暗挖区间隧道密贴下穿既有线车站关键技术研究

刘　涛　吕瑞虎

(中铁隧道勘测设计研究院，河南洛阳　471009)



暗挖区间隧道密贴下穿既有线车站关键技术研究

刘涛吕瑞虎

(中铁隧道勘测设计研究院，河南洛阳471009)

摘要:以北京地铁6号线下穿既有车站工程为例，提出了密贴下穿既有车站的施工技术，并制定了CRD+千斤顶支护法及注浆等辅助措施，探讨了施工中的操作要点，通过对既有车站结构变形的分析，指出车站结构处于安全可控状态，为类似工程的施工提供了参考。

关键词:既有车站，下穿施工，CRD法，千斤顶，结构变形

0　引言

随着城市轨道交通网络的日益完善，在线路节点处出现大量对既有地铁的穿越工程。工程界对穿越既有线的方式、加固手段及穿越期间的变形控制已有大量的研究，传统的设计方法是在新隧道与既有结构之间保留2 m～3 m的夹层土，通过注浆(大管棚、小导管或深孔注浆)或冻结等方法加固夹层土，或者直接加固、托换既有线结构。实践发现上述工法产生的变形依然很大，且上层结构一旦产生沉降变形很难恢复，因此已无法满足地铁工程发展的需要。北京地铁6号线区间隧道下穿既有东四站和朝阳门站均采用了密贴下穿既有车站的施工技术，该工法主要采取液压同步控制顶升技术并结合其他辅助措施，有效控制了既有车站结构的变形，可为类似工程参考和借鉴。

1　下穿既有线车站工程概况

1．1下穿既有2号线朝阳门站工程概况

1)新建线路与既有线位置关系。既有朝阳门站宽22．7 m，为三跨矩形框架结构，每25 m设置一条变形缝。新建隧道下穿范围内既有线结构位于同一段变形缝内。2)工程地质。下穿段隧道所穿越的地层整体较稳定，其上半断面主要为砂土层或碎石土层，下半断面则主要为粘性土层。砂土层、碎石土层中存在细颗粒，受施工扰动后容易发生流失，进而可能会形成空洞或造成洞壁坍塌。地层赋存三层地下水，含水层透水性好，且水量补给充分，其中第二层的潜水、第三层的承压水的水位高程均位于隧道底板标高以上，因此要进行洞外降水和洞内止水。

1．2下穿既有5号线东四站工程概况

1)新建线路与既有线位置关系。既有东四车站宽23．86 m，为单层三连拱结构，覆土层为12．68 m。隧道穿越位置距离既有结构南侧变形缝约7 m，左右线中心线间距约17 m。2)工程地质。隧道所穿越地层以砂层、卵石层为主，其上半断面及拱部以上主要为粉细砂层和中粗砂层，而下半断面主要为圆砾—卵石层，结构底板位置局部为粉质粘土层、粘土层及粉土层。地层中赋存四层地下水，其中第三层的潜水层和第四层的承压水层透水性较好且补给充分。结构底板位置承压水水头高达6 m～7 m，容易发生涌水。由于下穿段无法打设降水井，需进行全断面注浆止水。

2　下穿既有车站工程重难点分析

2．1地下水的影响

1)新建隧道埋深大，穿越潜水层和承压水层，且砂卵石地层渗透系数大，水量补给充足，施工受承压水影响较大;2)既有车站宽度大于20 m，降水井因须避开既有结构严重限制了点位的布设，使得降水难以封闭;3)为降低地下水影响，采用洞内注浆加固止水帷幕技术，但下穿段距离长，且要快速通过，所以注浆循环不宜过多，注浆止水效果难以保证。

2．2结构沉降及变形控制

1)降水势必会引起地层沉降，在保证降水效果的同时，还要保证既有车站变形不超标，施工难度大;2)注浆施工每循环注浆的距离长、压力设置大(1 MPa～2 MPa)，在保证加固及止水效果的同时，不能引起既有结构变形超标，压力控制难度大;3)地层在既有结构施工时期已受扰动，暗挖施工再次通过易产生更大的沉降;4)既有线路运营列车重量大、速度高，产生的动荷载影响易导致开挖掌子面拱部地层失稳垮塌，进而造成既有结构产生较大沉降。

3　暗挖密贴下穿既有线车站关键技术

3．1下穿施工前地下水治理及地层加固

1)降水作业。采取洞外降水和洞内止水相结合的方法。打设深管井并安放大功率深水泵进行降水，以增大降水曲线和增强减压效果。为减小降水作业产生的沉降影响，不对既有车站埋深范围内潜水降水，只重点对承压水进行降水处理。2)洞内注浆止水及地层加固。采用深孔注浆与袖阀管注浆相结合的注浆措施，在加固地层的同时，形成有效的止水帷幕，以消除潜水及承压水层对暗挖作业的不利影响。注浆由下向上，纵向分两次进行，搭接2 m～3 m。注浆范围为开挖线范围内及外2 m～5 m范围内土层，以形成筒状加固区作为封闭堵水帷幕;注浆加固目标为:隧道初支结构轮廓线外无侧限抗压强度为1．0 MPa，轮廓线以内为0．5 MPa。注浆加固范围见图1。

图1　既有车站下方注浆加固横断面示意图

3．2下穿施工CRD法支护及液压同步顶升技术

为减小既有车站结构沉降，施工中采用CRD法开挖支护+液压千斤顶顶升技术，确保新建隧道初支结构和上部车站底板垫层刚性紧密接触。左、右线隧道对称开挖，首先开挖外侧洞室，再开挖内侧洞室;待初支开挖通过后，再施作外侧洞室的二次衬砌，使其尽快为上部车站结构提供有效支撑，减小结构沉降;外侧洞室衬砌完成后方可拆除临时中隔墙，再进行内侧洞室的二次衬砌。开挖过程中严格控制各导洞步距和台阶长度，二次衬砌时分幅分段进行。

