城区地铁结构近距离穿越古建筑之复合技术探讨

左 鹰

(中铁隧道集团二处有限公司，河北三河 065201)

0 引言

对于具有悠久历史的北京，城市道路交通路口四角象限通常存在既有建筑物，在地铁施工时不可避免地会受到各类建筑的影响，旁穿建筑物施工时采取哪些施工措施可以保证建筑物的安全稳定，是施工技术的关键。刚性隔离、固结加固是常用的2种措施。文献［1］介绍了采用刚性较大的混凝土灌注桩作为隔离桩在下穿施工中的应用，但城区地铁施工受管线、机械作业空间等因素制约，通常没有条件施工混凝土灌注桩;文献［2］主要介绍了复合锚杆桩对于地基的加固效果，是否能够作为隔离桩使用，相关文献介绍较少;文献［3－10］主要分析了下穿施工中隧道沉降控制，对采用隔离桩后，桩内、外沉降对比分析的较少。采用刚性稍弱、易于操作的隔离桩+洞内辅助加固的复合措施，是解决地铁施工受外界客观因素制约的一种有效途径，还可以保证既有建筑的稳定，本文以某地铁车站的通道暗挖施工为例，简要介绍暗挖通道近距侧穿百年古建筑的施工技术。

1 工程概况

北京地铁珠市口站位于珠市口大街与前门大街的交叉路口处，为北京地铁7号线与北京地铁8号线的换乘车站。车站跨路口设置，呈东西走向;车站总长233.6 m，主体结构采用PBA工法施工;通过4个通道进入车站主体施工，其中2号临时竖井位于路口西南侧绿地内，对应施工通道采用暗挖法施工，平面位置上从既有珠市口教堂东侧紧邻侧穿通过。

1.1 通道设计

施工通道净宽4.0 m，最大净高14.546 m，通道结构厚350 mm，结构形式为多层导洞结构，圆拱直墙平底结构，台阶法施工，施工通道全长84.861 m，进入车站主体结构以前，采用上下联通的结构形式。通道分3层开挖，通道进入车站主体结构后，采用上下分离的结构形式。施工通道纵断面图见图1。

图1 2号施工通道纵剖面图(单位:mm)Fig.1 Longitudinal profile of No.2 construction gallery(mm)

1.2 工程地质情况

本区域位于永定河冲积扇地区，土层以第四纪冲积、洪积地层为主。竖井开挖揭示的地层有杂填土、粉土、粉细砂层、卵石圆砾层、粉质黏土层和卵石层等。其中，通道拱部全部位于粉细砂层，底板位于中粗砂层及卵石层交界部位。临时竖井及施工通道地质纵剖面见图2。

1.3 建筑物介绍

基督教会珠市口堂位于珠市口大街与前门大街十字交叉口西南角，如图3所示。该教堂始建于1904年，1921年进行了扩建，现为3层砖混建筑，无地下室。根据2010年房屋评估，该楼房属危房，楼房外部采用型钢框架进行过加固处理。剖面关系如图3所示，现状照片见图4。

图2 2号临时竖井及横通道地质纵剖面Fig.2 Geological profile of No.2 temporary vertical shaft and horizontal gallery

2 加固措施对比选择

2.1 施工需解决的问题

1)开挖安全控制。通道拱顶位于粉细砂层与黏土层交界处，地表水下渗至交界面时受阻，导致粉细砂层含水几乎接近饱和，滞水层(黏土层)开挖后，拱顶容易发生坍塌，再加上拱顶以上地层中上水管、雨水管、污水管密集，调查发现管线年久失修，存在渗漏，因此防止含水粉细砂层在开挖过程中发生坍塌是需要重点解决的问题之一。

2)建筑物变形控制。基督教会珠市口堂距离通道开挖侧边线水平距离仅5.4 m，该建筑修建时间已有100 a以上，经评估属于危房，已经进行过加固处理，由于该教堂位于前门步行街端头，为标志性建筑，沉降变形控制要求高，因此施工过程中必须保证建筑的安全稳定。

2.2 洞内措施对比选择

为保证开挖安全，需对拱顶粉细砂层进行超前固结加固，同时对渗漏水进行治理，常用加固措施有水平旋喷桩、袖阀管注浆和深孔注浆。加固措施工艺对比见表1。

考虑通道开挖加固目的主要为防止粉细砂层坍塌，结合通道断面大小、施工工期安排，洞内加固措施选用深孔注浆加固，采用分段后退式注浆工艺，注浆孔采用钻机打设，注浆采用喷射式注浆，注浆扩散半径为0.5～0.75 m，注浆压力保持0.5 ～1.5MPa，并随时注意地层情况，及时调整注浆参数。

2.3 洞外措施对比选择

为保证建筑物沉降变形可控，需将建筑物下方土体隔离出通道开挖影响范围，常用隔离措施有混凝土灌注桩、旋喷桩和复合锚杆桩，隔离措施工艺对比见表2。

因为通道与建筑物之间地面为基督教堂西侧通道，场地狭小，又有市政用变电箱限制，大型施工机械无法进入，结合施工工期安排，洞外隔离措施选用复合锚杆桩，桩长27.9m，伸入通道基底以下1 m，成孔直径0.15 m，间距0.5m，梅花形布置。

表1 洞内加固措施工艺对比Table 1 Comparison and contrast among different consolidation measures taken from inside tunnel

表2 洞外隔离止水措施工艺对比Table 2 Comparison and contrast among different separating and water-sealing measures taken from outside tunnel

3 施工方案

暗挖通道为拱顶直墙3层结构，采用台阶法施工，在通道开挖至基督教堂受影响范围之前，先行在地面完成复合锚杆桩的施工，洞内按10 m/个循环采用深孔注浆的方法超前对地层进行预加固。

