紧邻建筑物浅埋暗挖车站的施工技术

李享松

（中铁五局集团 第一工程有限责任公司，湖南 长沙，410100）

紧邻建筑物浅埋暗挖车站的施工技术

李享松

（中铁五局集团 第一工程有限责任公司，湖南 长沙，410100）

结合沈阳地铁中街站实际工程，对浅埋暗挖施工中横通道及导洞开挖、大跨度初支扣拱关键技术进行了研究，提出了系列建筑物和管线安全保护措施。对施工过程中地表沉降、拱顶下沉、管线沉降及建筑物沉降等指标进行了监控量测。对监测结果的分析表明，采用系列沉降控制措施后，该浅埋暗挖车站施工过程中各沉降值均控制在了预警值范围内，周边建筑物及管线均处于安全状态。

紧邻建筑物； 地铁车站； 浅埋暗挖； 施工技术

在城市中心利用浅埋暗挖法修建大断面地铁车站，不可避免地要经过周边建筑物密集、交通疏解难度大、地下管线错综复杂且不易改移的地段，这些给工程施工带来了巨大的挑战［1-5］。对于紧邻建筑物的大断面浅埋暗挖车站施工，如何有效地控制地面沉降，确保建筑物和管线安全是施工首先要考虑的关键问题，如控制不当会造成道路中断、管线破裂、建筑物开裂甚至倒塌等重大安全事故。因此，对浅埋暗挖大断面地铁车站施工中控制沉降的关键技术进行研究是十分必要的［6-10］。本文结合沈阳地铁中街站工程，对浅埋暗挖车站的横通道、导洞开挖及初支扣拱等工序施工中控制沉降的关键技术进行了研究，并提出了系列地下管线、周边建筑物的保护措施。

1　工程概况

中街车站位于沈阳市沈河区朝阳街与中街步行街交叉口，沿中街步行街东西向布置，与规划6号线在交叉路口十字换乘。车站为双层双跨岛式地下车站，有标准段、盾构加宽段2种截面型式。车站顶拱覆土8.56 m，站台宽11.00 m，全长233.70 m，车站以0.2%的纵坡由西向东下坡。车站附属有3个出入口，其中1、2号出入口设置在车站顶部，2号出入口与朝阳街过街通道结合； 车站于东西两端各设置1个机械风道与活塞风道及其风井； 并设垂直电梯井，紧急疏散通道和换乘通道各1个； 另设3个临时竖井及横通道作为施工出碴和运料通道。车站主体采用PBA工法全逆作施工，其东端与矿山法施工区间相接，西端与盾构施工区间相接。车站布置及周边重要建筑物分布如图1所示。

图1　中街车站周边主要建筑物与结构边线平面图

中街站周边高层建筑物多且邻近，地面人流密集； 交叉口朝阳街为单向4车道，交通繁忙。周边大部分建筑物紧邻车站结构，其中老边饺子馆和时代商业广场的桩基础离小导洞开挖边线分别只有 64 cm和77 cm （图1）。朝阳街与中街步行街交叉路口地下市政管网众多，有燃气、给水、电信、电力、热力、煤气、排污、光缆等18条管网。管线资料十分有限，存在一些资料不明和未探明的支管线，沿既有道路纵横分布，错综复杂，且许多管线年代久远，部分管道渗漏严重。

车站通过主要地层从上至下分别为：杂填土、粉质黏土、中粗砂、砾砂、圆砾、粉质黏土、圆砾等，车站主体结构地质情况如图 2所示。站体施工范围内主要存在第四系孔隙潜水，孔隙潜水稳定水位埋深在8.44～9.10 m之间。由于局部地段存在地下管道的严重渗漏水、工业及生活用水入渗，地层含水丰富且有稳定补给。由于粉质黏土层透水性差，因此粉质黏土层以上形成有滞水层。

根据以上情况分析可知工程具有特点：（1）周边大部分建筑物紧邻车站结构，其中老边饺子馆和时代商业广场的桩基础离小导洞开挖边线分别只有64 cm和77 cm，建筑物保护难度大； （2）竖井横通道断面较大，且埋深浅又紧邻建筑，采用CRD工法施工，分部多、跨度大，施工过程中受力体系转换频繁，对地层造成多次扰动，控制沉降难度大； （3）中街车站地处繁华商业区，施工场地狭小，交通疏解难度大，地下管线众多，改移、保护工作量大； （4）初支扣拱跨度大，施工风险和难度极大。

2　施工方案

浅埋暗挖车站施工的关键是严格控制土体沉降，保证暗挖初支自身结构及其施工的安全，地下管线及邻近建筑物安全。为使本工程能顺利完成，在充分考虑工程所处环境、地质条件的基础上，车站总体的施工方案如下：

