某地铁车站下穿既有地铁车站施工技术问题分析处理

陈 艳,刁天祥

(成都中铁隆集团工程有限公司，四川成都610045)

1 车站工程概况

1.1 车站周边环境

车站位于东、西向大街交叉路口正下方，在既有车站下方，距既有运营地铁车站底板1.9 m，道路交通量大，周边环境复杂，道路下共有各种雨水、通信、污水、上水、光纤电缆、热力等89条。既有车站底板有一沉降缝在两个矩形隧道中间。新旧车站位置关系图1所示。

图1 地铁车站位置关系示意

1.2 车站地质情况

1.3 车站设计概况

车站与既有环线车站成“十”字交叉，2号线在上，4号线在下，两条线采用站厅——站台“十”字换乘方式。车站为一座全暗挖地铁车站，采用洞桩法施工。车站长近180 m，总宽度24.4 m，站台宽度14 m。两端为双层三跨连拱结构断面，中间27 m为下穿既有运营地铁车站，采用单层双矩形断面，在两个矩形断面间有一既有车站的变形缝。车站有两个风道、四个出入口通道、一个残疾人通道和一个紧急出入口。车站结构断面设计如图2所示。

图2 车站主体双层三跨结构横断面

2 下穿既有车站设计情况

下穿既有线段全长26.7 m，结构形式为两座矩形单洞，洞体高9.0 m，宽8.5 m，两洞之间净距4.1 m，结构垂直净距1.9 m，顶部采用双排φ295的大管棚，间距300 mm，初支采用I20型钢架，间距500 mm，300 mm厚C25喷混凝土，二衬采用700 mm厚C30防水混凝土，防水等级为S10，采用“CRD”工法分四部开挖施工，临时支撑采用I20型钢支撑。

3 下穿既有车站达到的环境安全要求

运营公司根据车站运营的要求提出车站施工沉降控制在10 mm以内。施工期间不允许出现任何影响地铁运营的事件发生。

地铁公司根据既有车站的特点将该车站定位特级环境风险源进行控制。必须确保施工的安全和对既有车站运营的安全。

4 施工技术问题分析及处理

车站下穿既有线车站自2007年5月21日开始施工，历时250余天，结构最大沉降仅为6.78 mm，完全满足既有运营车站10 mm的沉降要求，在确保各项技术指标的前提下，2008年1月29日，车站下穿既有车站主体结构工程顺利完成。施工中采取切实可行的方法和措施，以各分部工序的沉降目标为控制值来控制，实现了特级环境安全风险源的成功穿越。在穿越既有车站的过程中，有许多的经验值得总结和提高，特别是对安全控制要求严格的项目工程方面的经验为类似工程提供参考和借鉴。

4.1 沉降目标控制

项目沉降最终的突破，首先是项目各分部目标值的突破，为了总体控制项目目标，项目一开始就将10 mm的沉降分解到各部工序中，严格实施分部分层控制，分别采取不同的方法和不同的技术措施实施控制，同时将每部沉降目标按80%设立警戒值。施工时每部控制尽量不超过设定警戒值，达到警戒值即停止下部工序施工，采取有效措施处理确保整个工序不突破管理目标值。因达到警戒值，运营公司也将限令停止后续施工。

4.2 超前支护选择问题

隧道初步设计超前支护采用φ600的管幕，该管幕采用跟管扩大钻机施工，根据其他施工情况[1-2]，该方法易造成管幕施工时管幕周边空隙过大，管幕注浆不能及时跟上而造成地层沉降，且沉降不易控制。

综合考虑车站的地质和管棚施工技术以及环境条件，施工时改为双排φ295的大管棚，采用挤压土体夯管技术施工大管棚。从技术上克服管棚施工时造成的沉降问题，保证大管棚与地层之间没有空隙。从施工的效果看，该方案的选择是非常正确的，起到重要的作用，前期大管棚施工能够有4～5 mm的隆起。

