地铁施工中的技术方案之“变”

李 杰 关成立

（1、北京城开国投投资管理有限公司，北京100000 2、北京市轨道交通建设管理有限公司，北京100000）

1 概述

地铁工程大多位于城市主城区或城市中心区，所处工程环境十分复杂。即便在工程设计阶段做了详勘和深化设计，也难免在工程施工阶段出现各种意外情况；从而影响施工进度，甚至造成工程停工。因此，怎样依据工程现场客观条件，因地制宜调整技术方案，巧妙地运用一个“变”字来解决工程施工过程中遇到的问题，是事关项目进展甚至成败的关键。本文试图通过几例笔者在北京地铁提出并成功实施的技术方案之“变”，以期为同类工程提供解决思路。

2 技术方案之“变”

2.1 高压线影响，地铁施工竖井移位

北京地铁14 号线右北区间1 号竖井平面尺寸6.0m×4.6m，原设计位于左右线中间，但竖井正上方有一路10KV 高压线，北侧有一根Φ400 中高压天然气管道，距离竖井边缘0.7m，埋深2.0m（见图1 所示）。竖井开挖受控主要为10KV 高压线改移，而高压线改移受路由（是否有合适路由）、高压线用户需求、改移费用谈判、协调工作等众多因素影响，改移不确定性影响因素多，改移周期长。为尽快开展工程施工，经过详细调查和讨论：将原设计竖井位置往南侧微调（见图2 所示）。新竖井位置避开了10KV 高压线，实现了竖井提升系统安装；远离Φ400 中高压天然气管道，确保竖井施工安全；并且新竖井位置相比原位置，避免在竖井两侧壁开横通道马头门，避免横通道马头门与区间正线马头门距离靠近（1.5m），降低群洞效应，更有利于整个竖井横通道安全施工。调整后的新竖井顺利实施，将本段区间隧道工期提前1 年。

图1 竖井改移前位置

图2 竖井改移后位置

2.2 地铁区间隧道与既有电力隧道在高程上冲突，区间隧道局部穿越后反挖破除

根据工程实施前管线调查，发现右北区间隧道在里程K17+890 上跨通过一处既有电力隧道，并在里程K17+927 处下穿一电力隧道，但该下穿处高程上冲突（见图3 所示），而北京南站预留隧道里程为K17+988（见图4 所示）。区间隧道受上下电力隧道和衔接预留区间隧道限制，在纵坡上已无法调整（见图5所示），故只能改移K17+927 里程的电力隧道。

图3 K17+927 里程区间隧道与既有电力隧道高程上冲突

K17+927 里程处电力隧道断面尺寸2.6×2.9m，内有2 路220KVA 高压线缆为北京南站运营提供电力。原计划电力改移后再进行地铁区间隧道的施工，但由于右北区间隧道与北京南站预留隧道贯通是进入14 号线北京南站（预留二次结构施作）唯一通道，工期压力较大；同时受电力隧道改移涉及高铁供电调度，改移协调周期长，难度大，不确定性影响因素多。经过多次调研、讨论，本人提出先以平拱下穿电力隧道后再爬坡过渡至区间隧道断面，待电力隧道改移完成后再进行反挖破除（见图6 所示）。

此方案实施后为区间隧道与北京南站预留隧道贯通创造了条件，提前打通了进入14 号线北京南站的通道，为尽早开展14 号线北京南站二次结构施工及装修创造了条件。

2.3 地表条件影响施工降水，变地表降水为洞内堵水

一方面无水作业是地下工程施工成功的关键，另一方面，地下水又是宝贵的资源，因此，既能达到无水作业，又能节约地下水，是符合城市发展理念的。

地铁右北区间隧道开挖受两层地下水影响：

一是上层滞水；

二是地下潜水（见图7 所示）。

原设计采用沿线布置地表降水井进行上层滞水疏干和潜水抽排。

由于右北区间地表打设降水井存在两个问题：

一是降水井施工占地协调困难，右北区间隧道正上方穿越80 年代建设平房区，产权关系复杂，其平房主要以出租屋、小作坊等形式存在，物业管理形式多样、协调难度大，并且场地作业空间狭小，打设降水井基本无法实施（见图8 所示）。

二是采用原设计降水井需要的降水周期较长，且对该段地层上层滞水难以疏干。

鉴于以上情况，为确保区间隧道施工安全，将该段区间由地表降水改为洞内超前引排水+注浆止水相结合方案（即深排浅堵），避免外部干扰，使得隧道开挖顺利实施。深排即在隧道拱部打设3 根20m 长引水管，提前将上层滞水泄压；浅堵即通过深孔注浆对地层中残留水处理（见图9 所示）。注浆不仅起止水作用，而且起到对地层加固作用，通过注浆有效地控制地层沉降，使得区间隧道顺利穿越平房区，未引起平房墙体开裂、基础不均匀沉降等不良状况。

