邻近既有线大跨度地铁车站浅埋暗挖施工控制技术

供稿|曹德更，冯志耀，潘旦光 / CAO De-geng, FENG Zhi-yao, PAN Dan-guang

内容导读

以地铁17号线东大桥站下穿既有6号线区间隧道为背景，根据施工中的难点提出相应的解决措施，尤其是在上层导洞高程与既有线高程相同，下层导洞高程小于既有线高程，导洞封端距既有线最小距离仅为3.2 m，且既有线变形控制要求在3.2 mm的情况下，提出超前局部全断面注浆与洞桩法相结合的施工方法，同时优化导洞的施工顺序和施工间隔，以控制既有结构的变形和地下管线的安全。

随着城市地铁建设的不断推进，穿越既有线的现象必然发生，从穿越位置关系看有上穿、下穿、侧穿。从穿越既有线的内容看，有穿越区间隧道和穿越既有车站。在穿越过程中，需要控制既有线的变形，以确保既有线的安全正常运营。为此，根据地层条件和穿越关系提出了不同的施工工法和沉降控制技术。其中常用的施工方法有盾构法穿越和暗挖+注浆法穿越。

杨志勇等[1]以北京地铁14号线阜通西站-望京站盾构区间隧道下穿地铁15号线运营隧道为工程背景，对比分析了两次盾构穿越的施工过程和沉降与施工参数的关系。江华等[2]研究了深圳地铁9号线红岭站-大剧院站区间隧道上穿地铁1号线隧道的变形规律。盾构法穿越既有线具有施工速度快、施工风险小等优点，但是，由于截面形式固定，因此适用于区间隧道而无法用于地铁车站的施工。对于浅埋暗挖+注浆法施工灵活度高，适应各种断面的隧道和车站施工，从而在穿越工程中得到广泛的应用。候永兵等[3]采用增加拱部预支护和管线周围土体改良的施工方法以保证施工区域管线的安全。孙旭东[4]以北京地铁6号线东四-朝阳门区间隧道密贴下穿既有地铁5号线东四站为背景，研究了千斤顶支护法结合深孔注浆及背后回填注浆等相结合的施工方法。张成平等[5]以北京地铁5号线崇文门暗挖车站下穿既有地铁隧道施工为背景，探讨了柱洞法结合超前管幕施工的控制技术。王联平[6]讨论了深圳地铁7号线区间隧道下穿既有地铁4号线福民站中的施工难点和相应的施工技术。闫朝霞等[7]总结了北京4号线、5号线和10号线穿越既有线的施工实例。

从现有的地铁车站穿越既有线的施工方案看，洞桩法(PBA法)利用小导洞施作桩梁形成主要传力结构，在暗挖拱盖保护下进行内坑开挖，地面沉降小，适用于双层中大跨度地下工程。它是大跨度地铁车站施工的常用方法之一[8，9]。从已施工的下穿或上穿的案例看，穿越工程无论是区间隧道还是地铁车站，大部分是整体穿越，即下层结构的顶面标高不大于上层结构的底面标高。对于无法整体穿越时，则需要将地铁车站分为不同区域，因此施工难度进一步增加[10-12]。地铁17号线东大桥站顶面高于既有6号线区间隧道的顶面而东大桥站底面低于6号线区间隧道的底面，即无法直接上穿或下穿。因此，地铁17号线东大桥站设计为三段，由此导致部分大跨度地铁车站将紧邻既有线施工，如果处理不当，易于造成既有线沉降和倾斜。为此提出超前局部全断面注浆与洞桩法相结合的施工方法，以控制既有结构的变形，同时考虑小导洞施工过程中的群洞效应[13-16]，优化导洞的施工顺序和施工间隔，可供类似工程施工参考。

工程概况

17号线东大桥站为全线第10座车站，与既有6号线东大桥站呈“T”型通道换乘，并与规划APM线换乘。东大桥站工程概况及地质特征见《金属世界》2019年第5期“东大桥站群洞施工开挖面距的优化分析”[16]。既有线附近的地层自上而下依次为：杂填土、素填土、粉质粘土、粘质粉土、细砂、卵石、粉质粘土、粘质粉土、中砂、卵石、粘土、粉质粘土、卵石、中砂。车站主要受潜水、承压水的影响，潜水的水位标高为22.7~23.62 m(埋深约15 m)，承压水的水位标高为15.87~17.1 m(埋深约22 m)，潜水的水位在车站顶板顶附近，承压水的水位在中板以上1.7~3.0 m，在底板以上11.0~12.2 m。本文主要讨论标准段导洞施工邻近既有线过程中存在的难点及解决方法。

