新建地铁密贴下穿既有车站暗挖段施工技术研究

王力功

(中铁十二局集团第一工程有限公司 陕西西安 710038)

1 引言

随着当今城市的不断建设和发展，合理开发利用深层地下空间已成为缓解城市空间资源压力的有效途径[1-2]，但逐渐出现不同构筑物穿越、交叉与临近地铁线路现象，建设时出现的近距离施工问题引起诸多研究人员的关注[3]。赵伟[4]采用结构概念分析的方法，研究了洞桩法密贴下穿既有地铁车站施工过程的力学特性及其关键控制环节。王乃勇[5]采用FLAC3D数值模拟分析了双线盾构施工对公路路面、路堑边坡的影响规律。曾铁梅等[6]提出了一种基于Pair-Copula贝叶斯模型的盾构下穿既有隧道施工风险评价方法。马相峰等[7]基于钢花管地层注浆实践，证明地层注浆加固对控制路基沉降的有效性。周丁恒等[8]建立了暗挖隧道下穿京张隧道三维有限元数值模拟，总结了京张高速铁路隧道竖向位移和横向位移随施工步变化特征。陈志敏等[9]对福州市某超浅埋隧道管线沉降规律展开研究，并制定安全可行的管线控制基准。张宏等[10]研究呼和浩特市在建地铁2号线隧道盾构掘进过程对上跨地道基坑稳定性影响规律。高利宏[11]重点分析了某新建盾构隧道新建左、右线依次穿越过程中既有双线隧道沉降变形规律。宋洋等[12]对比研究了泥水平衡盾构在全断面泥岩地层段和圆砾泥岩复合地层段中的掘进参数。

综上所述，目前对于不同地下构筑物的临近、交叉已有相关研究，但对于不同地铁线路的下穿直接影响研究仍然缺乏，为此本文以徐州市轨道交通2号线和6号市政府站为工程背景，研究新建6号线地铁下穿既有线路暗挖段施工技术，为类似工程结构设计与施工提供重要参考。

2 工程概况及重难点分析

2.1 项目概况

徐州市轨道交通2号线市政府站为与6号线进行换乘的换乘车站，为地下两层11 m岛式站台车站，标准段为单柱双跨钢筋混凝土箱形结构型式。车站有效站台中心里程处底板埋深约16.6 m，净长203 m，标准段净宽18.3 m。暗挖段衬砌断面如图1所示。

图1 暗挖段衬砌断面图

车站采用明挖顺做法施工，目前市政府站2号线车站主体结构、附属已全部施工完成。本次实施的6号线车站暗挖段位于昆仑大道与汉风路交叉路口西北象限，密贴2号线已建成车站底板，南北走向。断面形式为平顶直墙断面，二衬外包尺寸为6.41 m×6.4 m，暗挖段有效长度为22.7 m，线间距16 m，净间距为8.3 m，结构顶板埋深约17.3 m。暗挖段结构穿越地层主要为②5-3砂质粉土，稳定水位埋深约3.3 m，采用CRD工法开挖，车站暗挖段北端接6号线车站盾构井，南端接远期6号线车站。暗挖段只是下穿已经施工完成的2号车站，长度为22.7 m，施工区域为原有市政府站场地，该范围的管线已全部迁移。在暗挖段的东北侧为绿地商务楼，水平距离为57 m，北侧为在建的永嘉中心广场地下商场中心，水平距离约为25 m，其余建筑物都离得较远。

场地地貌类型为废黄河高漫滩，浅部15～30 m以浅黄河及古河道冲积的粉土、粉质黏土等堆积而成，其下为河流冲洪积老黏土，下伏基岩为白垩系上统王氏组粉砂岩、砾岩。本站场范围内的不良地质主要为地震液化。液化土层:暗挖段开挖范围内的②5-2、②5-3层砂质粉土为可液化土层，场地地基液化等级为中等。

场地范围内地下水为第四系粉土层中的孔隙潜水-弱承压水及基岩裂隙水。市政府站抗浮设计水位采用地面以下0.5 m，标高为39.32 m，6号线暗挖段采取相同设防水位。市政府站施工已将地下水降至车站结构以下1 m，并且地下连续墙插入⑤3-4黏土中，基本切断②5-3砂质粉土承压水层与周边地表水的水力联系，对本工程暗挖隧道有利。