本方案实施前最大一次排水经过四天四夜，排水量约5000m3（见图9 所示）；本方案实施后止水和加固效果明显，结构滴水不漏（见图10 所示）。

2.4 地铁区间渡线段增设联络通道，变扩挖为缩挖，降低施工难度和风险

区间隧道在右安门外站东侧设渡线段，长度137m。原设计开挖步序：左线从车站进入区间标准断面作为主开挖面，完成左线渡线段扩大断面后，继续向前开挖左线标准断面隧道；右线从区间施工竖井作为主开挖工作面，完成右线渡线段扩大断面（见图11 所示）。整个渡线段开挖由小断面变大断面。地下工程施工一般遵循原则由大变小容易，而由小变大难度大，尤其爬坡施工，遇到不良地层时风险更大。

图4 区间隧道与既有电力隧道平面分布图

图5 区间隧道与既有电力隧道纵断面图

图6 区间隧道下穿既有电力隧道步序图

结合现场实际情况：

一是车站地面建（构）筑物拆迁日期不确定，由车站进入区间隧道开挖存在不确定因素；

二是渡线段地层条件下由小向大扩挖存在施工安全问题；

三是该部位地下水控制对渡线段开挖影响较大。于是提出在渡线段最大断面位置增设竖井及横通道方案（见图12 所示）。

增设竖井及横通道解决了以下问题：

一是渡线段开挖由大断面变小断面，隧道开挖安全可控；

二是在竖井场地内实施地表降水，实现渡线段在无水条件下开挖，确保施工安全；

三是渡线段施工无须依附车站进度，确保整个区间工期如期完成。

2.5 变更设计方案，保留渡线段，排除拆迁户影响，为十四号线中段通车至北京南站创造了决定性条件

右安门外站是一座三层三跨明挖车站。车站施工涉及拆迁包括三户永久居民、街道办及右安门村等权属地块。其中影响最大的是三户永久居民，此三户不愿拆迁导致右安门外站1 号出入口无法施工（见图13 所示）。由于拆迁难度及代价过高，右安门外站方案曾确定东移50m，以避开原三户永久居民建筑，满足车站功能分区要求。该方案同时带来了新问题：

图7 右北区间隧道地下水分布图

图8 右北区间正上方平房区

图9 右北区间超前引排水图

图10 右北区间注浆止水效果图

一是车站东移后占用了原玛钢厂空地，占用此空地前需先行解决空地东侧10 户原玛钢厂职工住房问题（多属残疾人，本着人文关怀，建设方与区政府最终仍然解决了该10 户的安置房）；

二是车站东移后只能取消渡线段。

根据以上情况，经过多次方案优化，最终确定采用明挖+局部暗挖方式进行（见图14 所示），通过调整1 号出入口、2 号出入口位置后，在不拆迁三户永久居民房屋情况下实现右外站施工。右安门外站施工采用明挖+局部暗挖的另一重要意义在于：保留车站东侧区间渡线段，使得14 号线中段能够通车至北京南站，然后在右安门外站掉头，实现14 号线在北京南站与4号线换乘。如采用原设计，则取消右安门外站东侧渡线段，那么14 号线中段至今都无法实现北京南站的通车及与4 号线的换乘。

图12 增设竖井横通道后渡线段开挖步序图

图13 原右安门外站平面布置图

2.6 变钢格栅纵向连接筋为直螺纹套筒连接

为提高钢格栅初期支护纵向连接筋连接质量，同时减少隧道内环境污染源，右北区间隧道初期支护钢格栅纵向连接筋作业，在全国率先引入直螺纹套筒连接技术（见图15 所示），取得良好效果。在北京市住建委大力推广下，目前已应用到整个北京地铁。

钢格栅纵向连接筋采用直螺纹连接优点：施工速度快，贯彻安全、环保文明施工，为地铁隧道暗挖十八字方针（管超前、严注浆、短进尺、强支护、快封闭、勤量测）中“短进尺、快封闭”起到积极作用。钢格栅纵向连接筋采用直螺纹套筒连接相比传统电弧焊优点见表1 所示。

图14 右安门外站改局部暗挖平面布置图

图15 直螺纹套筒技术应用

表1 直螺纹套筒连接与传统电弧焊连接技术优势对比分析表

3 结论

本文通过以上具体案例阐述了地铁施工应根据现场客观条件，因地制宜调整技术方案，通过工前调查踏勘、引进技术、多方协调等多种应变手段来解决施工中面临问题，为地铁施工创造条件。