊接钢管为基础材料制作成型，长度为1m，前端加工成圆锥形，在管道中间部位钻孔，距尾部60cm范围内予以保留（不钻孔）。

（2）沿隧道拱部和边墙两处依次设置注浆管，各部位的间距为：起拱线处2m、边墙处3m，呈梅花形布置。

（3）注浆施工选用的是单液水泥浆，按照0.8∶1~1∶1的水灰比控制要求制备浆液。水泥为关键原材料，此处选用的是强度等级至少达32.5的硅酸盐水泥。

（4）注浆结束的判断标准视实际注浆方法而定，主要考虑如下两种：①单孔注浆：实测注浆压力达到设计要求（最终压力），注浆量超设计值的80%，同时达到两项条件后可结束注浆；此外，尽管注浆压力未满足终压要求但实际注浆量完全达标（即达到设计注浆量），且不存在任何形式的漏浆现象也可以结束注浆作业；②全断面注浆：单孔注浆工作落实到位，初支表面无明显漏水点，此时可结束注浆作业。

4 施工监测

4.1 地表监测

施工环境错综复杂，施工期间存在诸多干扰因素，易影响地表的稳定性。加强地表监测有利于及时判断实际施工情况，进而采取针对性的控制措施[3]。按国家二等水准测量的相关技术要求开展监测工作，适配电子水准仪、铟钢尺，每月对基准点监测1次。监测期间详细采集并记录数据，将实测值与设计要求展开对比分析，基于各项数据绘制地表变形沉降曲线图，据此展开分析，对地表的沉降情况做出准确的判断。以允许沉降值为参考基准，若实测地表沉降量达到该值的70%则及时做出预警，视实际情况采取针对性的加固措施，保证地层的稳定性。

4.2 初期支护拱顶沉降及净空收敛

（1）收敛点的布设。按5m的间距在洞内纵向依次设置观测断面，在各洞室拱顶处埋设1个沉降挂钩，在洞室的两侧墙壁处埋设1个收敛挂钩。

（2）监测方法。在前述装置的基础上利用收敛计测量断面侧壁间的相对位移，根据该数据对开挖断面周边的土体状态做出判断，即该部分是否具有稳定性。

5 结束语

综上所述，在暗挖区间隧道下穿既有线路施工前，需利用地质雷达等方法详细勘察，明确施工现场的实际情况，全面摸清地下障碍物的分布特点，合理做出规划。开挖前，将洞内止水注浆、注浆加固等方法落实到位，尽可能减小环境因素所带来的不良影响。实际开挖期间一方面需严格依据方案操作，另一方面则加强质量检查，若出现异常状况及时采取处理措施，全面保证施工的安全性。通过科学施工工艺的应用减小对现状既有地铁线路以及其他建（构）筑物的影响，给暗挖区间隧道开挖施工创设良好的条件，达到提质增效的效果。