地铁竖井、横通道转入大断面正线隧道施工安全控制技术

韩灵灵

(中铁十六局集团地铁工程有限公司，北京 100124)

地铁竖井、横通道转入大断面正线隧道施工安全控制技术

韩灵灵

(中铁十六局集团地铁工程有限公司，北京 100124)

针对城市地铁竖井、横通道转入大断面正洞施工难度大、工序转换繁杂、安全风险高的特点，本文以中国美术馆站站后折返线竖井、横通道转入左、右线正洞施工为例，阐述了竖井、横通道转入大断面正洞时支护框架结构受力转换体系和超前支护加固技术，并通过对沉降监控量测数据分析研判，验证了此种安全控制技术在确保结构自身和周边构筑物安全方面是合理可靠的，可供类似工程参考。

竖井横通道；大断面隧道；框架结构；受力转换；沉降；施工安全

城市地铁暗挖区间正线隧道施工时，绝大多数是通过竖井和横通道转入正洞施工，且多数切入点是区间岔线、渡线或停车线大断面隧道。竖井与横通道、横通道与区间正洞交叉口存在破壁进洞的不利工况，边墙开口部位较多，破除“马头门”处应力较为集中，施工难度大、安全风险高[1]。

1 工程概况

北京地铁八号线中国美术馆站站后折返线区间隧道施工竖井为矩形断面，长×宽为7.1m×5.2m，深30m，采用倒挂井壁法施工；横通道为拱顶直墙结构，长×宽为27.8m×6.3m，高13.42m，采用逐台阶、架设临时水平横撑的三台阶开挖法；横通道处正洞右线为单线单跨马蹄形标准断面，宽×高为6.2m×6.73m，采用台阶法施工；左线为双线单跨断面，宽×高为14.3m×10m，采用双侧壁导坑法。竖井横通道支护体系为格栅钢架与喷锚结构，正洞为复合衬砌结构。

竖井横通道处工程地质比较复杂，结构主要位于中砂细砂层、砾砂层、卵石圆砾层内；地下水丰富，以层间潜水为主。竖井、横通道与区间隧道结构平面见图1，竖井、横通道与区间隧道结构剖面见图2。

2 风险分析

一是竖井转入横通道及横通道转入正洞施工，需先后破除9个“马头门”， “马头门”处应力较集中，成为施工中保障生产安全的薄弱环节[2]。二是本工程横通道及正洞大断面拱部主要位于砾砂层，稳定性差，易坍塌，且竖井横通道处区间正洞左线与右线间距为3.25m，左线与竖井井壁间距为2.5m，土体薄弱，并多次扰动。地表和洞内拱顶沉降控制标准严，结构施工难度大，安全风险高。因此，竖井横通道转入区间大断面隧道破除“马头门”前需进行初期支护受力体系的转换，确保施工中隧道结构安全、围岩稳定及地表周围构筑物安全成为控制的重点和难点。

3 安全控制技术措施

根据以往的施工经验而知，横通道及其与竖井、正洞的交叉部位施工时结构变形和地表沉降量大，且正洞施工时变形量最大。为有效控制结构变形和地表沉降，经理论分析和专家论证，采取以下技术措施，以保障结构和周边构筑物安全。

图1 竖井、横通道与区间隧道结构平面图(单位：m)

图2 竖井、横通道与区间隧道结构1-1剖面(单位：m)

3.1 降水作业

竖井、横通道及区间正洞隧道施工前进行降水作业，确保地下水位降至结构底板以下，创造无水作业条件。

3.2 横通道“马头门”加固措施

按照设计要求，横通道“马头门”范围内采用加密竖井格栅钢架和横通道拱部设置水平超前小导管的技术措施，格栅钢架由0.5m加密至0.4m一榀，拱部120°范围内设置一环长5m、环向间距300mm的超前小导管，在“马头门”初支破除前进行注浆加固地层；与竖井井壁相交界面处密排两榀横通道格栅钢架，与竖井格栅钢架焊接牢固，加强交界面初期支护。

3.3 横通道支护加强措施

本工程采用横通道直接转入区间隧道正洞的施工方案，为横通道转入正洞时能够在直边墙上破口完成正洞施工条件，横通道直边墙的设计高度大于隧道正洞的开挖高度[3]。

为有效控制大断面正洞开口施工时对横通道支护结构产生不安全因素，确保横通道结构的稳定安全，横通道端头堵头墙和开口处横通道初期支护封闭成环后，再进行隧道正洞破口施工；并依据理论分析结论，在左线大断面正洞横通道段设置框架结构，在正洞破口处形成门架，完成横通道支护受力转换体系，保证破口时受力结构的整体性和安全性。

