基于地铁隧道轮廓线内的桩基处理方案对比分析

袁战会

（中铁二十局集团有限公司，西安 710016）

1 工程案例

1.1 工程概况

成都轨道交通17 号线二仙站位于成华区沿二仙桥北路东西方向，呈一定角度布置，与既有7 号线二仙桥站沿中环路南北方向布置斜交站厅换乘，7 号线二仙桥站为地下2 层站，17 号线二仙桥站为地下3 层站，在位于中环路处小里程端为盾构始发，下穿既有7 号线车站底板[1]。

1.2 位置关系

踏水桥站—二仙桥站区间隧道下穿既有7 号线二仙桥站主体及围护结构[2]，隧道范围内存在16 根φ1 200@2 000 钢筋混凝土围护桩以及4 根φ800 mm 临时立柱桩，7 号线二仙桥站中环路进城方向围护桩侵入隧道最大长度1.7 m，左右线隧道各3 根，中环路出城方向围护桩侵入隧道最大长度3.1 m，左右线隧道各5 根，7 号线二仙桥站跨中底板以下存临时立柱桩侵入隧道最大长度5.1 m，其中临时立柱桩中型钢格构柱侵入隧道最大长度1.2 m，左右线隧道各2 根。隧道与车站相对关系见图1。

图1 矿山法隧道与既有7 号线二仙桥站典型剖面关系图

踏水桥站—二仙桥站区间隧道距7 号线车站底板最小竖向净距约1.5 m。与中环路处蜀龙路跨线桥A 匝道6A 桥桩净距8 cm。区间隧道与7 号线围护桩平面位置关系见图2。

图2 区间隧道与7 号线围护桩平面位置关系

1.3 水位地质

从17 号线二仙桥站端头基坑开挖地质揭露显示从上往下依次为<1-2>杂填土，埋深0.3～3 m；<3-2-3>粉质黏土，埋深3～8.6 m；<3-8-1>稍密卵石土，埋深8.6～11 m；<3-8-2>中密卵石土，埋深11～15.5 m；<3-4-4>卵石夹砂层，埋深15.5～19 m；<3-8-3>密实卵石土，埋深19～24.3 m；<5-1-2>强风化泥岩，埋深24.3～26.8 m；<5-1-3>中风化泥岩埋深26.8～31 m，区间隧道断面位于泥岩卵石土交界处。

1.4 管线情况

17 号线二仙桥站端头管线主要有DN159 mm 燃气管，钢管，管底距区间隧道拱顶18 m；DN700 mm 雨水管，混凝土管，管底距区间隧道拱顶17.2 m；DN600 mm 污水管，混凝土管，管底距区间隧道拱顶13 m；DN600 mm 给水管，铸铁管，管底距区间隧道拱顶16 m。

2 初步设计方案

2.1 方案概述

首先对既有暗挖隧道上方进行卸土，减小开挖过程中土体自重对既有线存在的影响，然后从7 号线小里程端分3 循环打设φ194 mm 管棚，第一循环从二仙桥站小里程端头打设，第二循环从临近既有7 号线二仙桥站东侧围护结构位置从隧道内的管棚工作室打设，第三循环在隧道通过二仙桥站西侧围护结构后从隧道内的管棚工作室打设。超前支护完成后进行CRD 法开挖、架初支、壁后注浆、破除既有线围护桩及临时格构柱桩，矿山法隧道初支全部施作完成后，立即盾构空推通过矿山法区段，两者间隔时间严格控制，空推过程中对管片与矿山法初支的间隙填充豆粒石混凝土，须保证填充密实。

2.2 存在问题及风险分析

1）盾构边推边拆中隔壁，密闭环境动火切除中隔壁，通过盾构人舱搬运，风险较大。

2）管棚分3 段实施[3]，第一段初支施作时需在到达既有线前上抬1 m 实施洞内管棚工作室，开挖过程初支与第一段管棚冲突，须割除，导致第一段管棚长度最短仅5 m，3 段管棚无法形成，开挖风险较大。

3）暗挖实施前需卸除顶板覆土，既有7 号线位于中环路二仙桥西路段，进城出城需中断交通，目前上方匝道桥因二仙桥方案调整关停，中断交通卸土无法实施。

4）第一段暗挖上方存较厚砂层，暗挖位于泥岩卵石交界面，上方存DN600 mm 铸铁给水管，且上方为进城道路，开挖存在较大安全风险。

5）隧道开挖面位于泥岩及卵石土复合地层，中环路进城方向存在DN600 mm 铸铁给水管、出城方向存DN1 000 mm铸铁给水管，且上方为进城及地铁站出入口道路，开挖过程中存在较大安全风险。

6）多层风险叠加，始发难建压。暗挖结束后即开始空推始发，盾构区间始发段为R450 m 小半径，随即下穿7 号线A 出入口，侧穿陶瓷玻璃厂浅基础房屋，盾构始发较难建压，很难保证上方土体不发生塌陷和沉降。

