大断面浅埋暗挖隧道下穿既有线施工技术探讨

2022-03-15孔德飞

中文信息 2022年11期

孔德飞

（北京建工集团有限责任公司，北京 101100）

一、项目概述

本工程为北京五棵松地下停车库工程南侧过街通道。通道共计三条，均南北向穿越长安街及地铁1号线五棵松站至万寿路站区间，通道北端连接新建五棵松地下停车库，南端连接解放军总医院在建门诊楼地下停车库。西侧通道由北侧停车库B2层引出，南端接入301医院新建门诊楼B4层；中间人行通道由北侧停车库B2层引出，南端接入301医院新建门诊楼B2层；东侧车行通道由北侧停车库B3层引出，南端接入301医院新建门诊楼B4层。三条通道下穿地铁段隧道中心线间距分别为：西侧车行通道距中间人行通道95.25m；中间人行通道距东侧车行通道约90.55m。

二、大断面浅埋暗挖隧道下穿既有线施工方法的比选

1.施工方法

在进行大断面浅埋暗挖隧道下穿既有线施工期间，受到土层、岩体强度等多种因素的影响，单次开挖断面不能过大，以此确保围岩扰动能够始终保持在允许范围内，维护掌子面的稳定性，避免发生施工质量问题、施工安全问题等等。现阶段，在大断面浅埋暗挖隧道施工期间，常使用分段开挖、分阶段施作衬砌的方法，可以进一步细化出PBA法、CRD法、双侧壁导坑法、中洞法、侧洞法、柱洞法等等。

2.数值建模与参数选取

结合现场实际施工条件，确定出可行的施工方法，包括双侧壁导坑法及CRD法、中洞法，并分别落实建模计算，最终选定更为合适的施工方案。实践中，主要在BIM软件或是同类功能软件内搭建起基于不同施工技术方案的工程项目三维模型。在此基础上，参考《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2010）中的内容，结合施工现场岩土工程勘察报告，落实对项目施工现场各层及结构物理力学参数的确定。在本工程中，所应用到的各地层及结构物理力学参数主要包括本构模型、土层厚度、弹性模量、密度、内摩擦角以及摩擦系数；需要针对素填土、砂质岩泥、砂岩、即有基础、二衬、锚杆、初期支护以及钢管柱这些地层或是结构的物理力学参数进行确定。例如，素填土的本构模型为莫尔-库伦模型，土层厚度为0.95m，弹性模量为0.01GPa，密度为2.05t/m3，内摩擦角为28°，内聚力为0.08MPa，摩擦系数为0.45；砂质岩泥的本构模型为莫尔-库伦模型，土层厚度为26.3m，弹性模量为1.4GPa，密度为2.57t/m3，内摩擦角为32°，内聚力为0.66MPa，摩擦系数为0.37；即有基础的本构模型为弹性模型，弹性模量为25GPa，密度为2.4t/m3，摩擦系数为0.2；二衬的本构模型为弹性模型，弹性模量为30GPa，密度为2.5t/m3，摩擦系数为0.21。相应数据信息在施工现场岩土工程勘察报告内均能够直接获取。

针对不同施工方法的土体沉降槽情况、阶段性开挖最大沉降量、既有结构累计沉降等数据进行模拟计算、对比分析，结果表明，使用双侧壁导坑法及CRD法所产生的阶段性开挖最大沉降量、既有结构累计沉降值更小，土体沉降槽情况相对理想，施工期间的周边结构稳定性较好，因此在本次施工中更适合选用双侧壁导坑法及CRD法。

3.施工方法选取

3.1 总体施工顺序

根据设计原则，结合类似工程的施工经验，在本项目工程的过程既有线段初衬结构施工中，主要选取了“深孔预注浆加固地层+双侧壁导坑法及CRD法”施工方案。总体施工顺序设定如下：全断面注浆加固结构范围内及周边土体；按施工步序进行导洞的初衬施工；初衬背后注浆；按二衬施工步序进行下穿地铁段二衬施工；二衬背后注浆；全断面二衬背后回填注浆。具体操作为：