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4.3 大管棚施工问题

一般大管棚采用内刃脚，并且安装切削环，避免管周摩擦力过大的。本车站沉降控制指标严格，每部工序都有分解的控制指标，不得超限。采用内外双刃脚的措施，通过大管棚的施工，挤压和压实地层，达到改良地层的作用。保持管壁与岩层密贴，不人为制造缝隙。在实施过程中发现，在密实高应力地层，管壁摩擦力非常大，大管棚单侧夯进的深度仅能夯进15 m，采用双侧夯进大管棚,大管棚在加固体中间部位搭接，保证大管棚施做时地层不引起过大沉降。实践证明，此方法非常有效，在整个大管棚施工后，既有结构整体隆起5 mm，对整体沉降控制起到重要的作用。

4.4 开挖方案确定

采用工程类比分析[4]及有限元模拟分析，采用先近后远的方法施工，即先施工离既有车站底板沉降缝最近的1、2部，在完成1、2部后，在1、2部初支结构的支撑下，再施工3、4部，左右两洞同步施工，保证地铁结构底板的差异沉降不超标。

采用CRD工法组织施工，步步为营，每部及时封闭成环，及时回填注浆，控制结构沉降。同时为避免时差效应，缩短开挖时间，加快施工进度，采用车站两端同时对挖。

4.5 高地应力问题处理

施工部位结构初支顶距既有车站底板1.9 m，大管棚顶距车站底板底仅有90 cm，此部分围岩直接受上部荷载作用，既有线下部岩层所受应力比较大，应力比较集中，处于高应力状态，该部分土体处于高压状态，隧道开挖时，该部分地层岩体的应力释放很迅速，所以开挖后围岩的变形速率比较大，施工控制不力，将产生较大的沉降[3]。控制措施为：超前大管棚支护，超前注浆，快速开挖及时封闭，大刚度初支钢架，管棚与初支钢架间通过刚性块保证持续传力，及时进行回填注浆，初支封闭后根据监测情况进行补偿跟踪注浆，迅速补充地层应力损失，快速实现应力平衡。

4.6 开挖、初支问题

实现快速开挖，快速封闭，严格按部序开挖封闭，严格CRD各部施工质量。特别是结构连接节点的质量保证。

隧道开挖前认真做好超前注浆工作，保证注浆的质量。但在高应力状态下即使这样处理仍有可能垮塌，特别是在沙层中开挖，要备用一些处理坍塌的物资和材料，上部要挖到大管棚底部，通过连接钢板等以便实现初支刚性连接。让大管棚和初支一起形成系统受力状态。保持开挖面能够承受应力和传递应力，并且受力良好。

开挖前还要进一步对中间岩柱进行注浆加固，保证中间岩柱的承载能力和抗压缩能力。

开挖时注意初支底部松渣的清理，使上部力能够顺利传递到下部基底，必要时加强初支底部注浆加固，改善隧道基地受力状况，保证结构受力稳定。侧向采用横向小导管注浆加固。

初支和大管棚之间采用钢板连接，保证大管棚受力良好，使初支结构能够受力和传递力良好，喷混凝土及时、密实，特别是初支面和岩层面的密贴，及时回填注双液浆。钢架背后不容易喷满混凝土，易出现空洞的地方应及时回填注浆，保证初支面与围岩间密贴。

4.7 注浆问题

注浆是为了改善围岩地层条件，或填充空隙，或调整围岩的受力状况。

超前注浆固结砂层，将开挖一定范围内的砂层固结，注浆实际是提高砂层的密实度，通过提高砂层的密实度达到稳定开挖面，同时对中间岩柱也进行加固和固结，在隧道开挖的1、2部从侧面对中间岩柱注浆加固。