7）空推拼管片填充豆砾石难以填充密实，管片易上浮，难以保证隧道成型质量。

8）暗挖隧道仅能利用车站端头降水井，无其他部位实施降水条件，且隧道位于泥岩卵石交界处，只能通过明排降水。

9）盾构始发处位于DN1 000 mm 给水管处，且始发处无加强环梁，风险较大。

3 方案研究

3.1 方案一：临时二衬

增设450 mm 厚钢筋混凝土临时二衬，将中隔壁和横撑浇筑进二衬中，待二衬混凝土达到设计强度后再拆撑[4]。盾构机在二衬中空推拼装管片作为永久结构。

车站下方矿山法拱顶设置的超前108 大管棚由0.4 m 间距加密至0.3 m 间距，缓解土体松散。

将矿山法隧道起点由原方案伸出车站调整为出车站西侧围护桩位置，长度减少约14 m（单延米）。盾构在进洞掘进前需要有减压过程，地面易产生沉降变形，尤其是C1 出入口变形缝附近有较大风险。因此，在矿山法小里程端头回填4 m 长度的C15 低标号素混凝土，使盾构机提前减压、辅助盾构始发姿态控制。

3.2 方案二：永久拱形二衬

实施350 mm 初支+800 mm 二衬，破除既有7 号线二仙桥车站两侧围护桩及底板格构柱后停止，盾构机采取不拼管片步进至矿山法隧道终点始发。

3.3 方案三：半断面开挖回填+盾构掘进方案

采用半断面矿山法暗挖清除既有线围护桩及临时立柱桩[5]，开挖至既有线围护桩端头，暗挖底部采用玻璃纤维筋混凝土板，为避免收敛沉降导致钢拱架侵入盾构掘进断面，矿山法断面较盾构掘进断面拱脚两侧各增大500 mm，矿山完成后，根据监测数据分段拆除中隔壁，采用素混凝土回填，直至全部回填完成，且暗挖断面位于卵石土层中，避开泥岩卵石土交界处，最后盾构直接正常掘进始发。

4 方案比选

4.1 安全风险

4.1.1 方案一：临时二衬

优点：（1）采用马蹄形断面，采用CRD 法，自然顺接，没有扩挖或变断面环节。拱形断面受力形式更优，二衬为临时结构，由强度控制配筋和断面。（2）临时结构无须考虑耐久性和防水问题，可以将中隔壁型钢和横撑浇入临时二衬中，待混凝土达到设计强度并且变形稳定后，再对中隔壁和横撑型钢进行割除。无缝转换盾构机无须在车站下方复合地层中掘进。

缺点：（1）管棚第二循环需要从车站底板外向车站底板打设管棚，除需要施工管棚工作室外，由于开挖断面距离车站底板竖向高度约为1 m，对管棚打设的精准度要求较高，并且车站下方管棚以下的土体在开挖时容易掉落；（2）临时二衬与管片之前的空隙需要采用吹填豆砾石填充，注浆时管片易产生上浮，管片易形成错台影响拼装质量，同时边掘进边注浆容易导致浆液串至前方包裹盾尾。

4.1.2 方案二：永久拱形二衬

优点：（1）采用马蹄形断面，采用CRD 法，减小一次开挖洞室大小，减小车站持力层地层损失；（2）无须拼装管片，盾构机无须在车站下方复合地层中掘进。

缺点：（1）建设北路市政桥6A 桥桩桩基侵入隧道永久二衬范围，需调整桩基托换方案施工时序，提前施作；（2）相较原方案，增大了矿山法隧道开挖跨度，并且拱顶开挖轮廓离车站底板更近，仅为0.7 m，基本不具备施作管棚空间，实际开挖时，与车站夹土不易保住，难以形成开挖拱形，车站底板地基土踏空的风险增大，车站底板结构受损风险增大；（3）中隔壁和横撑型钢需浇筑进永久二衬中，待达到混凝土强度后，再将中隔壁和横撑型钢割除，留在二衬里的型钢止水措施较难施作，且易腐蚀，存在耐久性隐患。

4.1.3 方案三：半断面开挖回填+盾构掘进方案

优点：（1）开挖断面小，暗挖断面减小，能避开泥岩卵石交界面，避免降水效果不佳导致开挖存在的风险；（2）直接掘进避免回填豆砾石引起的一系列豆砾石回填不密实，管片成型质量差，空推吹豆砾石较难等因素；（3）盾构很容易建压，能保证盾构穿越7 号线后进入复合地层的掘进带来的安全风险。

缺点：（1）中隔壁型钢拆除较困难；（2）素混凝土回填较难保证回填密实。

4.2 经济比选

踏二区间下穿7 号线方案经济比选如表1 所示。

表1 踏二区间下穿7 号线方案经济比选

经过几个方案深入的研究，从安全风险，工期，经济等各方面进行比较最终选择方案三。

5 结语

通过对区间下穿既有运营线的深入研究，研究了多种工法，多种措施保证了施工安全，同时也经济节约，工期可控，为后续市政地铁施工提供了借鉴经验。