（1）1号、2号临时竖井及横通道紧邻高楼，为确保建筑物安全，在竖井横通道与建筑物之间设置一排直径1.0 m的隔离桩，以减小相互影响。1号临时竖井横通道开挖跨度为8.5 m，采用CRD法施工。

（2）其它 3个临时竖井横通道开挖宽度为 4.6 m，均采用上下台阶法施工。车站主体采用洞桩法（PBA）全逆作施工。上部设东、西端导洞，下设1个中导洞，洞设详见图2。在两边导洞内进行围护桩施工、施作冠梁和扣第1步边拱及拱背回填，并在上、下及中导洞内施工底纵梁、钢管柱和顶纵梁及回填。3个小导洞开挖宽度为4.1 m，采用上下台阶法施工。车站初支扣拱跨度大，采用CD法施工。

（3）机械风道采用上下台阶法施工，活塞风道采用CRD法施工； 出入口采用明挖暗挖结合，暗挖部分采用CRD法施工。

3　施工技术

3.1横通道及导洞开挖

横通道及导洞均采用浅埋暗挖施工技术，该部分施工控制地表沉降是关键。尤其是1号临时施工通道跨度大，且分4层开挖，2号临时施工通道分5层开挖，多次开挖扰动土体，累积沉降难以控制。因此，采用如下控制措施：

（1）先护后挖，及时支撑。隧道开挖作业无论是上下台阶法、CD法还是CRD法，都要严格按照设计要求及工法要求进行施工，严格做到“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”十八字方针，遵循“先护后挖，及时支撑”的原则，以确保施工安全。

（2）加强初期支护。所有浅埋暗挖初支均采用“钢格栅+小导管+网喷混凝土” 结构。钢格栅间距50 cm，小导管Ф32 mm，长2.5 m，环向30 cm布置，喷砼厚度30 cm （扣拱35 cm）。锁脚锚管为Ф32 mm，长3 m，斜向下45°设置，每榀格栅脚节点处上、下紧布2根。超前小导管采用固砂剂和水泥浆液固结土体，其它回填注浆和锁脚锚管采用普通水泥浆液注浆加固地层，达到改良地层、抑制水患，控制地层变形的目的。

（3）坚持以“防塌、限沉”为核心的技术控制原则。根据现场施工经验总结，必须坚持以“防塌、限沉”为核心的技术控制原则，除做好以上“十八字方针”和遵循“先护后挖，及时支撑”的原则外，还要特别注意如下几点：

① 当掌子面地层严重渗水时，尤其是粗中砂层，极易坍塌，此时应封闭掌子面，暂停施工，尽快找到漏水源并及时堵漏，或采用疏导、引排，或采用HSC水泥-水泥双液型注浆材料注浆止水，治理好后方可继续开挖。HSC水泥-水泥双液型注浆材料按体积1∶1配比使用。

② 土层松散难以形成核心土时，采取在核心土范围打设小导管，并注浆以保持核心土，或采用砂袋堆码形成人工核心土。

③ 为确保初支结构整体的安全，除控制好钢格栅的安装质量外，纵向连接钢筋的安装质量很关键，纵向连接钢筋一般采用与格栅主筋相同的规格，全环向布置，环向间距为 1 m，内外双层梅花型布置，搭接长度和焊接质量一定要达标。

④ 采用上下台阶法时，上下台阶超前距离控制在 4～6 m较好，以保证下台阶临时仰拱及时封闭成环，减少沉降。

3.2大跨度初支扣拱施工

进行大跨度扣拱施工时，在车站开始全面降水后，进行底导洞开挖、底纵梁、钢管柱、顶纵梁、扣拱等工序的施工。随着水位的全面下降，地层沉降会进一步加大，对建筑物和管线会造成不利的影响。扣拱施工是受力体系转换最多的时候，地表沉降进一步发展，不仅存在很大的施工风险，同时也危及建筑物、管线、行人、车辆等的安全。主要对策如下：

因降水困难，施工工期紧，为加快施工进程，打破PBA工法的常规做法，对PBA工法进行灵活运用，即在钢管柱和顶纵梁未完成时，提前进行第1步和第2步扣拱施工，将原来的CD法施工的第2步扣拱分解成2步进行，即第2步和第3步，具体施工步骤如图3、4所示。因顶纵梁未完成，先单独提前施作第2步到位，同时增设第2步开挖的临时仰拱，使其构成一个小断面的封闭体系，并使开挖断面缩小至原来设计断面的一半，这样开挖面出土方量小，施作封闭快，每天能达3.5 m进尺，既减少了开挖跨度，又提高了施工安全性，且大大降低了因开挖扰动地层产生的沉降，有效提高了施工的进程。