工程难点

车站导洞邻近既有线隧道

车站上、下导洞邻近既有6号线区间隧道，导洞封端距离既有线最小距离仅为3.2 m。导洞断面为拱顶直墙结构，采用台阶法施工。上导洞高度与6号线区间隧道基本相同，而下导洞低于6号线区间隧道。上导洞高5.5 m，下导洞高5.3 m，导洞开挖对3倍导洞洞径范围内的场地沉降有显著影响，而既有线沉降控制要求在3 mm以内。因此，如若导洞开挖处理不当，易造成既有线隧道的沉降过大，影响其运营安全，其风险等级为一级。

导洞施工的群洞效应

已有的研究表明，当导洞的中心线距离小于3倍洞径时，在导洞开挖过程中引起相邻土体的多次扰动，从而导致地表沉降过大，其值大于单个导洞开挖引起相应位置沉降值之和，即存在群洞效应。本工程的导洞水平中心距为7.2~8.86 m，垂直高差为14.27 m，上导洞开挖宽4.7 m，下导洞结构宽4.7~5.7 m，导洞之间的距离都小于3倍洞径，开挖过程中相互影响较大，且车站主体施工要求控制地表沉降在60 mm以内。因此，如若施工处理不当会造成地表沉降过大，严重影响周边环境，其风险等级为一级。

市政管线多且近

车站管线种类繁杂，互相交叉，其中重要管线包括：横跨东大桥车站的2000 mm×2350 mm电力隧道、4500 mm×2800 mm热力方沟、f1550 mm上水管、f1550 mm污水管、1600 mm×950 mm热力方沟、4根燃气管(f300、f400、f406、f508 mm)、f600 mm上水管，先平行车站后横跨车站的4500 mm×3000 mm雨水方沟等，图1是车站下穿各主要管线的剖面图。各个管线控制指标要求较高，施工中如何做到在保证管线安全的条件下，是本工程的一个难点。

施工难点的解决方法

在施工过程中严格遵循“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”十八字方针。

车站导洞邻近既有线的控制措施

为确保既有线区间隧道的运行安全，距离既有线隧道10 m范围内深孔注浆加固地层。注浆浆液采用水泥-水玻璃双液浆，注浆压力为0.8~1.5 MPa，注浆加固后土体强度指标提高20%，加固后的土体应有良好的均匀性、自立性和密封性，无侧限抗压强度为0.8 MPa，渗透系数小于10–6cm/s。深孔注浆范围为导洞开挖轮廓线外2 m及掌子面全断面注浆加固。且在导洞开挖到封端后，在封端墙上打设DN25(f32 mm)×2.75 mm钢焊管，对区间隧道侧壁及下方进行注浆加固，加固区域如图2和图3所示。同时，深孔注浆每一循环前在上台阶核心土外(开挖内轮廓线范围向内2 m)掌子面设置止浆墙，厚度为300 mm采用C20喷射混凝土，并设双层f6.5 mm@ 150 mm×150 mm钢筋网片。

车站主体平行管线措施

污水管管内底埋深约5.2 m，热力方沟内底埋深约2.4 m，雨水方沟内底埋深约5.0 m，车站采用暗挖洞桩法施工，暗挖主体结构平行侧下穿污水管，污水管与结构外墙间水平距离为0.65~3.8 m，结构拱顶与管内底垂直距离约为9.7 m。热力方沟与结构外墙间水平距离约为7.5 m，结构拱顶与沟内底垂直距离约为12.6 m。雨水方沟与结构外墙间水平距离约为20 m，结构拱顶与沟内底垂直距离约为10 m。为确保管线安全，与车站平行的大型管线，施工时加强小导洞和主体大拱拱部的超前注浆加固，及时封闭初期支护。初期支护施工完毕后应及时对其背后多次进行回填注浆，注浆压力控制在0.2~0.5 MPa，同时加强监控量测，减少地面沉降量和严防压力太大出现地面隆起现象。