2.2 工程重难点

(1)支护结构可能存在加固盲区

暗挖段穿越地层为沙质粉土层，极易液化，且为富含水层，具有微承压性，在开挖过程中，因全断面注浆加固可能存在加固盲区，在开挖过程中有可能突泥涌水，造成车站主体受力改变和下沉，暗挖段塌方。

(2)暗挖段对既有车站的变形、沉降影响大

车站暗挖段紧邻2号线车站底板施作(初支紧贴底板垫层150 mm)，对既有车站受力、变形、沉降影响较大。严格控制进尺，分工序分部开挖，及时封闭初期支护。

3 密贴下穿暗挖段施工技术

暗挖段位于北侧6号盾构井1 m厚地连墙＋2号线0.8 m厚地连墙与南侧2号线车站主体0.8 m厚的地连墙中间。6号盾构井主体为暗挖段工作井，目前已施工完成，2号车站南侧为后期实施。

3.1 施工总体方法与步序

在地连墙上安装防渗漏套管，然后采用全断面分区域超前加固，待达到强度后，对于两道地连墙进行凿除，凿除后进行暗挖段开挖，开挖采用CRD施工。首先根据施工现场情况，完善临建设置，开挖轮廓线外4 m以内全部采用全断面注浆加固，加固完成后，进行取芯检测加固的质量，待加固质量达到设计参数要求后，开挖前条件验收合格后，对第一堵地连墙开挖轮廓范围内一次性凿除，第二堵地连墙进行分块凿除。暗挖采用CRD法，共分4个小洞室开挖，左上洞室地连墙凿除及开挖，及时施作初支，待左上洞室开挖2 m，破除左下部分地连墙，并进行初期支护施工，其次待左下洞室开挖2 m后，破除右上部地连墙、开挖及初期支护施作，最后待右上洞室开挖2 m后，破除右下部分地连墙，密排施作右下部分地墙处初期支护，之后进行右下洞室的开挖作业，及时施作初支，初支封闭成环后及时进行初支背后注浆，待初支收敛后，中隔墙进行二次衬砌施工，待左线贯通至南侧地连墙后，施作防水层，浇筑左侧封堵墙，同理施工右线。

3.2 地连墙凿除施工

地连墙破除采用破碎锤进行分层剥除，凿除时边线应当控制在离结构线20 cm左右，后期采用人工风镐进行修边，防止破坏结构。

(1)地连墙分块划分

第一道地连墙(6号盾构井)开挖面以内一次性破除，且需按照洞口预留边线进行破除8.4 m×7.73 m，第二道地连墙(2号主体结构)采用分8块进行凿除，分块按照地连墙接缝及导洞尺寸进行划分，如图2所示。

图2 地连墙破除分块划分

(2)地连墙拆除施工工序

先试破除①部分地墙，若掌子面稳定，进行后续施工；若掌子面涌水涌砂，焊接钢筋网片于地连墙上，再进行喷射混凝土封堵掌子面，若涌水涌砂严重则采用浇筑快干混凝土封堵，再采取注浆补偿加固。破除②部分地连墙，喷混、施作地墙处初期支护及临时横撑和竖撑。待左上导洞开挖2 m后，紧跟破除③④部分地连墙，密排架设地墙处初支、喷混。依次按照上述施工方法破除⑤⑥、⑦⑧部分地连墙。待地连墙完全破除后，拆除地墙处的竖撑和横撑，及时施作洞口环梁，确保洞口安全。

(3)暗挖洞口段的主要措施

进洞3 m范围密排12榀初支钢架，钢架间距为25 cm，保证进洞时洞口处安全。将地墙钢筋与初支钢架焊接牢固，钢架之间采用φ22纵向连接筋焊接，满足双面焊接120 mm。地连墙全部破除后，拆除地连墙范围内竖撑和横撑，及时施作洞口环梁，加强支护刚度。破除地墙时，根据开挖掌子面稳定情况，必要时封堵掌子面，进行补偿注浆加固或其他措施。