3．2．1千斤顶布置

既有车站下方纵向每隔3榀格栅钢架设置1榀千斤顶+型钢钢架(见图2)，左、右线每个里程断面各设3台100 t液压自锁式千斤顶(见图3)。开挖时先架设侧墙竖向型钢钢架，焊接连接筋;再安装顶部型钢钢架，千斤顶应安装到型钢钢架中预留的固定位置，其与型钢钢架相连接部位的安装方法如图4所示。

图2　千斤顶布置纵断面图

图3　千斤顶布置横断面图

图4　千斤顶与型钢钢架安装示意图

3．2．2初支格栅及型钢钢架安装

下穿段格栅分为普通格栅钢架和型钢钢架两种。其中型钢钢架采用H270×440×12 mm3对称焊接工字钢，为千斤顶顶升提供支点。钢架架立必须保证左右同步及垂直度，避免因钢架架立偏差引起千斤顶顶力不垂直，进而影响对既有线结构顶升效果。因千斤顶顶升需要，将顶部型钢钢架与前后格栅分离，故在钢架顶部不设连接筋。钢架不能与既有线底板垫层密贴时采用钢质楔形垫块垫实。

3．2．3千斤顶顶力加载

对于型钢钢架断面(如图3所示)，在1部洞室上台阶初支开挖架设型钢钢架时安放好①②号千斤顶，逐渐调节其行程直至钢架顶部与上部车站底板垫层有效密贴;1部下台阶初支结构封闭成环后，对①②号千斤顶按5 t分级的方式逐渐加载至30 t。为避免影响2部洞室土方开挖及钢架架设，在2部上台阶开挖至距此断面约1 m时，将①②号千斤顶提前卸力，待2部初支结构封闭成环后，再对①②号千斤顶重新加载恢复顶力;过程中根据变形监测情况进行调液压顶力以保证顶升效果。3部开挖至此断面安装型钢钢架时固定好③号千斤顶，初支封闭成环后逐渐调节液压进行顶升;4部开挖至距此断面约1 m时，将③号千斤顶提前卸力，待其初支成环后逐级恢复并根据变形监测情况调整顶力。顶力衰减、发生突发事故或沉降变形较大时，及时对千斤顶进行加压补偿。

3．2．4初支背后回填及补偿注浆

初支通过后及时回填注浆，压力不大于0．5 MPa。根据监测情况，进行动态补偿注浆。为控制既有线沉降，还应对左右线之间的土体进行了注浆加固。

3．3分幅分段施作二衬结构

为减小既有线结构沉降，分段分幅对称施工二次衬砌。环向先施工底板，再施工侧墙和顶板，纵向每段不大于12 m。临时仰拱拆除与侧墙浇筑对应，拆一段，浇筑一段，严禁超拆。外侧洞室衬砌示意图见图5，内侧洞室衬砌支撑示意图见图6。

图5　外侧洞室衬砌示意图

图6　内侧洞室衬砌支撑示意图

4　既有车站结构变形分析

1)下穿2号线朝阳门车站施工过程中，既有结构变形总体控制良好，绝大部分监测项目的累计变形值处于可控状态，各监测项目变形的最大累计值如表1所示。

表1　下穿既有2号线车站监测最大值统计　mm

2)下穿既有5号线东四车站的过程中，既有结构各项监测项目累计变形均在可控范围内，没有出现报警现象，变形控制较好，各监测项目变形的最大累计值如表2所示。

表2　下穿既有5号线车站监测最大值统计　mm

5　结语

1)下穿既有线车站属于特级风险工程，埋深大，环境地形条件复杂，施工难度大，变形控制标准要求极高，施工过程中采用CRD+千斤顶支护法及注浆等辅助措施，基本满足了沉降变形控制要求，有效保证了既有车站结构始终处于安全可控状态，成功实现了穿越。2)实践证明该技术是可靠的，但在实际运用中尚不成熟，例如安放千斤部位初支回填注浆时易漏浆、多导洞开挖情况下侧壁处型钢钢架垂直度难以保证可能会导致千斤顶难以有效顶升等，这些还需要认真研究总结和优化。3)过程中需要根据监测情况频繁地对千斤顶加载顶升，下层导洞通过时也需对千斤顶卸载，能否将千斤顶液压控制系统与自动化监测系统有机地整合为一个自动化操作系统，从而更有效地实现对既有线结构变形的精确控制，值得继续探索。

参考文献:

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On key techniques for closely attached underpass existing stations in mining intervals

Liu TaoLv Ruihu
(China Railway Tunnel Survey and Design Institute，Luoyang 471009，China)

Abstract:Taking No．6 Metro’s underpass existing station in Beijing as the example，the paper points out its construction techniques，makes out some measures including CRD+lifting jack support method and grouting，explores the operation points in the construction，and points out the station structure stays in the safe and controllable status according to the analysis of the structural deformation in existing stations，so as to provide some reference for the construction of similar projects．

Key words:existing station，underpass construction，CRD method，lifting jack，structural deformation

作者简介:刘涛(1989-)，男，助理工程师;吕瑞虎(1983-)，男，硕士，工程师

收稿日期:2015-10-23

文章编号:1009-6825(2016)01-0183-03

中图分类号:U455

文献标识码:A