复杂城区地铁附属结构高效施工技术研究

李宏达

（中铁十六局集团地铁工程有限公司 北京 100023）

1 引言

近二十年，国内经济迎来了飞速发展，城市化建设进程明显加快，与之相配套的城市轨道交通施工建设也呈现出如火如荼的景象。复杂城区地铁施工普遍采用对地面建筑、道路和地下管线影响不大，拆迁占地少、扰民少、污染城市环境小的暗挖施工方法。其中，应用PBA工法施工的地铁隧道，传统做法普遍采用在地面选址，通过开挖竖井施工主体和附属结构。但当竖井选址处于复杂城区，势必面临占地难、环保要求高等问题。如何在保证施工工期的前提下，高效安全地完成施工任务，就需要创新施工思路，充分利用已完成的地下结构创造施工条件，达到顺利施工的目的[1－3]。

2 工程概况及难点

北京地铁8号线三期土建施工01标段起点－王府井北站区间位于北京繁华街区王府井大街下，全长181.007 m，区间侧穿世纪大厦、海港商业、天伦王朝饭店等大型建（构）筑物。沿线管线密集，地下水位高，人员密集，地面用地协调难度大，文明施工要求高。

结合综合管廊人员出入口布置，在该区间需设置一座事故风井。风井北侧邻近天伦王朝酒店，最小水平净距12.048 m，东南侧邻近王府井天主教堂，最小水平净距21.970 m（见图1）。竖井周边主要管线有D600污水管线、D500雨水管线、D150上水管线、市话通讯管线，原施工方案为由此风井进入施工区间风道。

图1 风井总平面（单位：m）

风井占地谈判困难，施工场地难以解决；由风井单向开挖区间风道，施工进度慢、渣土运输及材料倒运难，如按原计划施工势必严重拖延工期，将无法满足八号线二期通车后利用该风道、风井通风的要求。

3 技术方案确定与实施

3．1 方案优化

为了保证北京地铁8号线二期如期通车后通风要求，结合已完成的地下结构，利用位于风道上方的降水导洞（宽 5.7 m、高4.5 m）设置临时竖井[4－6]，并结合区间风道的设置，施作东、西两侧横通道，实现优先施工区间风道的目的。

钢格栅、网片等材料可以通过安装在竖井上方的电葫芦提升斗吊入，竖井土方可通过临时竖井、东侧扩大边导洞运至车站1号竖井吊出（见图2）。

图2 优化后开挖示意

3．2 施工方案

（1）临时竖井及横通道初支均按临时结构设计，使用年限为4年，竖井井壁采用倒挂井壁法施工。

（2）临时竖井分别为南、北两个并排竖井，两个竖井同期开挖施作，竖井内净空尺寸均为3 m×4.5 m，整体毛洞开挖尺寸为10 m×3.7 m，深13.585 m。初期支护厚350 mm，由C25喷射混凝土、钢筋网及钢格栅组成支护体系。井内采用喷混及钢架支撑，井底采用钢格栅＋喷射混凝土封底，井口设现浇混凝土圈梁结构。

（3）竖井开挖前，通过降水导洞完成降水作业，并对部分横通道拱顶进行加固；然后凿除降水导洞开洞处的初支底板，再施工锁口圈梁；开挖竖井，完成其余部分横通道拱顶加固；加固完成后开挖横通道。

（4）东、西侧横通道顶部采用超前小导管加固地层；同时为保证马头门安全，在进马头门处横通道顶部增设小导管。马头门处格栅需密排布置四榀[7－8]。

（5）横通道施工开挖步长为0.5 m。通道各层导洞除西侧横通道的第一层导洞部分采用全断面法施工外，其余导洞为台阶法施工，台阶长度控制在3～5 m范围内，根据实际施工情况随时进行调整；同时在中隔板位置打设锁脚锚杆并注浆加固[9－10]。

（6）横通道施工至端头后，堵头墙支护结构应及时施作，堵头墙背后同时设置小导管并注浆加固。

3．3 实施方法

（1）降水导洞施工完成后，进行横通道范围内的降水施工。在降水导洞内的东、西两方向马头门拱顶采用超前小导管注浆；凿除竖井开洞范围内的东侧降水导洞格栅底板，在降水导洞内施作竖井的锁口圈梁，然后开挖竖井。竖井由中隔壁分为南、北两部分，同期开挖施工。竖井开挖第一层导洞至拱顶下2 m位置后临时封底，由竖井侧壁对东、西双向马头门拱顶进行超前小导管注浆（见图3）。