3.1 通道施工

3.1.1 施工工序

横通道采用台阶法施工，施工中严格遵循“管超前，严注浆，短开挖，强支护，早封闭，勤量测”的原则。施工顺序为:1)双排超前小导管加固并预注浆;2)拱部环形开挖预留核心土;3)初期支护:初喷5 cm混凝土，架设格栅钢架，挂网，喷混凝土;4)开挖核心土，封闭下台阶和临时仰拱;5)第2层土体开挖;6)第2层初期支护:接边墙、仰拱格栅钢架并挂网、喷混凝土封闭成环，适当保持距离施工第3层和第4层通道;7)依次施工步序7—10。通道纵向施工步序如图5所示。

图5 施工通道台阶法开挖步序纵向图Fig.5 Excavation sequence of horizontal gallery constructed by bench method

3.1.2 施工要点

1)采取有效降水措施，确保无水施工沿通道轴线方向通道两侧设置了双排降水井，采用管井降水，井间距6 m，在通道开挖前15 d降水井开始抽水。

2)根据地质勘查报告及掌子面地质揭露情况，分析前方地质状况，进行地质预报。

3)开挖过程中遇到管线渗漏情况，及时封闭开挖面，防止渗水掏空管线下方土体造成管线沉降破坏。

4)通道开挖过程，严格做好超前注浆措施，提前加固前方地层。

5)及时施作初期支护背后回填注浆，如监测变形过大，掌子面自稳能力差，应对掌子面砂层进行注浆加固。

6)加强过程监测，加大沉降及收敛观测频率，及时掌握风险源的变化趋势，以便动态管理采取对应措施。

3.2 隔离桩施工

3.2.1 施工简介

1)隔离桩平行建筑物西边墙2 m布置，范围超出建筑物南、北边墙10 m，为双排咬合桩，桩长27.9 m，伸入通道基底以下1 m，成孔直径0.15 m，间距0.5 m，梅花形布置。

2)复合锚杆跳孔施工，待外排桩成孔注浆完成后再按相同方式进行内排孔施工。

3)采用RPD－130C型冲击钻机套管跟进成孔，竖向锚杆分段采用接驳器连接，每段长2m，简易支撑架吊放，人工配合就位。复合锚杆就位后，拔出钻孔套管进行注浆。注浆采用3根注浆管，不同压力不同时段分3次完成，最终达到设计要求，锚杆桩剖面图见图6。

3.2.2 施工难点

复合锚杆桩设置于教堂西侧门口，对应位置有污水管、上水管、市政箱变和教堂附属结构物等，施工限制因素多。锚杆桩平面图见图7。

图7 复合锚杆桩平面布置图Fig.7 Plan layout of composite anchor pile

钻孔施工前采用人工开挖探沟，探明地下管线，避开管线位置预埋PVC导向管，然后回填平整场地，锚杆桩材料在加工场预制好运至施工现场，锚杆桩主筋采用直螺纹套筒连接。PVC导向管预埋照片见图8。

图8 探孔后预埋PVC导向管Fig.8 Embedded PVC guiding pipe

3.3 深孔加固注浆

采用二重管后退式注浆施工工艺，注水泥－水玻璃双液浆，每12 m一个循环，共3个循环，起止位置为教堂结构前后8 m。

1)主要参数。在每循环掌子面上按扇形布置，在钻孔的前端间距控制在1.0 m，采用工程钻机成孔，套管施工。注浆断面范围见图9。

2)注浆。浆液用水泥水玻璃双液浆，水泥浆水灰比控制在1∶0.8，水玻璃浓度调整到25Be';2种浆液按照体积比1∶1拌制，注浆采用液压双液注浆泵，注浆压力控制在 1.0 MPa。

图9 深孔注浆断面图(单位:mm)Fig.9 Layout of deep-hole grouting holes(mm)

3)施工作业顺序。先外圈，后内圈，间隔钻孔注浆。

4)效果检测。注浆后土体无侧向抗压强度0.5 MPa，采取洛阳铲开挖取芯，点测计测算，在试验段施工时做过一次试验，加固体能够达到0.52 MPa。每次开挖8 m，预留4 m的注浆搭接，如图6所示。开挖施工如发现有注浆薄弱地段，应及时进行补充注浆，深孔注浆立体示意见图10。

图10 深孔注浆断面图(单位:mm)Fig.10 Layout of deep-hole grouting holes(mm)

4 施工效果

通道施工完成后，通道施工完成后沉降变形稳定，建筑物最大累计沉降值为8.80 mm，教堂结构安全稳定。通道正上方地表点最大沉降累计值为16.33 mm，通道开挖通过后拱顶出现局部渗水，回填注浆完成后无渗水，沉降对比数据见表3。

对比隔离桩两侧测点累计沉降数值，复合锚杆桩起到了隔离效果。

表3 相同里程位置隔离桩两侧沉降数据对比Table 3 Comparison and contrast between values of settlement on one side of separating piles and those on the other side of separating piles mm

5 结论与建议

通过本工程实例验证，深孔注浆在含水粉细砂层能够起到固结和止水的双重加固效果，并且适合在空间较小的暗挖通道内施工;在施工场地受制约大的情况下，隔离结构采用复合锚杆桩的形式具有优越性。地表采用复合锚杆桩隔离+洞内深孔注浆加固复合技术从安全、工期、进度方面都是适合本工程的，施工实现了设计预期的效果，可以在类似的暗挖侧穿既有建筑物工程中推广应用。

与暗挖施工相关的许多辅助加固工艺已经很成熟，在不同的限制条件情况下，如何有效地根据工艺的特点，复合应用各种加固措施，需要根据具体施工情况而定。

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