图3　提前进行的第1、2步扣拱示意图

图4　顶纵梁完工后的第3步扣拱示意图

3.3车站周边环境保护

3.3.1地下管线安全保护

中街站地下管线密集，形成年代不一，地下暗挖容易造成管线沉降、变形。当沉降过大时容易导致管线断裂，影响正常使用，严重时会造成灾难性事故。受地层变形影响的管线保护关键在于控制好施工过程中地层产生的变形及不均匀沉降。主要对策如下：

（1）对所有浅埋暗挖施工后的初支拱背要及时进行回填注浆。初支后拱背回填注浆管采用Ф42 mm普通焊接钢管，管长约为0.6 m。注浆管沿拱顶布置，每环向断面不少于3根，纵向间距2 m，梅花型布置。一般在每开挖5～10 m后进行拱背回填，注浆次数根据地面沉降监测的实际情况需要可为1次、2次，甚至更多次。采取注浆量与注浆压力双控，不断地对地层加固，确保拱背密实、稳定，以控制沉降速率。注浆采用水灰质量比为1∶0.6的水泥浆，压力控制在1.0 MPa左右，注浆过程中严格控制注浆压力、注浆时间间隔和注浆量，并且对地表进行严密观测，防止造成地表隆起。

（2）为关键性管线即燃气管、给水管设置沉降监测点，随时取得管线的沉降信息，以便采取应对措施。另外，在临近施工范围以外的这些管线上安设紧急闸阀，以便及时切断气源、水源。

3.3.2周边建筑物保护

因车站结构与部分建筑非常邻近，施工过程中，如沉降控制不到位，建筑物产生下沉、倾斜，严重的会造成开裂，房屋不能正常使用。由于建筑物的安全关系到周边群众的生命、财产安全，因此被列为本车站施工中的头号重大风险源。主要应对措施如下：

（1）地表加固。为防止下一步施工造成地表沉降的进一步发展，在中街车站上方条件允许的情况下，进行大扣拱施工之前，对离两边导洞较近的中街建筑物，采用在导洞与建筑物之间进行地表钻孔加固注浆（图5）。地表加固注浆的深度到达冠梁底部，与围护桩一起形成对建筑物的保护屏障。地表加固采用地表袖阀管注浆，因施工的边界条件限制，地表袖阀管注浆加固施工只能局部进行。拱顶上部地层加固深度范围为地面下3.0 m处至拱顶上1.5 m （加固地层厚度为3.0～5.0 m），袖阀管注浆施工采用分段后退式注浆。注浆孔采用梅花形布置，排距取1.0 m。注浆技术参数为：水泥浆液水灰质量比取W∶C = 0.8∶1，并掺入一定量的速凝剂； 浆液凝胶时间为40 s，扩散半径取0.7 m，注浆速度取50 L/min，注浆压力取0.4～0.6 MPa。注浆施工时需严格控制注浆压力，以防止出现压力过大造成地面隆起危及管线。

（2）洞内加固。因大部分建筑基础临近开挖结构，为确保周边建筑物安全，对导洞外侧建筑物基础进行加固。注浆采用前进式分段注浆，即在导洞内靠建筑物一侧的初期支护侧壁上，用取芯钻机进行钻孔打入前进式注浆管，规格Ф70 mm × 2 m、Ф50 mm × 2 m和Ф40 mm × 2 m，总长度L = 5～8 m，方向向上挑20°，步长1.5～2.0 m。每钻进1.5～2.0 m时退出钻杆，封堵注浆，之后再钻孔打入注浆管，进行更深度注浆，直至到位。注浆采用水灰质量比为0.8∶1.0的水泥浆，注浆压力0.8～1.0 MPa，加固的范围为同仁堂、老边饺子馆、沈阳商业城、时代商业广场、北方贸易大厦、玫瑰大酒店。地表袖阀管加固注浆、洞内加固注浆范围如图5所示。

图5　临近建筑物的加固注浆示意图（单位：mm）

4　现场监测

在实际工程中，由于工程初步勘测的局限性以及实际施工过程的动态变化，在施工过程中需根据工程状况和监测反馈信息对设计作动态调整，以确保安全、工期和经济的和谐统一［11］。因此，在工程降水、导洞开挖、扣拱、拆除临时支撑、主拱二衬施工各阶段，分别进行地表下沉、拱顶下沉、管线沉降、建筑物沉降等项目的监控量测，对车站施工过程进行动态监测，并对监测结果进行分析，以及时调整施工参数，确保工程经济、安全。

