新建地铁隧道下穿既有地铁隧道施工技术要点研究

谭臻哲

摘要：简述某新建10号线地铁隧道工程的概况和确定的施工方案，阐述袖阀管注浆和WSS工法注浆的预加固施工的施工要点，以及隧道开挖和支护和施工过程控制措施，按照上述施工要点组装施工，取得了良好的工程质量效果。

关键词：地铁隧道；下穿施工；技术要点；应用研究

0   引言

新建地铁隧道下穿既有地铁隧道工程较为复杂，危险性和难度较高，必须充分考虑新建地铁隧道对既有地铁隧道的影响和可能遇到的问题，并采取有效措施，才能最大程度保障新建地铁隧道和既有地铁隧道的安全性、合理性、科学性。本文以新建地铁隧道下穿既有地铁隧道的施工技术为题，进行了深入研究。

1   工程概况

某新建10号线地铁隧道工程须下穿既有地铁1号线。地铁1号线作为该地区的第1条地铁线路，于1971年启用，至今已经运行52年。地铁1号线与多条地铁线路在不同的空间交汇，多次下穿造成地铁1号线隧道结构发生严重变化，在52年的运行期间，虽然多次进行加固，但也接近安全使用极限。由于地质变化，其隧道墙体严重开裂。根据检测数据可知，在保证地铁1号线正常运行的情况下，进行地铁10号线隧道工程施工难度很大，不可预测的危险因素较多。地铁10号线隧道工程被相关部门及建设单位列为特级风险工程。

2   确定施工方案

为开展地铁10号线隧道工程施工，相关部门和建设单位多次召开会议，讨论出数10个施工方案又不断推翻，该工程施工一时间陷入僵局。直到项目提案一年多以后，终于确定了具体施工方案及其流程。

该施工方案和施工流程如下：依托地铁1号线隧道既有主体进行区域划分，使地铁10号线隧道的支撑结构体与1号线支撑结构体紧密贴合，也就是在地铁1号线既有基础上实现两条地铁线路的紧密贴合。通过刚性强大的预支护技术，对地铁1号线隧道与将要施工的地铁10号线之间进行袖阀管注浆预加固施工，部分区域采用WSS二重管无收缩旋喷桩预加固施工。通过全方位分段预加固和开挖，最大程度保障地铁1号线安全正常运行和地铁10号线隧道工程进行同步施工。

3   袖阀管注浆预加固施工

3.1   施工工序

采用袖阀管分序分层注浆施工方案。该施工方案是将注浆孔划分为互相具有一定间距的2个组，即分为一序孔和二序孔，以保持土体注浆的均衡性和稳定性。袖阀管注浆施工流程如下：钻孔施工→配制浆液→下放袖阀管→封闭袖阀管外侧孔隙→一序孔注浆→二序孔注浆。

3.2   施工要点

3.2.1   钻孔施工

钻孔之前将施工现场清理干净，先根据施工图纸测量放线并确定钻孔位置，再按照确定位置，使用深孔钻机完成钻孔施工。钻孔过程中，应采用垂球与水平尺不断测量钻杆的垂直度，将钻孔垂直度误差控制在规定范围之内。

3.2.2   配制浆液

采取水泥浆液，适量加入速凝早强剂或水玻璃，其水灰比为1：1或1.2：1。

3.2.3   下放袖阀管

下放袖阀管之前在其底部安装闷盖，保证袖阀管的垂直度并下放到孔底，且袖阀管上部要高出地面，然后在注浆管内加满水防止其上浮。为了防止注浆时袖阀管外侧与钻孔之间的间隙冒浆，须在该间隙内注入套壳材料。套壳材料采用水泥黄泥粉浆液由下往上灌注，或用早凝固化材料封堵钻孔与袖阀管上部间隙[1]。

3.2.4   注浆方法

向钻孔内下放袖阀管后，采取分序分层注浆方法。分序注浆就是将注浆孔按顺序划分为若干组，然后安按照分组顺序安排注浆；分层注浆就是通过阻塞器将浆液限定在注浆区段内，以达到分层注浆效果。本次注浆结束后在袖阀管顶端盖上闷盖，一篇下次注浆。

3.2.5   一序孔注浆

下放袖阀管后，遵循由下至上的顺序，以50cm为一层进行一序孔的分层、间隔注浆，直到浆液注满注浆孔。注浆过程中，对注浆机进行调试，以保证一序孔的注浆质量。每个钻孔注浆结束后，均要进行检测，判断浆液量是否符合规定要求。若浆液量符合要求，则进行下一个钻孔的注漿；若浆液量不符合要求，应针对具体情况对注浆机参数予以适当修改，以保证一序孔注浆的合理性[2]。