(4)地连墙破除措施

为防止地连墙破除振动过大造成未加固土体液化和6号盾构接收井主体结构永久性开裂及损坏，采取以下措施:

①为避免破除过程中，对结构底板造成开裂及底板以下土层造成液化，故破碎锤作业范围内铺设轮胎，铺设面积50 m2；②为避免第一堵地连墙破除过程中，对6号预留盾构接收井主体侧墙及中板造成开裂，经现场试破确定，若需要则预先用水钻在结构边150 mm处，开直径100 mm孔，间距250 mm，孔深1 m，可共用注浆孔，左线同右线如图3a所示；③为避免第二堵地连墙破除过程中，对2号这站底板造成开裂及未加固土体液化，加大支护外部压力，经现场试破确定，若需要则预先用水钻在结构边150 mm及开挖导洞边线处，开直径100 mm孔，间距250 mm，孔深0.8 m，可共用注浆孔，左线同右线如图3b所示；④紧贴预留洞口边线剩余地连墙采取人工破除及修边。

图3 右线一、二堵地连墙水钻布孔

3.3 注浆加固施工

(1)注浆区域划分

按照地层特性、加固强度及抗渗等级的要求，划分A区域(隧道开挖断面及中隔柱区域)、B区域(开挖断面底部影响区)、C区域(开挖轮廓线左右两侧区域)，形成帷幕注浆加固圈。在平面施工顺序方面，应首先完成C区外插注浆孔及管棚孔施作，由下向上次序，跳孔施作。在保证结构安全性的同时尽量减少后续注浆作业对临近结构的影响。其次，完成底部B区域的加固处理，使开挖局域具有坚实稳固的持力地基。最后，完成两通道A区域的加固，由下向上间隔布置。注浆加固区域划分如图4所示。

图4 注浆加固区域划分

(2)注浆孔设置

在沿加固长度方向上进行分析，A、C两区由于受到加固体性能要求，以及上界面和左右界面施作空间的限制，注浆孔均设置为水平孔形式，并采用分段注浆的形式，依次完成注浆加固工作。其中C区管棚加固为一次成孔，并设置控制区段为5 m，由深及浅后退式注浆，C区左右两侧为外插孔注浆，并采用分段前进注浆的形式，依次完成注浆加固工作。A区采用钻孔置换-诱导劈裂注浆工艺。B区域与A区域保持相同的控制区段，考虑到端头井底部高程与实际要求加固深度的关系，该区域钻孔为斜孔，加固形式设置为半断面帷幕注浆，最终与C区形成的侧向加固区闭合成整体帷幕。左线拟采用量循环施作，第一循环0～10 m，第二循环10～21.7 m，依次施作；右线及中隔柱设计一循环施作，即一次性注浆加固总长度21.7 m。

(3)区域注浆材料及参数(见表1)

表1 区域注浆材料及参数

(4)注浆效果检验

①设计要求。加固完成后取芯，左右线A、B区域各取2个孔，C区域取2个孔，加固土体无侧限抗压强度(28 d)应达到qu≥1.0 MPa，渗透系数≤1.0×10-6cm/s的要求。破除地连墙前在开挖轮廓线中心、两侧及底部加固区共打设4个探水孔，探孔深度不小于暗挖段有效长度的2/3，探测孔内无水渗塌孔后方可进行开挖。

②效果检测。注浆效果检验是评价注浆加固效果的依据，本工程采用地球物理探测、参数分析、检查孔、开挖取样与变形监测等方法相结合的多手段综合检验方法，对注浆治理效果进行科学检验和系统评价。以跨孔电阻率成像法为例进行说明，跨孔电阻率成像法是一种超高密度的阵列勘探方法，将所有的电极分别置于2个钻孔中，通过观测跨孔的电流、电压数据，最后反演获得两钻孔之间的电阻率分布断面图如图5所示。采用跨孔电阻率成像方法，获得两钻孔之间地质的详细物性信息，对数据进行反演计算，得到探测区域围岩电阻率剖面，对含水构造表现为低阻，对完整围岩表现为高阻，最终对探测区域地质进行完整探查。