隧道开挖后及时进行初支的背后注浆，填充初支背后空隙，使初支和围岩间传递力良好。必要时可停止开挖进行回填注浆。

补充跟踪注浆是注浆管底部达到既有车站底板下，对此处进行补偿注浆，根据隧道变形速率来调整车站底板处围岩的应力状态，达到控制变形及时收敛。此注浆要根据情况反复多次，直到达到目的。

4.8 二衬初支拆除问题

隧道初支的临时支撑拆除按6 m长分段、分层拆除。二衬时临时中隔墙竖向底、顶支撑采用换撑处理，保持结构受力不发生较大的变化，防止二衬拆除临时结构时发生沉降，另考虑整个初支结构是平顶直墙结构，抗变形能力差，并且初支就在原地铁车站下，直接承受原车站的竖向荷载，换撑必须确保结构受力安全，采用半幅半幅做结构的方法。结构做完半幅后，脚手架、二衬等受力杆件不拆除，在二衬回填注浆完成后，在结构受力安全的情况下，对顶部竖向支撑进行换撑处理，保证防水板的密封性，然后进行剩余半幅二衬结构施工，待整个二衬结构做完后，再拆除脚手架和竖撑。确保二衬时隧道初支结构受力稳定，实现阶段沉降目标的实现，最终实现整体沉降目标的实现，精细每部施工控制。

4.9 分段分部二衬

二衬施工也是关乎整体沉降的一个重要部序，要高度重视。结合其他CRD及临时中隔墙隧道结构二衬施工时拆除临时支撑造成地层发生大量沉降的情况，本部二衬将采取切实稳妥的方案进行二衬，控制车站沉降，达到预期目的。

平顶直墙结构二衬，采取分部分段衬砌，每部二衬基本保持初支结构受力不发生大的变化，隧道二衬分底板、边墙、左侧半幅顶板、右侧半幅顶板。二衬脚手架采用满堂红脚手架，加强横向和斜向的支撑构件支撑联系，加大二衬施工时的结构的整体支撑刚度，保持二衬施工时初支结构受力相对稳定，实现二衬施工时既有车站结构变形沉降控制目标。

隧道二衬按照拆除段长度来控制施做二衬，在施做底板时，先换撑竖向CRD临时结构，待底边有一定强度后，再拆除原CRD临时仰拱部分，侧墙结构做完并达到一定强度后，施做顶部半幅顶板结构，并预留直螺纹连接。待结构混凝土达到一定强度后，对其顶部进行回填注浆，保证顶板混凝土密实。最后，保留所有脚手架和横向支撑，对顶部竖向CRD进行换撑，施工剩余部分顶板，待回填注浆完成后，结构强度达到一定强度后开始按顺序施工下一段结构。

5 结论

本车站下穿既有线工程环境要求严，为同类工程之最，为特级环境安全风险工程, 两站之间采取“十”字换乘。宣武门站通过既有线段全长26.7 m，结构形式为两座矩形单洞，洞体高9.0 m，两洞之间净距4.1 m，结构垂直净距仅1.9 m，采用“CRD”工法分四部开挖施工，施工风险巨大。经过项目部全体人员艰辛努力，最终使既有运营车站的结构最大沉降仅为6.78 mm，结构最大沉降始终控制在目标范围内，在确保各项技术指标的前提下，实现了特级环境安全风险源的成功穿越。工程中所采取的各种方法和措施为今后类似工程提供借鉴和参考。

[1] 胡曦波.北京地铁五号线东单站暗挖隧道施工方案[J].隧道建设,2006 ,26(1):44-48

[2] 王伟东.北京地铁东单站暗挖大跨段过既有线施工技术[J].西部探矿工程,2006 ,18(6):132-133

[3] 姜景山,陈浩,张洪威.崇文门车站下穿地铁既有线施工变形控制措施[J].铁道标准设计,2005，(10):85-88

[4] 房倩,张顶立.浅埋暗挖地铁车站下穿既有线结构施工方法研究[J].中国铁道科技,2007,28(5):71-77