第一，施工中间人行通道下穿地铁段初衬，中间人行通道下穿地铁段初衬全部施工完毕后再施工西侧及东侧车行通道初衬。第二，中间人行通道下穿地铁段初衬为平顶直墙6导洞形式，采用浅埋暗挖双侧壁导坑法施工。下穿地铁全断面注浆加固完成后，先施工1#导洞初衬，直至1#导洞下穿地铁段初衬全部完成，然后再施工2#导洞初衬，2#导洞初衬完成后施作二衬中墙，二衬中墙施作完毕后进行3#、4#导洞下穿地铁段初衬施工，3#、4#导洞初衬施工时错开最小距离10m。初衬施工过程中严格按照设计图纸施工步序及台阶法施工，待通道下穿地铁段初衬结构全部施工完毕后进行下穿地铁段二次衬砌结构施工。第三，西侧及东侧车行通道下穿地铁段初衬为拱顶直墙4导洞形式，采用浅埋暗挖中隔墙CRD法施工。下穿地铁全断面注浆加固完成后，先施工1#导洞初衬，然后按照导洞顺序进行2#、3#、4#导洞下穿地铁段初衬施工，1#、2#、3#、4#导洞初衬施工错开最小10m安全距离。初衬施工过程中严格按照设计图纸施工步序及台阶法施工，待通道下穿地铁段初衬结构全部施工完毕后进行下穿地铁段二次衬砌结构施工。

3.2 总体施工方法

3.2.1 初衬施工

通道下穿地铁段初衬结构采用“全断面深孔注浆+双侧壁导坑法法及CRD法”施工。单个小导洞初衬采用台阶法施工，相邻导洞间严格按照施工步序施工。通道上导洞初衬施工过程中对初衬顶部及侧壁进行打设超前小导管并补注浆，以弥补深孔预注浆的不足，并预留拱顶及侧墙回填注浆管。施工下导洞时对通道侧壁进行打设小导管并补注浆，预留侧壁及底板回填注浆管。通道下穿地铁段全部导洞施工完成后进行初衬背后回填注浆。

3.2.2 二衬施工

西侧及东侧车行通道二衬施工方法如下所示：

第一，二衬施工前破除临时中隔壁二衬底板范围内初衬混凝土并保留二衬型钢支撑，破除初衬混凝土，首段按5m长度进行破除，根据监控量测情况确定剩余部分分段破除长度。

第二，中隔壁破除后用电动钢丝刷将破除部分型钢支撑清理干净，焊接止水法兰，铺设二衬防水板，防水板在型钢位置进行特殊防水处理，待防水板施工完成后进行二衬底板混凝土施工。

第三，底板施工完毕，底板混凝土达到强度后拆除边墙部位二衬边墙影响范围内的中隔板初衬喷射混凝土及格栅钢筋，铺设边墙防水板，浇筑边墙二衬混凝土。

第四，边墙二衬施工完成后保留二衬施工脚手架，边墙二衬混凝土达到强度后拆除中隔壁与拱部连接部位初衬混凝土并保留型钢支撑，破除拱部初衬混凝土，首段按5m长度进行破除，根据监控量测情况确定剩余部分分段破除长度。

第五，破除拱部二衬影响范围内型钢支撑初衬混凝土，铺设防水板并施作拱部二衬混凝土。

中间人行通道二衬施工方法如下所示：

第一，1#、2#导洞初衬施工完成后搭设施工脚手架+方木支撑体系（脚手架+方木支撑体系与中隔墙紧贴），施作底部中墙二衬混凝土，底部中墙二衬混凝土达到强度后加固脚手架体系，将中隔壁与中墙二衬顶紧后拆除中隔壁初衬混凝土。中隔壁混凝土拆除后完成中墙及中墙顶部二衬施工。

第二，底板施工前破除临时中隔壁二衬底板范围内初衬混凝土并保留二衬型钢支撑，破除初衬混凝土，首段按5m长度进行破除，根据监控量测情况确定剩余部分分段破除长度。中隔壁破除后用电动钢丝刷将破除部分型钢支撑清理干净，焊接止水法兰，铺设二衬防水板，防水板在型钢位置进行特殊防水处理，待防水板施工完成后进行二衬底板混凝土施工。