图5 剖面跨孔电阻率CT反演成像结果

3.4 暗挖区间施工工序

(1)洞口段开挖

①测量放线:根据区间中线、高程，在地连墙上定出开挖轮廓线，并检查开挖轮廓线，划出各导洞的轮廓线。②试破除小部分地墙，若开挖面稳定未出现涌水涌砂，进行后续施工。若开挖面渗水涌砂，喷混封堵掌子面，再次补偿注浆，或经各方研讨确定切实的处理方案以后，再进行开挖。③完全破除左上部分地墙，挂网、立拱架，喷混，密排施作左上部分地墙处初期支护。之后进行左上洞室的开挖作业，及时施作初支。④待左上洞室开挖2 m后，破除左下部分地连墙，密排施作左下部分地墙处初期支护，之后进行左下洞室的开挖作业，及时施作初支。⑤待左下洞室开挖2 m后，破除右上部分地连墙，密排施作右上部分地墙处初期支护，之后进行右上洞室的开挖作业，及时施作初支。⑥待右上洞室开挖2 m后，破除右下部分地连墙，密排施作右下部分地墙处初期支护，之后进行右下洞室的开挖作业，及时施作初支，初支封闭成环后及时进行初支背后注浆。⑦拆除地墙位置竖撑及横向支撑，施作洞口环梁处的防水，绑扎钢筋、浇筑洞口环梁。⑧待初支收敛后，根据二衬浇筑长度拆除下部部分中隔墙，施作防水层，浇筑矮边墙及底板二衬，二衬紧跟开挖面5 m施作。⑨待下部二衬达到设计强度的75%后，施作防水层，浇筑剩下部分侧墙及顶板二衬。待二衬强度达到设计要求后及时进行二衬背后回填注浆。⑩待左线贯通至南侧地连墙后，施作防水层，浇筑左侧封堵墙。⑪待左线封堵墙施作完毕，进行右线暗挖段的开挖，步骤同左线。CRD法纵向施工步序如图6所示。

图6 CRD法纵向施工步序

(2)掌子面探水孔施工

①CRD开挖，四个导洞开挖前需进行超前打设探水孔，每个导洞2个探水孔，孔径48 mm，孔深5 m，方向斜向上，开挖3 m，预留2 m，具体位置如图7所示；②判断是否正常进尺；③正常段开挖工序与洞口段开挖工序一样，只是少了地连墙凿除工序，各洞室开挖步由原来的2 m，调整至3 m，除主体车站侧墙、底纵梁及地连墙以外区域，初支型钢钢架加密至250 mm，其余间距为750 mm。左线开挖完成后，施作防水层，浇筑左线左侧封堵墙。右线待左线贯通后进行开挖，开挖方法及工序同左线。

图7 探水孔平面布置(左右线相同)

4 结论

本文以徐州市轨道交通6号线密贴下穿既有2号线市政府站暗挖段施工为工程背景，针对支护结构可能存在加固盲区、暗挖段对既有车站的变形沉降影响大等难点问题，研究新建地铁下穿既有线路车站暗挖段施工技术，最终6号线得以成功下穿市政府站并投入使用，主要得到以下结论:

(1)工程暗挖段穿越地层为沙质粉土层，极易液化，且为富含水层，在开挖过程中有可能突泥涌水，造成车站主体受力改变和下沉，暗挖段塌方。为解决该问题，首先在地连墙上安装防渗漏套管，然后全断面分区域超前加固，开挖轮廓线外4 m以内全部采用全断面注浆加固，加固完成后，进行取芯检测加固的质量，待加固质量达到设计参数要求后，对于两道地连墙进行凿除，凿除后进行暗挖段开挖施工。该综合施工方法成功在此类地层暗挖施工且质量良好，证明了其有效性和安全性。

(2)暗挖段施工重点关注洞口段施工及掌子面探水孔施工。暗挖采用CRD法，共分4个小洞室开挖，导洞开挖前需进行超前打设探水孔，特别注意及时施作初支，初支封闭成环后及时进行初支背后注浆，待初支收敛后，中隔墙进行二次衬砌施工，待左线贯通至南侧地连墙后，施作防水层，浇筑左侧封堵墙，同理施工右线。