（1）地表沉降。中街站按照设计要求，在开挖区地表每5 m布设地表沉降监测点。监测显示，1号、2号、3号临时施工通道及上层导洞地表的累积沉降最大值分别为-71.64、-50.04、-23.68和-42.83 mm。开累沉降较大的点集中在1号、2号临时施工通道附近，且中导洞比边导洞大。由此可知大断面和多层次开挖均会导致累积沉降过大，每次开挖均会对土层产生扰动而发生沉降，且CRD法施工比PBA法施工引起的沉降值大。

（2）建筑物沉降。通过在建筑物外墙或室内立柱上布设沉降监测点，对建筑物状况进行监控。本标段重点监测的建筑物较多，有玫瑰大酒店、老边饺子馆、沈阳商业城、北方贸易大厦、同仁堂药店等。监测中发现老边饺子馆和玫瑰大酒店沉降较大，其中玫瑰大酒店在附近导洞施工完成1个月后，室内门厅地面（图5）出现2道裂缝，在后期沉降和裂缝已经趋于稳定，再无发展迹象。玫瑰大酒店室外最大沉降量为-19.49 mm，室内最小沉降量为 1.84 mm； 老边饺子馆最大沉降为-18.76 mm，室内最小沉降为-0.56 mm。

老边饺子馆和玫瑰大酒店离结构近，沉降量较大，故以此监测结果为依据，对建筑物的安全性进行评价如下。

老边饺子馆基础为桩基础，玫瑰大酒店为箱型基础，根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）的有关规定，老边饺子馆的倾斜允许值为0.002 （测点沉降差与距离之比），玫瑰大酒店的倾斜允许值为0.004。老边饺子馆的最大沉降值为-18.76 mm，最小沉降为-0.56 mm，最大差异沉降为18.20 mm，距离为42.74 m。故老边饺子馆的倾斜值为18.20/42740 = 0.000426 ＜ 0.002。玫瑰大酒店室外最大沉降量为-19.49 mm，室内最大沉降量为1.84 mm，最大差异沉降为21.33 mm，距离为29.71 m。故玫瑰大酒店的倾斜值为21.33/29710 = 0.000718 ＜ 0.004。

以上计算结果表明：2建筑物的不均匀沉降都在设计允许范围内，且最大累积沉降量未超过最大允许沉降量20 mm，满足规范对建筑物地基变形允许值的要求，建筑物是安全的。

（3）管线沉降。本工程地段管线较多，贯穿东西的长、大管线被列为重点监测对象，并为中街路下方的燃气、排水和给水管线均布设了沉降监测点，按照每天2次的频率进行监测。管线监测数据和现场巡查显示，各管线均处于安全状态。

（4）洞内监测。格栅钢架钢筋应力没有较大的变化和突变值，监测数据显示其状态良好。拱顶下沉数据较大，拱顶下沉25～54 mm，水平收敛3～12 mm，但是仍在控制范围内，监测数据显示，已经封闭成环的沉降值日趋稳定。

5　结语

对于紧邻建筑物的大跨度高风险浅埋暗挖车站，如何有效地控制地面沉降，确保周边环境安全是施工首先要考虑的关键问题。通过采取本文所述技术措施，沈阳地铁中街站已顺利完成施工，成功地解决了受场地狭小、复杂环境条件、施工工序转换频繁等多种因素制约的困难。施工中有效地控制了地面沉降，大大降低了施工风险，保证了该工程施工期间地面交通、周边建筑物和管线的安全。此站的施工经验可为今后类似工程的施工提供借鉴和参考。

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（责任编校：江河）

Construction technology of shallow subway adjacent to building

Li Xiangsong
（The 1st Engineering Company of the 5th China Railway Engineering Group Co Ltd，Changsha 410100，China）

Combined with the practical engineering of Shenyang subway station，the cross-channel and pilot tunnel excavation and large-span initial support are studied. Buildings and pipelines safety protection measures are proposed and the construction effect is analyzed. The ground settlement，crown settlement，settlement of buildings and pipelines and other indicators are monitored and measured. The monitor results indicate that each settlement values are controlled within the range of early warning by using settlement control measures of shallow mining method during the construction process，which ensured the surrounding buildings and pipeline safety.

adjacent building； subway station； shallow-buried； construction technology

U 231

1672-6146（2016）02-0054-06

10.3969/j.issn.1672-6146.2016.02.013

李享松，438849287@qq.com。

2016-02-29

湖南省科技计划项目（2010GK3173）。