新建下交地铁线与既有线换乘车站施工难点及对策

郭 昊（上海隧道工程有限公司，上海 200032）

近年来，国内城市化进程的速度越来越快，地铁网络的规划和建设已成为衡量和制约城市发展水平的重要标准。城市地铁具有占地少、噪音小、干扰少、污染小等优点。由于城市发展过快、区域发展不均等原因，新建下穿线车站与既有运营线换乘车站施工逐渐成为城市地铁建设中经常出现的工程问题，另外由于周边环境、地质条件的复杂性及差异性，也使其成为施工难题。

针对新建下穿站与既有车站换乘穿越方式国内也有不少工程研究案例：何海健等[1]以北京地铁 6 号线苹果园站下穿 1 号线苹果园站工程为例介绍了该工程下穿段采用双层三跨框架结构，下穿单层四跨既有车站，采用洞柱逆作暗挖工法施工，既有结构沉降变形约 2.2 mm 小于运营公司要求 3 mm 变形限值。除此之外还有新建南京 5 号线上海路站下穿既有 2 号线上海路站时采用导洞法暗挖技术，北京地铁4 号线宣武门站下穿既有 2 号线宣武门站时采用管棚＋千斤顶顶升的暗挖法技术，广州地铁 3 号线体育西路站下穿既有1 号线体育西路站时采用 CRD 法暗挖技术等等，这些暗挖技术均取得了较好的工程效果。不难发现，当前国内主要以暗挖工法为主。而机械法如盾构法、顶管法等新建站下穿既有站换乘施工案例较少。

本文以杭州地铁 4 号线下穿运营 2 号线金家渡站为工程实例，针对周边环境特殊、地质条件复杂，近距离下穿、施工空间狭小等工程难点，提出了新建地铁站采用盾构法下穿既有站换乘时施工相应的解决对策，从而保证盾构法施工的顺利、安全进行。

1 工程概况

1.1 工程简介

本工程为杭州地铁四号线金家渡站下穿既有二号线金家渡站，面对周边环境复杂、地质条件差、施工难度大的前提下，工程采用了盾构法进行近距离下穿既有运营车站，并对施工过程中可能遇到的难点进行分析并提出针对性解决措施。

金家渡站车站总长 320.4 m，盾构井段宽度 27 m，开挖深度 27.5 m；车站主体宽度23 m ，开挖深度 26.6 m，下穿段长度 29 m。车站主体结构覆土约 3.3～4.3 m，为地下三层双柱三跨箱形框架结构，其中地下一层为站厅层，地下二层为设备层、地下三层为站台。4 号线地下三层部分下穿2 号线车站段采用盾构法施工，如图 1 所示。

图1 新建站与既有站纵断面示意图

既有 2 号线车站主体标准段基坑深度约 17.6 m，顶板覆土厚度约 3.4 m。车站主体结构为双层三跨矩形框架结构，下穿段上方二号线结构高度 13.2 m。围护采用 800 mm地下连续墙，地下连续墙深度 33～35 m。坑底加固为高压旋喷加固，加固深度至坑底以下 3 m。

1.2 工程地质及地下水条件

下穿隧道位于正在运营中的 2 号线金家渡站负三层，车站底板埋深约 24 m。根据勘探资料表明，下穿隧道所处地层主要为 ⑦1 黏质粉土，隧道上部少量 ⑥2 淤泥质粉质黏土。建场地承压水主要分布于 ⑤2 层砂质粉土及深部的⑿2 层中砂、⑿3 层砾砂、⑿4 层圆砾中，水量较丰富，隔水层为上部的淤泥质土和黏性土层。

1.3 工程难点

（1）4 号线下穿隧道位于地下三层，盾构下穿正在运营的地铁 2 号线底板，工程施工期间不能影响 2 号线的正常运营，故施工风险大且对环境影响的控制要求极高。

（2）盾构预计需穿越 2 号线 6 根立柱桩，盾构（外径6.45）单边距离桩基最小的间隙 17.6 cm。盾构施工碰到桩基的可能性较大。

（3）新老基坑地墙间存在软弱夹心层，盾构推进在该处时可能有盾构机抬头或磕头、软弱土局部下沉、承压水突涌风险。

2 盾构法下穿地铁车站施工工艺

新建 4 号线金家渡站为地下三层结构，底板埋深 26.8 m，2 号线运营站为地下两层结构，结构底板埋深 16.9 m，下穿段盾构区间与既有站结构净距约 1.1 m。在金家渡站左右两侧设置西、东两个小工作井，共同完成盾构的两次始发和接收工作。