3.2.6   二序孔注浆

一序孔注浆结束且浆液初凝（一般为24h）后，对其周围的二序孔进行注浆。其操作方法与一序孔注浆相同。

4   WSS工法注浆预加固施工

4.1   施工准备

本工程施工时，地铁10号线下穿地铁1号线隧道的部分区域无法进行袖阀管施工，因而该区域采用了WSS工法（即二重管无收缩双液注浆技术）进行注浆预加固的施工方案。为了确保施工顺利开展，需要做好掌子面的临时加固处理，其方法是：先按照设计方案在隧道挖掘掌子面的适当位置铺设一层钢筋网架并悬挂钢筋网片；再向钢筋框上喷射混凝土，以此加固掌子面。待混凝土浆液凝固后，该掌子面即可作为WSS工法施工的作业面[4]。

4.2   施工要点

4.2.1   钻注浆孔

在隧道适当位置、按照相应的角度，搭建钻机操作平台，确保钻机存在充足的作业空间，还要调整钻机各项参数，以保证后续施工的顺利进行。钻孔施工时，应注重对钻杆角度的控制，以保证钻孔角度（可垂直也可倾斜一定角度）与深度。钻孔间距根据设计要求进行布设一般为1.0～2.0m之间。

4.2.2   配制浆液

采用WSS工法，应根据设计方案配置2种浆液，即一次喷射使用的瞬结限制性浆液和二次浸透性浆液。配置的浆液须通过室内试验方式，检验其凝固时间，以此判断浆液是否符合要求。若不符合要求禁止使用并重新配置，直到符合要求为止。

4.2.3   设置二重管

将注浆孔钻到设计深度，在二重管底部安装好浆液混合器之后，便可将二重管插入注浆孔。此时注意混合器端部与孔底保持约20cm距离，以便后续喷浆。将二重管插入注浆孔以后，先打入清水对二重管内部进行冲洗，使二重管内保持洁净。

4.2.4   注浆

注浆时使用注浆泵将2种浆液分别压入到二重管的内管和外管，通过二重管底部的混合器自动搅拌，使浆液充分、均匀地混合，进而将浆液通过滤网横向喷射进地层当中。注浆时应按照5～20L/min的速率将浆液注入二重管内，注浆速率可针对具体情况适当调节。

4.2.5   横向喷浆

为了保证横向喷浆效果，应将注浆压力控制到0.5～

0.5MPa范围内，同时采用二次交替喷射方案[5]。其中第1次喷射为限制性喷射，第二次喷射为渗透性喷射。第二次喷射时，采用的材料具有粘性低、凝胶时间长等特点，因而更需要对喷射压力进行严格控制，确保浆液均匀灌注到土层当中，避免浆液的渗透超过施工范围，有利于提升注浆质量。

通过袖阀管注浆和WSS工法注浆的预加固施工，将地铁1号线隧道既有底板和地铁10号线隧道开挖断面周围的土体全部进行了包裹式预加固，为地铁10号线隧道土方开挖和保护地铁1号线安全运行，奠定了坚实的基础。

5   隧道开挖和支护

5.1   分区段开挖

待完成上述注浆预加固施工后，结合钢架保护方式进行分段开挖、钢构架支护和二衬施工。根据施工现场特点，将隧道开挖施工划分成上下6个导洞区段，每个区段长度约5m，并按照由上至下的顺序依次进行隧道挖掘。通过上部导洞的挖掘，可减少下导洞上部土层的质量，以此控制下导洞施工时的沉降问题，避免出现导洞叠加问题。

5.2   初期支护施工

5.2.1   拱形钢架支护

为了确保隧道施工的安全和稳定施工，应采用短距离挖掘施工方案。每挖掘30m后暂停继续挖掘，并进行初期支护施工。初期支护材料选择25a型工字钢，两钢架之间距离为30cm。在钢架连接处使用角钢将两个钢架进行焊接固定。在钢架的两边，分别插入1根锁脚锚管，在工字钢的上部铺设1根?10钢筋，用于进一步对工字钢进行加固。拱形钢架应与地铁1号线的底面相切，并使用钢楔子将两者紧密贴合到一起，避免两者间存在缝隙而引发地铁1号线下沉问题。在下导洞当中分别埋设3根注浆管，每根注浆管的长度为1.5m。在确保注浆管稳定后灌入水泥浆液，待灌满后停止注浆，以提升钢架的支持力。在钢架下部放置楔子，以向钢架提供更强的支持力，从而更好地对地铁1号线进行支撑。

5.2.2   混凝土填筑

拱形钢架安装就绪后，顺着拱形钢架的方向，固定一些小导管，到导管与结构完全粘黏到一起后，向导管内回填注浆，以构建出强度较高的钢架结构。然后在拱形钢架内填充C25混凝土材料，进一步提升整个土体的支撑强度，避免出现土体下沉问题。