图3 竖井开挖施工2 m位置

（2）竖井开挖至第一层导洞底板以下2 m位置后临时封底，施作第一层导洞高度范围内的竖井框架支撑体系，然后对竖井西侧角部喷混；分阶段破除西侧横通道第一层导洞的马头门井壁格栅，在井壁平面内架设导洞第一榀钢格栅，并与被割断的竖井钢格栅及竖向连接筋焊接为一体；然后进行西侧横通道第一层导洞台阶法开挖，施作初衬，导洞前四榀钢格栅密排（见图4）。

图4 西侧第一层导洞施工（单位：mm）

（3）西侧横通道第一层导洞开挖超过10 m后，分段破除东侧横通道的第一层左导洞范围马头门处井壁格栅，在井壁平面内架设导洞第一榀钢格栅，并与被割断的竖井钢格栅及竖向连接筋焊接为一体；然后进行东侧横通道第一层左导洞台阶法（变断面后采用全断面法）开挖，施作初衬，且密排导洞前四榀钢格栅；在第一层横通道范围内的竖井东北侧角部喷混（见图5）。

图5 东侧第一层左导洞施工

（4）东侧横通道第一层左导洞开挖超过10 m后，分段破除东侧横通道的第一层右导洞范围马头门处井壁格栅，在井壁平面内架设导洞第一榀钢格栅，并与被割断的竖井钢格栅和竖向连接筋焊接为成一体；然后进行东侧横通道第一层右导洞台阶法（变断面后采用全断面法）开挖，施作初衬，且密排导洞前四榀钢格栅；在第一层横通道范围内的竖井东南侧角部喷混（见图6）。

图6 东侧第一层右导洞施工

（5）开挖东侧横通道第一层右导洞超过10 m后，继续向下开挖竖井，直至东侧横通道第二层导洞底板下2 m位置后临时封底。同第2～4步，先后台阶法施工西侧横通道第二层导洞、东侧横通道第二层左导洞和右导洞，各导洞开挖间距为10 m；施作完成第一层横通道，封堵墙封堵后用小导管注浆加固（见图7）。

图7 第二层导洞施工（单位：mm）

（6）开挖东侧横通道第二层右导洞超过10 m后，继续向下开挖竖井至设计井底标高，并用钢格栅封闭井底。同第2～4步，台阶法施工西侧横通道第三层导洞，完成后横通道采用封堵墙封堵，小导管注浆加固（见图8）。

图8 西侧第三层导洞施工（单位：mm）

（7）施作完成横通道初支结构后与区间主体结构相接（见图9）。

图9 横通道施工完成

4 材料与设备

临时竖井及横通道施工材料及设备与传统施工方法相类似，具体见表1、表2。

表1 施工材料

表2 施工设备

5 施工控制要点

（1）以无水施工为前提施工竖井及横通道，加强勘测工程地质与水文地质情况，做好施工前降水工作。

（2）严格落实“管超前、严注浆、短开挖、强支护、早封闭、勤量测”原则，强化开挖工艺。

（3）加强竖井施工过程中的监控量测工作，做好信息反馈以及时掌握建（构）筑物及周围环境动态变化，并及时调整、补充相关施工措施，做好动态化管理施工，确保结构和周围环境安全。

（4）严控注浆质量，做好浆液配合比、凝胶时间、注浆压力的控制和注浆效果的检查、记录。

（5）钢架安装垂直度控制在±2°，中心线及高程误差控制在±5 cm。初支形成的空洞要及时进行背后注浆。

（6）随隧道开挖掘进，及时进行初支背后回填补偿性注浆，尤其马头门部位衬砌须尽早完成。

（7）横通道邻近海港城地下室位置，凿除侵入开挖范围的锚索时，首先要确认海港城地下室结构已完成，肥槽回填密实且锚索失效后才可进行锚索凿除；其次施工前要落实锚索预应力已卸载，保证凿除后不引起土体塌方等安全事故；最后凿除开挖范围内的全部锚索，确保开挖限界要求。

（8）施工穿越困难地层前，应向掌子面打设小导管并注浆加固土体，注浆浆液为1∶1水泥－水玻璃浆，注浆压力控制在0.5～0.8 MPa。

（9）在软弱围岩和断层破碎带施工过程中，为保证施工安全和质量，建立施工监测系统，采集围岩和结构信息，进行系统分析、处理和反馈，实现信息化施工[11－12]。

6 结论

（1）在复杂城区地铁施工过程中，创新性地提出利用已完成的降水导洞设置临时竖井，而后双向开挖施工区间风道，解决了从事故风井单向开挖进度慢的难题，有效保证了风道施工工期。

（2）利用降水导洞在临时竖井上方设置小型提升架，不仅解决了倒运材料和渣土外运难题，而且缩短了运距，大大节省了人力和时间成本。

（3）利用降水导洞原有风机驱散施工粉尘，避免了开挖、喷混时的粉尘外扬，环保、社会效益显著。

（4）该技术需利用已有地下结构，施工前要充分考虑周围既有结构和施工安全，制定切实可行的方案。