暗挖地铁车站下穿既有地铁隧道施工控制

王庆兵

北京市政路桥股份有限公司

暗挖地铁车站下穿既有地铁隧道施工控制

王庆兵

北京市政路桥股份有限公司

随着城市经济的快速发展以及交通建设的不断发展，不可避免的会出现地铁线路之间出现交叉和换乘的情况。受到地下空间的限制以及换乘地铁的需要，在进行新建地铁工程的施工中经常出现穿越既有地铁线路的情况。在浅埋暗挖隧道下穿既有路基施工中，围岩岩体和地表道路的变形必然因为隧道的开挖扰动出现变化，通过数值模拟分析施工对路面沉降的影响意义重大。基于此，本文就针对暗挖地铁车站下穿既有地铁隧道施工控制技术展开了探讨。

地铁隧道；暗挖法；施工控制

随着我国城市地铁修建的飞速发展，不良地质条件下的浅埋隧道下穿既有运营道路工程的建设量大、面广，不良地质条件下隧道下穿运营道路时隧道和道路的相互影响也越来越严重。新建隧道下穿施工必然会引起既有道路路基的变形，进而影响既有道路的运营，严重时可导致路面破坏，引起人员安全事故等。近年来，结合我国地铁的建设，研究人员对新建隧道下穿既有道路施工技术进行了广泛的研究，取得了一些有意义的研究成果。

1 浅埋暗挖法简述

1.1 施工原理

浅埋暗挖法，以新奥法的基本原理为理论基础，具体施工原理：采用复合衬砌，初期支护承担全部基本荷载，二衬作为安全储备，初支、二衬共同承担特殊荷载；采用多种辅助工法，超前支护，改善加固围岩，调动部分围岩自承能力，根据围岩强度与支护刚度之间的关系，采用不同开挖方法及时支护封闭成环，使其与围岩共同作用形成联合支护体系。在整个项目实施过程中，一直采用信息化设计与施工。

1.2 施工原则

浅埋暗挖法在建筑物下隧道工程施工中应用时，应当遵守以下原则：第一，根据地质工程条件、地面既有建筑物特点及机械配备情况，通过经济优选的方式选出对地层扰动小、快速、经济的开挖方法。第二，即使确定选择辅助工法进行施工，在采用相应的辅助施工措施后，依然优先选择大断面开挖法。第三，根据地层、断面的具体情况选择与之相适应的开挖、通风、防水、装运、二衬作业等操作的配套机具，最大程度的满足快速施工要求。第四，施工过程中要认真、严格的进行监控量测工作，并把这一项工作视为施工中的一项重要工序。第五，采用信息化施工和管理，利用信息技术进行工序时间调整，严控工程进度，做好施工安全、机械管理、沉降监测、环境管理、施工材料管控等工作。

2 暗挖法在地铁隧道施工中的应用

2.1 工程实例

该工程位于一交通繁忙的十字路口下方，且管网密布，通讯电缆、自来水管和污水管道等纵横穿插。该车站宽23m，高8.6m，拱顶距既有地铁线4m。柱体纵向上为墙状连续结构，以隔离行车时的噪音和空气污染。车站所赋存地层上部为风化软岩，下部为硬岩。

2.2 施工要求

由于整个施工环境较为复杂，使得工程施工难度较大，为保证施工的合理性，并控制施工成本，应注意以下几点：(1)对隧道长度进行控制。尽可能控制隧道长度，以降低整体工程造价，节约成本。(2)根据市中心布局，对隧道走向进行合理设定。设计时，应选择车流量较少的位置布设隧道，并尽量沿绿化带施工，避免影响其他公共设施运转，保证工作井构建顺利进行。(3)隧道走向尽可能保持顺直。考虑到电缆具备一定刚度，实际布设过程中不能随意弯曲，所以尽可能让隧道保持直向，尽量避免出现大角度转角。

2.3 地质状况调查

工程区间隧道地层主要由第四纪全新世人工堆积层、上更新统哈尔滨组地层、中更新统上荒山组地层、下荒山组地层组成。地层从上到下主要有：杂填土(①)、粉质黏土(②)、粉质黏土(③)、粉质黏土(③-2)、粉质黏土(④)、粉质黏土(④-4)、中砂(⑥)。根据《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范》(GB50307－1999)，粉质黏土层可挖性分级为Ⅰ或Ⅱ级;根据《铁路工程地质勘察规范》(TB10012－2007)，粉质黏土层围岩分级为Ⅵ级或Ⅴ级。区间隧道地下水主要赋存于冲洪积地层内，含水层主要为孔隙潜水。但粉质黏土中存在上层滞水，并且分布不连续。

2.4 计算结果及分析

根据确定的施工开挖方案和隧道的支护方案，确定区间浅埋段下穿学府路规划道路正下方隧道和道路相互影响的施工步序模拟步骤如下：(1)首先对模型进行平衡区自重、位移及塑性区清零。(2)对土体及模型进行取值，采用莫尔－库伦模型。(3)施工步采用10单元进行循环施工，支护形式放在各部开挖完成之后，同时进行锁脚锚杆的施工，并施加中隔板。隧道的开挖是一个动态的过程，随着隧道施工的推进，道路将随之出现沉降。为分析道路沉降随隧道施工的变化，在路面地表选取DB-(1-3)轴线上的3个测点和DB-(4-7)横向测点为研究对象。分析地铁隧道施工引起的地表沉降位移的变化过程可见，在隧道施工过程中，地表沉降位移变化来源于初始步产生，其后的施工对沉降的影响逐渐减弱;且在支护结构形成后位移基本趋于稳定。