5.3   二次衬砌施工

5.3.1   钢筋绑扎

在完成初期支护、且其支护和防水结构经验收合格后，进行隧道二次衬砌施工。按照钢筋加工图纸将钢筋在地面完成加工后，运入隧道内进行人工绑扎施工。按照钢筋绑扎图纸，先绑扎底层钢筋并下设混凝土垫块，再绑扎立面和顶层钢筋。顶部仰拱钢筋要绑扎牢固，绑扎过程中防止钢筋破坏防水层。

5.3.2   模板支搭

二次衬砌进行混凝土浇筑之前，可采用定型钢模板或模板台车进场模板支搭施工。在隧道直径不便的前提下，选用模板台车可加快模板拆装速度和质量。使用模板台车时，先清理地面杂物、延伸铺设台车行走钢轨，对台车和模板进行检查、保养、调整后，再将台车就位。

5.3.3   混凝土浇筑

在进行混凝土浇筑之前，将隧道拱墙底部混凝土凿毛并清理。浇筑时应从两侧拱墙同时、同步浇筑，以防止模板台车产生位移。浇筑到拱顶时，很容易造成浇筑不充分现象，导致拱顶产生缝隙，影响整个隧道施工质量，增加上部隧道下沉的風险[6]。为了避免这一问题的发生，应在混凝土浇筑前，在缝隙内，埋设适当大小的管件，以此向模板内注入适量的水泥浆液，以使隧道顶部与衬砌紧密贴合到一起。混凝土振捣以纵向分段、高低分层方法，采用附着式和插入式振捣器进行振捣，每次振捣的厚度以30～40cm为宜，防止过振产生离析现象。

6   施工过程质量控制措施

6.1   施工前准备工作

对施工现场进行地质条件勘查，结合相关规定编制最佳的施工方案。选择合适的施工队伍，并开展安全技术交底、进行安全技术培训。通过对建材市场的调查，准确了解每种材料的具体情况，选择性价比最好的材料。

6.2   施工中管控工作

选择由资质的专业监理机构对施工项目进行监督管理，及时发现施工活动中出现的问题并提出整改意见，以保证整个建设项目顺利进行。利用BIM技术对整个施工过程进行模拟检测，将施工过程直观、动态展示出来，以便施工人员准确、及时了解施工具体状况，及时对项目中存在的隐患进行处理。

6.3   施工后管控工作

施工结束后，注重项目现场监测与施工资料的整理和审核工作，以获取项目施工质量数据，进而从整体上对工程项目的施工质量作出客观评价。

7   工程质量效果分析

在地铁10号线隧道工程施工过程中，通过使用沉降收敛检测仪监测了其施工质量。通过监测得知：该工程地表处的沉降峰值为1.5mm，拱顶处的沉降峰值为0.5mm，净空收敛峰值为0.6mm。由此表明，该工程沉降与收敛峰值均处于安全范围，符合有关规定要求。

8   结束语

综上所述，在新建地铁隧道下穿既有地铁隧道施工过程中，应针对工程所处现场的具体情况，结合相关规定要求制定出最佳的施工方案，并在施工过程中严格控制各环节的施工要点，只有这样才会提高地铁隧道工程施工质量，确保隧道工程施工的顺利进行，为地铁工程安全、正常运行打下良好基础。

参考文献

[1] 王秀红.地铁盾构法隧道下穿既有建筑物安全风险评估[J].建筑结构，2023，53（6）：156.

[2] 梁粤华，翟利华，刘旭，等.基于BP神经网络的隧道下穿既有运营地铁线注浆施工参数预测：以广州地铁18号线隧道注浆工程为例[J].科学技术与工程，2023，23（7）：3045-3052.

[3] 孟繁增.地铁双洞单线盾构隧道下穿引起既有铁路沉降实测研究[J].铁道标准设计，2023，5（17）：89-91.

[4] 李向凯，陈禹勋，史少华，等.双连拱隧道下穿既有地铁结构预加固方案及开挖工法比选研究[J].水利与建筑工程学报，2022，20（4）：204-211.

[5] 何占坤.盾构隧道下穿既有车站桩筏基础影响分析及施工控制：以杭州地铁5号线盾构隧道下穿杭州南站站房工程为例[J].隧道建设（中英文），2022，42（S1）：222-231.

[6] 唐志辉.地铁盾构隧道近接下穿既有铁路隧道加固范围优化设计：以南宁地铁4号线下穿既有槎路隧道为例[J].隧道建设（中英文），2020，40（8）：1185-1191.