新建地铁上跨既有线路隧道CRD开挖工法施工技术研究

摘要：概述拟采用的施工方案，对开挖过程控制展开具体论述与分析，再通过施工效果评价模型的建立，对CRD开挖工法的施工效果进行了详细的分析和评估。通过布设地表沉降监测点并分析地表特征点沉降，探讨了CRD开挖工法对地表沉降的影响。研究结果表明：CRD开挖工法在地铁上跨既有线路隧道的施工中，具有较好的效果和应用潜力，可为类似工程实施提供借鉴和参考。

关键词：上跨，既有线路，CRD开挖工法

0 引言

随着城市化进程的不断推进，地铁交通逐渐成为改善城市交通状况、提高居民出行效率的重要手段[1]。然而，在城市已有交通基础设施较为完善的情况下，新建地铁线路常常需要跨越既有线路隧道，以实现线网的拓展和衔接[2]。在这种情况下，如何保证施工安全和减小对既有线路的影响成为一个亟待解决的问题。

许多学者已针对这个问题进行了深入探讨，并取得了不少成果。刘雷[3]等人以杭州市文一西路地下隧道明挖基坑K3+184-3+229段上跨地铁5号线为例，研究在软土地区低净空条件下，跨越正在运营的地铁盾构区间隧道时的基坑开挖施工技术。应用该技术虽然能一定程度降低对既有地铁线路的干扰，但施工过程相对复杂和繁琐。

本文针对新建地铁上跨既有线路隧道情况，研究并探讨CRD（地下挤压法）开挖工法施工技术。通过对工程概况的阐述、施工技术的论述以及实际施工效果的分析，旨在总结出一套可行的施工方案，为今后类似工程的设计与施工提供参考和借鉴。

1 工程概况

成都市17号线新建地铁位于晋阳路与中环路青羊大道段交叉路口，暗挖隧道区间左线全长115.523m，右线全长113.896m。矿山法暗挖隧道包括两部分，即原矿山法隧道和顶推区间工法变更暗挖隧道。

由于在建暗挖隧道上跨既有7号线盾构区间隧道，暗挖隧道底板与7号线盾构管片净距较小，17号线暗挖隧道施工时，7号线既有线隧道仍在运营，因此需在临近7号线运营隧道进行暗挖初期支护及二衬施工。在此过程中，需确保7号线既有隧道能够正常运营。

阳公桥站与龙爪堰站之间的矿山法隧道，位于晋阳路下方，其顶部深度约为6.0～6.6m。该隧道所处的主要地质构造为密集卵石土和中密卵石土，部分地区还含有中细砂。根据这些地质条件，将该隧道的围岩等级评定为Ⅵ级。

区间洞身在龙腾西路高架桥桩身范围内，与龙腾西路高架桥桥桩最小水平净距1m，与青羊大道高架桥桥桩最小水平净距0.9m。区间洞身部分在地铁7号线龙爪堰站C2出入口围护桩底以上，部分在桩底以下，与围护桩水平方向冲突0.6m。区间与地铁7号线龙爪堰站C1出入口竖向冲突4.3m。

暗挖隧道左右线区间近距离垂直上跨7号线运营盾构区间，上跨长度为24.5m，暗挖区间仰拱初支结构与既有7号线PSELZDi6yGW84/GYNiElBQ==盾构区间左线拱顶管片结构净距1.241m，与既有7号线盾构区间右线拱顶管片结构净距1.210m。

2 CRD开挖工法施工方案

CRD开挖工法是一种常用于地铁隧道施工中的开挖技术[4]。其原理是先进行地表切割，然后在地下进行开挖，最后通过支护结构加固，使得地面能够承受所需交通荷载。

暗挖隧道上跨7号线运营隧道左右线，上跨长度为24.5m，与管片最小竖向净距为1.21m。暗挖隧道位于中密-密实卵石土地层，既有7号线隧道位于密实卵石土地层。在本次研究中，拟采用矿山法与CRD开挖工法相结合的施工方案。

在17号线矿山法隧道的开挖轮廓范围内，提前施作两根直径为1.8m的钢筋混凝土人工顶管，以确保避开7号线预留管棚。该人工顶管覆盖了7号线与17号线区间平面交叉的区域，并在顶管内部设置型钢，以破除部分回填素混凝土。