第三，底板施工完毕，底板混凝土达到强度后拆除中隔板初衬喷射混凝土及格栅钢筋，铺设边墙防水板，浇筑边墙二衬混凝土。

第五，破除拱部二衬影响范围内型钢支撑初衬混凝土，铺设防水板并施作拱部二衬混凝土。

4.现场监测

第一，沉降监测。依托精密水准仪和铟钢尺的投放实现施工现场沉降监测，落实对施工现场地面变形情况的实时性观测与掌握，确保结构长期稳定。第二，拱顶下沉及净空收敛监测。依托天宝DINI03型精密水准仪及钢挂尺的投放实现拱顶下沉量测，落实对各测点与基准点之间的相对高程差的确定，以此为基础明确本次沉降值以及累计沉降值。依托坑道收敛计的投放实现净空收敛，确定净空变化值。第三，钢筋应力监测。将钢筋计串联焊接在被测主筋上，安装时应注意尽可能使钢筋计处于不受力状态，特别不应处于受弯状态，将钢筋计的导线逐段捆在临近钢筋上，引到地面的测试匣中，喷砼或二衬砼施作后，检查钢筋计的电阻值和绝缘情况，做好引出线和测试匣的保护措施[1]。第四，围岩压力监测。落实对压力变化幅度的预测，并以此为基础选定压力盒量程。利用直接法进行选定压力合的埋设，并应用初支喷砼或二衬灌注砼后12h的三次读数的平均值作为接触压力测试初始值[2]。

三、大断面浅埋暗挖隧道下穿既有线变位的控制与管理

1.变位分配控制流程

第一，勘测。在施工现场内组织勘测，确定出施工现场的地形地质条件、土层性质、水文条件等，评估既有结构现状，初步确定施工方案。第二，预测。参考既有结构安全管理的各项指标，落实对施工方案的优化与完善；计算分项施工沉降值，预测各个工序实现其控制变位量的可能性；预测可能引发沉降的多种因素，设定防控措施。第三，监测。在施工期间组织落实对既有结构的监测，确定施工期间既有结构生成的所有变位值[3]。第四，对策。确定过度变位的产生原因，并设定针对性的应对措施。

2.即有线的监测

在本工程的施工阶段，所设定的既有线沉降控制目标主要如下：五棵松地下通道下穿地铁1号线长度为，西侧车行通道20.2m，中间人行通道19.8m，东侧车行通道19.856m，下穿段通道覆土厚度约13.102-17.9m。为确保地铁运营及既有地铁区间结构安全，严格设定了既有线安全运营限制标准，并在本工程中着力推行，要求既有地铁区间结构沉降不低于3mm，上浮不低于2mm，既有地铁区间结构变形缝两端差异沉降不低于1mm；要求既有地铁区间轨道下沉不低于3mm；要求在在实际施工期间以及施工完成后，始终保证既有地铁区间的变形控制在限制标准值内[4]；为了总沉降值、差异沉降值、沉降速率都能够在控制范围内，设定预警值为最大值的70%、设定警戒值为最大值的80%，并要求在所有施工步序中进行分解、确保每一步序的沉降值都在控制指标内。

3.施工控制

3.1 通道下穿既有地铁1号线区间的应对措施

第一，施工下穿段前先根据地铁运营公司的要求对既有地铁区间进行检测、评估，确定各项变形控制标准。第二，通过施工下穿前的实验段进一步确认地层情况、圆砾卵石层注浆效果、通道结构变形情况及地表沉降等数据，为下穿段提供各项施工参数[5]。第三，在下穿段施工设计图阶段、施工专项方案及监控量测专项方案编制阶段，按地铁运营公司下穿地铁程序及特级风险源管理程序召开相关专家会充分论证，确保设计图、施工方案各个细节满足既有地铁区间结构、运营安全及下穿段自身施工安全。第四，下穿既有线区间施工过程中，采用远程自动化监测地铁隧道、轨道结构变形，地表、洞内布设沉降量测点，监测数据应及时整理分析，对监测结果进行评价，用于指导施工。第五，通道下穿既有地铁区间施工期间，设置的自动化监测项包括隧道结构沉降、走行轨结构沉降。第六，在实时监测期间，一旦发现结构变形达到超出预设预警值（即控制标准值的70%）的情况，则需要在第一时间调整施工方法；一旦发现结构变形达到超出预设警戒值（即控制标准值的80%），则需要在第一时间停止施工。

3.2 下穿既有线区间施工过程中的通道施工保护措施

第一，下穿段施工具有较大的风险性，施工前制订具有针对性和可操作性的应急预案，施工过程中依据应急预案采取预防和加强措施，并对作业人员进行培训和模拟演练。第二，开挖轮廓线外一定范围内采用全断面深孔注浆预加固地层，使圆砾卵石层固结稳定，同时提高地基承载力，对既有线形成有效支撑。全断面深孔注浆效果是下穿段成败的关键，在施工下穿段前通过注浆试验段，确定成孔方式、浆液材料、注浆压力等参数，确保注浆预加固地层的效果。第三，严格控制开挖步距0.5m；严格按下穿段施工步序顺序施做。第四，施工中加强对既有线结构、轨道、通道结构及周边地表沉降进行监测，并及时反馈指导施工。第五，调整施工工序，在下穿地铁段初支施工完成后立即进行二衬施工。