施工工艺主要分为以下三点。

（1）在洞门范围进行水平 MJS 加固及水平冻结加固，其次将两侧工作井围护与既有车站围护之间的土体进行垂直MJS 加固改良。从而保证盾构始发、接收及掘进的施工安全，以及对上部既有车站产生较小的影响。

（2）采用盾构法施工时，需设置盾构始发、接收工作井，故新建车站的结构底板需局部落低，且由于场地限制，盾构机头需在井下完成平移吊装，故需对影响范围内的结构底板纵梁调整为下翻，框架柱采用临时托换和后做。

（3）由于现场施工空间限制及车架长度要求，盾构车架需借新建车站东侧端头井下井，利用电机车将其拉至下穿段东侧小始发井处。完成右线下穿及接收工作后，在新建车站内部进行车架的改道，从而进行左线的始发、下穿及接收工作。

3 施工难点及对策

3.1 盾构进出洞节点风险应对措施

3.1.1 盾构进出洞节点风险

（1）承压水突涌风险。进出洞处于 ⑤2 砂质粉土承压含水层范围内，土体加固质量做不好，将面临涌水涌砂风险。

（2）盾构机抬头或磕头风险。既有车站围护与新建车站围护间存在夹心层土体。该夹缝内土体与两侧地墙形成强度不连续区域，机头穿越夹心层时有抬头或磕头风险等。

3.1.2 应对处理措施

（1）洞门圈节点设计。既有车站与下穿站车道层并非垂直交叉，而呈 83° 夹角，洞门圈直径设计为 6800 mm，考虑洞门圈深度达到 4300 mm，故盾构施工若有稍微偏差会导致盾构容易卡壳；故洞门圈延伸至洞门圈平面与隧道轴线垂直，以便盾构进出洞门圈时快速封堵洞门。

（2）始发、接收加固设计。为确保盾构始发、接收及掘进过程中的施工安全，始发采用水平冻结，接收采用MJS加固＋外圈冻结，加固体无侧限抗压强 度 ≥1.5 MPa，渗透系数 ≤1×10-7m/s。始发接收加固：采用外圈冻结＋MJS，冻结壁长度 5 m，始发 MJS 加固长度 5 m，接收MJS 加固长度 8 m。

（3）盾构始发施工技术。洞门深度达到 4300 mm，洞门圈内加止水装置（弧形钢板内加海绵加袜套铰链板）;始发环采用背负钢板，盾尾刷进入洞门圈，快速封堵洞门;土压力的设定为盾构与车站结构之间土体覆土与 2 号线车站结构自重，穿越 2 号线金家渡站时土压力 170 kPa；严格控制出土量，大约为开挖断面的 98%～100%；推进速度控制 2 cm 以内，同步注浆量按建筑空隙的 150%～200%进行控制。

（4）盾构接收施工技术。洞门深度达到 4300 mm，盾构接收采用两次接收，同时洞门圈内加止水装置（弧形钢板内加海绵）;接收环采用端面钢板环，盾尾脱出洞门，立即封堵洞门进行压浆填充。

3.2 既有桩基障碍物应对措施

3.2.1 桩基位置定位复核并清障

盾构穿越须保证有 20 cm 以上的安全距离。根据设计资料，盾构预计需穿越 2 号线 6 根立柱桩，格构柱型钢与盾构最近距离 0.306 m，格构柱桩与盾构单边最近距离 0.176 m，盾构施工碰到桩基的可能性较大。依据相关资料。盾构始发前，探明桩基具体位置；若桩对盾构施工影响需打设排孔进行清除。

3.2.2 加强型贝壳刀

为确保盾构不受遗漏立柱桩影响，本区间采用加强型贝壳刀，通过保证刀盘及刀具配有一定耐磨措施，采用用贝壳先行刀辅助撕裂先行刀（配比约 3∶2），可以有效破除碎桩基等地下障碍物。

3.3 对既有 2 号线车站影响的控制措施

由于盾构下穿 2 号线既有车站，目前 2 号线已经处于运营状态，对沉降以及扰动控制要求较高，如发生较大沉降及扰动，列车运营存在较大风险，因此控制 2 号线的变形成为了本工程中的重中之重。盾构下穿过程中，对二号线变形的影响的诱因主要包括水土流失，地层损失、结构上浮等。