为方便后续横通道内隧道正洞衬砌结构施工，快速拆除受力转换构件，受力转换体系采用型钢框架结构。框架结构采用8个双拼I25工字钢立柱，横通道底层初支结构施工时预埋立柱基础，其中两端4个立柱与横通道直边墙紧密连接，中间4个立柱设置在正洞双侧壁导坑临时竖撑处，并与后续施工的竖撑连接牢固；立柱在横通道拱脚处设置顶梁，顶梁上用5根型钢与拱部初支密贴，支顶拱部初支结构；立柱底部和中部设置横纵水平连接件，中部纵向水平连接件设在横通道水平临时支撑下方，与其紧密连接，在隧道正洞破口时起到支托横通道水平临时支撑的作用；立柱与横纵水平连接件采用螺栓和焊接的方式连接，在节点处采用焊接型钢角撑加固，构建一套完整的框架结构受力体系。框架结构平面示意图见图3、框架结构纵剖面示意图见图4、框架结构横剖面示意图见图5。

图3 框架结构平面示意图(单位：m)

图4 框架结构1-1剖面示意图(单位：m)

图5 框架结构2-2剖面示意图(单位：m)

3.4 隧道正洞施工加固措施

3.4.1 超前支护措施

按照设计文件要求，在横通道第2层封端墙施工完成后，即在左线大断面隧道拱部120°范围施工直径121mm、环向间距300mm、L=10m的大管棚，在右线标准断面拱部120°范围打设环向间距300mm、L=3m的双排小导管，在正洞开挖前进行注浆加固地层。同时施做型钢框架结构，完成正洞开口前预加固措施。

3.4.2 正洞破口施工步序

由于正洞右线与横通道相交处为标准断面，结构尺寸相对较小，破口施工时采用短台阶法，左线大断面正洞破口施工采用双侧壁6部导坑法。在预加固措施做好的前提下，施工隧道正洞，横通道直边墙内架设正洞第一榀格栅钢架，与横通道形成完整的受力结构；同时按照左右线相对交错的施工顺序破除正洞“马头门”处初支结构，先施工右线标准断面往南方向，开挖完15m后，接着施工大断面正洞往北方向(按照双侧壁导坑常规方法施工)。同样，依次施工右线往北方向和左线往南方向正洞。

3.5 正洞间地层加固

左右线隧道正洞间最小土体厚度为3.2m，待先施工一侧正洞初支结构封闭成环后，即进行径向注浆加固洞间土体，减小另一侧正洞施工时对该土体的扰动，有效控制坍塌。

4 监控量测分析

地面构筑物和隧道结构安全主要通过观测地表和洞内拱顶沉降量来分析预判。地表沉降观测点应在降水作业施工前完成埋设，横通道拱顶沉降观测点在初支结构施做时埋设，及时读取初始值。地表沉降采用电子水准仪观测，洞内拱顶沉降采用全站仪观测。本工程以大断面正洞部位多个观测点的各施工阶段最大沉降数值进行分析。沉降变化曲线见图6。

图6 沉降变化曲线图

通过沉降变化曲线数值分析可知，地表最大沉降为28mm，洞内拱顶下沉值为7mm，均满足地表最大沉降30mm和拱顶最大沉降10mm的设计要求，地表和洞内拱顶沉降得到了很好的控制。因此，本工程在一定程度上克服了同类工程沉降控制的难题。

5 结语

本工程采取以上安全技术措施后，各施工部位破除“马头门”前初支结构得到了加强，在大断面正洞破口处形成了门架，构建了横通道转入区间隧道正洞施工时受力转换体系的整体性，保证了“马头门”破口时的施工安全，保障了隧道正洞破除“马头门”施工时横通道结构安全、地面构筑物安全和围岩稳定。通过沉降变化曲线分析，地表及洞内拱顶沉降虽大大减小，但正洞施工时沉降速率快的特点仍未有效控制，若横通道采取复合衬砌结构，复合衬砌完成再进行正洞施工，更能有效的控制地表沉降和洞内拱顶沉降。该工法在一定程度上能够确保横通道转入区间隧道正洞施工时地表周边环境和施工过程中结构自身的安全，为类似工程提供参考依据。

[1] 刁志刚.横通道与大断面隧道交叉口施工方法探讨[J].铁道建筑，2007,26(10)：35-37.

[2] 李静.竖井横通道转正洞施工方案比选[J].隧道建设，2008,28(4)：476-478.

[3] 吴波.地铁竖井横通道转正洞快速施工技术研究[J].铁道标准设计，2008(9)：74-76.

Safety Control Technology During the Construction of Subway Main Shaft Cross Channel into Large Cross Section Tunnel

HAN Lingling

(ChinaRailway16thBureauGroupMetroEngineeringCo.,Ltd.,Beijing100124,China)

There exist the difficulties during the construction in cities of subway shaft and cross passage into big cross section, the complexity of working procedure conversion and the high risks. Based on these characteristics, special techniques were described with the construction of subway station at National Art Museum of China as an example. These techniques include the stress conversion system of the supporting frame structure and the reinforcing technique of the supporting structure, during the construction subway main shaft cross channel into large cross section tunnel. By analyzing the data from subsidence monitoring, we also assessed the rationales and reliability of these safety control techniques in ensuring the safety of the structures themselves and the surrounding structures, which could provide a reference for similar projects.

shaft cross channel； large cross section tunnel； frame structure； stress conversion； settlement； construction safety

2016-08-09；

2016-09-09

韩灵灵(1989—)，女，山西原平人，助理工程师，从事地铁工程施工管理工作。

2095-1671(2016)05-0251-05

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