2.5 施工方法

2.5.1 开挖和支护

在隧道工程中，可以采取短台阶法进行开挖施工。在开挖时，需要注意上台阶的长度不能大于1倍洞径，同时要保有超过2m和核心土。工程预留核心土的目的主要是对开挖面的变形情况进行抑制，从而提高土体的稳固性。同时，留核心土还可以提高拱部开挖的效率，在较早的时间就能够设置拱部栅，达到喷射混凝土的目的。在工程应用台阶主要是为了在施工作业时，能够有效的利用台阶产生的土压力，对工作面进行支挡，提高开挖作业的稳固性，并且也可以提高人工开挖的效率。而应用短台阶，则可以为人工翻碴提供比较便利的条件，同时还可以在较早的时间就开始进行中层土方的开挖作业，为后续边墙支护提供方便，从而保证初期支护尽快形成稳定的结构。

2.5.2 二次衬砌技术分析

在隧道工程中，应用浅埋暗挖法时，模筑混凝土经常被当作二次衬砌的材料。模筑混凝土不仅能够有效的增强初期支护的力度，满足工程初期安全方面的要求，同时，对于中间防水隔离层的支撑也具有较好的效果。通常情况下，施工单位要在工程初期进行勘察测量，在初期支护稳定的情形下，才可以开始二次衬砌工作。对于隧道断面较大的工程来说，如果直到初期支护变形后，才继续进行施工作业，很可能需要较长的时间，因此可以根据实际情况进行二次衬砌的提前施工作业。此时，二次衬砌承受的压力要更大，需要引起施工单位的注意。

2.5.3 合理排放地下水

排放地下水势必会增加土层的强度和刚度。对于砂层、砾砂地层而言，如果过度排放地下水，则会导致上覆多孔介质土层产生超固结现象，继而引起大面积的地面沉降。因此，在保证工作面稳定和正常开挖的前提下，应当合理的排放地下水，可根据实际情况采取多种方法阻断或封堵地下渗水通道。同时，应当尽可能的缩短地面或洞内的排水时间。当掌子面开挖过后，应当及时开挖周边或掌子面注浆以稳定工作面，及时停止排水。其中，在进行掌子面注浆时，应根据实际的地层条件来合理调整支护参数和注浆参数，保证注浆的效果。

3 暗挖法隧道施工控制措施

3.1 施工通风及照明

在地铁隧道的掘进施工过程中，为了稀释和排出爆破产生的炮烟、粉尘和有毒有害气体，保持良好的工作条件，必须对隧道掘进掌子面或其它工作面进行通风(即送入新鲜风流)。隧道通风对施工安全性的影响也是很大的，如果隧道通风工作没有做好，容易引起两类风险：一是没有及时稀释或排除隧道内的有毒有害气体(如瓦斯、二氧化碳等)，会对隧道内的施工作业人员造成身体伤害，影响施工。二是在某些特殊条件下的隧道中施工，尤其是在瓦斯隧道中，若通风工作没有及时稀释或排除，就很容易引起火灾或者爆炸事故，不但造成人员伤亡，对隧道结构的稳定性也有影响。

地铁隧道施工中的照明也是影响施工安全性的风险因素。隧道内的照明灯光应保证亮度充足、均匀、不闪烁，才能保证隧道施工安全顺利进行，否则容易造成以下风险：一是若洞内照明灯光昏暗、闪烁不清，会影响施工人员的视线，使其对洞内的施工环境了解不清楚，容易发生安全事故。二是洞内发生安全事故时，在普通照明关闭的情况下，应急照明对人员的疏散及物资的抢救发挥较大作用。

3.2 近接条件下风险控制研究

针对近接条件下对浅埋暗地铁挖隧道施工所引起的风险因素，可采取以下控制措施：①首先要做好地层加固以及预支护措施，还要对临近的既有隧道和建(构)筑物进行补强加固，使其能承受新建隧道开挖所带来的影响。②隧道洞身开挖采用分部开挖，先开挖远离既有隧道或建(构)筑物的一侧，再开挖另一侧；同时减小钻孔深度，减少单孔装药量。利用先开挖的空间为临近既有隧道或建(构)筑物的开挖部创造出临空面，减少了对近接建(构)筑物的振动影响。③洞身爆破开挖采用微振动控制爆破或光面爆破工艺，塑料导爆管微差毫秒雷管起爆，并将掏槽眼布置在远离既有隧道或建(构)筑物的一侧。④采用短进尺施工，严格控制循环进尺，炮孔要求线形布置以及利用起爆、加强炮孔堵塞等措施以减小爆破振动。

[1] 贺长俊，蒋中庸，刘昌用，邹彪.浅埋暗挖法隧道施工技术的发展[J].市政技术，2009，03：274-279.

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[3] 杨军峰，潘淡浓.浅埋暗挖法隧道施工技术及其地面沉降控制[J].中国水运(理论版)，2008，01：110-111.