（1）针对水土流失。主要通过设备止水、二次注浆技术来控制和土体改良。①设备止水：为保障盾构顺利始发安全，在 0 环采用背覆钢板环＋端面钢板环，将洞门圈和 0环管片焊接在一起，及时注浆封堵洞门。盾尾刷由 2 道钢丝刷及 1 道钢板刷组成，施工前采用康达特盾尾油脂满嵌盾尾刷，保证盾尾密封效果。②二次注浆：螺旋机出土口设置 2道液压闸门和 1 道手动闸门，且液压闸门在停电状态下闸门能自动关闭，确保出渣量的控制，防止水土流失；在左、右线隧道管片上增开注浆孔，以便盾构穿越后有效的进行二次补压浆、控制底板沉降变形，同时加强螺栓等级（8.8 级）。③盾构施工过程中进行渣土改良，向土仓和开挖面注入添加剂（如泡沫等），在渗透性大的地层还可以减少地下水的流失。

（2）针对地层损失。主要通过前壳体上布置 8 个注浆孔，后壳体上布置 8 个注浆孔，同步由机壳顶部注浆孔孔向壳体外注入克泥效，及时填充开挖面和盾体之间的空隙，注入率为 120%～130% 之间，同时控制注入压力和注入量，从而减少地层损失并控制结构变形。

（3）针对结构上浮。推进过程中，隧道有可能上浮，当监测到隧道存在明显上浮现象时可采取对施工隧道内进行压重控制隧道的进一步上浮，同时同步浆液采用惰性浆液，在浆液中适当加入水泥。

此外，采用先进的自动化监测及测量手段，可以对 2 号线底板变形进行实时动态的跟踪，通过将监测数据及时反馈给施工人员，以便及时调整盾构施工参数及二次注浆参数，从而更科学有效的控制结构变形。

3.4 其他难点及措施

盾构平移及车架移动掉头区域，结构底板纵梁需由上翻改为下翻。另外，接收工作井尺寸及周边场地受限，无法满足盾构本体正常的吊装，故机头在井内进行平移，局部结构柱需临时移位托换，以保证机头平移所需空间。

考虑施工风险，盾尾留在隧道内，届时吊装只有刀盘、切口环和支撑环。

4 施工过程及效果

2021 年 6 月 30 日，经过项目团队连日的不懈奋战，下穿 2 号线金家渡站区间左线顺利贯通。至此，下穿 2 号线金家渡站区间左、右线圆满实现了贯通，也为我们下一步工作目标的达成迈出了坚实的一步。

金家渡站盾构下穿 2 号线右线穿越时间为 2021 年 4 月1日—5 月 8 日，左线穿越时间 2021 年 6 月15日—7 月 3 日。右线穿越完成后 2 号线沉降最大累计值 3.7 mm（对应监测点 L 14），图 2 为 2 号线监测点平面布置图。左线穿越完成后 2 号线沉降最大累计值 11.1 mm（对应监测点 R 14）。（负值下沉，正值隆起，下同）。

图22 号线监测点平面布置图

右线穿越范围对应 2 号线沉降监测点 R 17、L 17、R 18、L 18，穿越期间数据统计见表 1 和图 3（累计沉降报警值 ±4 mm）：

表1 右线穿越沉降监测数据 单位：mm

图3 盾构穿越期间 R 17、L 17、R 18、L 18 道床竖向位移折线图

左线穿越范围对应 2 号线沉降监测点 R 14、L 14、R 15、L 15，穿越期间数据统计见表 2 和图 4 （累计沉降报警值 ±4 mm）。

表2 左线穿越沉降监测数据 单位：mm

图4 盾构穿越期间 R 14、L 14、R 15、L 15 道床竖向位移折线图

左线盾构在推进前由于长时间冻胀影响，已经有 10 mm左右的隆起，实际推进过程最大变化量在 3 mm 以内。

5 结 语

本文以杭州地铁 4 号线工程为工程背景，通过结合施工工期、周边环境、工程地质等对采用盾构法施工近距离下穿既有地铁车站时，遇到的施工难点进行了重点分析，并提出了专项应对措施，这些措施技术具有“安全可靠，技术先进，工程案例丰富”等特点，并且成功应用在实际施工过程中，效果良好，极大保证了盾构下穿施工的顺利实施。