车站主体垂直下穿管线的措施

在车站下穿带水、带压等大型管线前后各6 m范围内，对结构拱部采用深孔注浆加固地层，加固范围为初支外2.0 m，初支内0.5 m，注浆压力控制在0.5~1.0 MPa，扩散半径0.5 m。深孔注浆每一循环前在上台阶核心土外(开挖内轮廓线范围向内2 m)掌子面设置止浆墙，厚度为300 mm采用C20喷射混凝土，并设双层f6.5 mm @150 mm×150 mm钢筋网片。初期支护施工完毕后应及时对其背后多次进行回填注浆，以减少地面沉降量。注浆压力控制在0.2~0.5 MPa，严防压力太大出现地面隆起现象。

减少群洞效应的措施

标准段车站小导洞分两层，每层4个，总共8个。由于导洞数量多，距离近，因此，为减少群洞效应的影响，结合场地地下水位较高的特点，从导洞的施工顺序和不同导洞的开挖间距两方面进行优化。采用“先边后中，先上后下，错洞开挖”的顺序进行开挖。且不同导洞的开挖面距不小于15 m，在上层导洞施工完成后再进行下层导洞的施工。开挖前开设小导管预注浆加固地层，开挖导洞并支护。采用台阶法施工，预留核心土施工，上下台阶每次开挖进尺控制在一榀格栅的宽度，即0.5 m，上下台阶施工步距长度3~5 m。每一循环开挖后及时安设格栅、挂网、锚杆、喷射混凝土支护。

监控量测方案及分析

监测方案

为及时了解前一步施工工艺和支护参数是否符合预期要求，以确定和调整下一步施工，以修改和完善设计，使设计达到优质安全、经济合理，确保施工安全和地表建筑物、地下管线的安全。同时，可将现场测量的数据与理论预测值比较，用于反分析法进行分析计算，使设计更符合实际，以便指导今后的施工。因此，施工过程中监控量测是一项重要的内容，车站主体及既有隧道结构的位移监控测点布置示意图如图4所示。

监测结果

监测断面A-A距离导洞封端25 m，图5为监测断面A-A在导洞贯通后地表的沉降分布图，从现场监测来看，在开挖面距为15 m的情况下，2#导洞和3#导洞上方地表沉降值较大，最大沉降发生在车站中心线上方，8个小导洞施工完成后沉降值为39.4 mm，满足工程控制标准。监测断面B-B位于既有隧道左线，在采用上述深孔注浆工艺加固的情况下，既有隧道左线的竖向变形如图6所示，既有隧道左线的竖向最大变形发生车站中心线偏左的位置，这是由于既有隧道并非完全垂直小导洞，车站中心线偏左处的隧道结构距离小导洞更近，实测既有隧道结构最大竖向变形为2.84 mm，满足工程要求。这说明在导洞开挖前进行深孔注浆，然后再进行导洞开挖，可有效减小邻近既有线隧道时导洞开挖引起的变形。

结束语

北京地铁17号线东大桥站由于受既有地铁的影响而使车站分为三个部分，且地铁车站邻近或下穿既有6号线区间隧道，为避免地铁施工引起地表和既有线的过大沉降，同时，考虑周边环境、地下管线的影响，对这些施工难点提出相应的措施，主要内容包括：

对于车站导洞邻近既有线区间隧道，距离既有线隧道10 m范围内深孔注浆加固地层，深孔注浆范围为导洞开挖轮廓线外2 m及掌子面全断面注浆加固。

对于车站主体平行管线，施工时加强小导洞和主体大拱拱部的超前注浆加固，及时封闭初期支护，初期支护施工完毕后应及时对其背后多次进行回填注浆。

对于车站主体垂直下穿管线，对结构拱部采用深孔注浆加固地层，加固范围为初支外2 m，初支内0.5 m，注浆压力控制在0.5~1.0 MPa，扩散半径0.5 m。

采用“先边后中，先上后下，错洞开挖”的原则进行导洞开挖，且不同导洞间的开挖面距控制在15 m以上，在上层导洞施工完成后再进行下层导洞的施工，从而最大程度的减少群洞效应。