开挖方式采用改进后的CRD工法，调整CRD暗挖施工时序，先开挖隧道上部导洞，进行板凳桩顶管施工。再依次开挖左线1、2号导洞，并展开左线板凳桩人工挖孔桩施工。然后依次开挖左线3、4号导洞和右线1、2号导洞，开展右线板凳桩人工挖孔桩施工，之后开挖右线3号导洞、4号导洞。在上跨7号线的段落洞内浇筑临时二衬，以完成受力转换，然后拆除横撑和中隔壁。进行永久二衬的施工。

该方案通过这一系列精确且有序的施工步骤，能够较好地结合矿山法和CRD法的优势，确保隧道结构的稳定性和安全性，并有效提高施工效率，为确保工程质量提供有力支持。

3 施工关键技术

3.1 CRD法开挖过程控制

采用CRD法进行施工时，必须按照特定的顺序进行各个小导洞的开挖工作，同时确保相邻导洞的开挖面之间有5m的间隔。CRD工法开挖工序如图1所示。

对于上跨段应用改进后的CRD开挖工法开挖施工，具体步骤如下。

第一步：局部交通导改，从地面预注浆加固，并布置降水系统，展开隧道超前支护施工（大管棚、小导管）并注浆。

第二步：开挖①导洞1-1部位，上下台阶间距3～5m，并在设计位置打设锁脚锚杆。核心土留置长2～3m，核心土高度不小于上台阶至拱顶净空高度的一半，核心土侧边距离侧墙留置宽度为0.8～1.5m。

第三步：①洞室上台阶开挖超过3～5m后，开挖①洞室1-2部位，及时封闭成环，上下台阶错开掌子面不大于5m。

第四步：当下台阶开挖超过5m后，将进行分台阶开挖。开挖导洞2-1部位，并在拱脚部位设置锁脚锚管。核心土留置长2～3m，核心土高度不小于上台阶至拱顶净空高度的一半，侧边距离侧墙留置宽度为0.8～1.5m。

第五步：待②导洞上台阶开挖完成3～5m后，开挖②导洞2-2部位，及时施作②导洞横撑。

第六步：①、②洞室开挖贯通后，基于监测数据的分析结果，开挖导洞③的上台阶，同时在拱脚部位进行锁脚锚管施工。

第七步：在导洞③的上台阶完成3～5m开挖后，进行导洞③的下台阶开挖，确保上下台阶之间有3～5m的间隔。

第八步：下台阶开挖超过5m后，将进行分台阶开挖④洞室。在左侧洞室下台阶超前右侧洞室上台阶掌子面不小于5m情况下，先开挖导洞④的上台阶，并在拱脚部位设置锁脚锚管。

第九步：待④导洞上台阶开挖完成3～5m后，开挖④导洞下台阶，使上下台阶错开3～5m。

3.2 施工效果评估模型建立

为了准确地计算下载力和地表沉降，需要建立相应的数学模型。在CRD开挖工法中，下载力和地表沉降的计算是评估基坑开挖对周围土体影响的重要步骤。通过合理的计算公式推导，能够更准确地预测和控制这些影响，从而确保施工的安全性和稳定性[5]。

土体受到的垂直力等于土体单位质量乘以土柱高度和面积。考虑到基坑的形状，可以将基坑划分为若干个横向单元，并通过对各个单元的力分析得出总的下载力。基坑下载力的计算过程如式（1）所示。

F=γHL （1）

式中：F表示下载力，单位为kN；γ表示土的单位质量，单位为kN/m3；H表示基坑深度，单位为m；L表示基坑长度，单位为m。

地表沉降主要是由于基坑开挖引起的土体变形和沉降导致的。考虑到土体的弹性特性，可以使用弹性本构关系来描述土体的应力-应变关系。地表沉降的计算过程如式（2）所示：

（2）

式中：δ表示地表沉降，单位为m；E表示土的弹性模量，单位为kN/m2；q表示下载力在地表上的分布，单位为kN/m。

根据弹性本构关系，可以得到土体的应力和应变之间的关系如下：

σ=Eε （3）

式中：σ表示土体的应力；ε表示土体的应变。

假设土柱宽度为b，则其面积为bH，根据土体受力平衡的原理，可得到土柱受到的合力如下：

∆F=σbH=Ebδ （4）

将所有单元的力加总，可以得到总的合力表达式，如下：

F=∫L 0 ∆Fdx=Eb∫L 0 δdx （5）

通过下载力和地表沉降的推导，可建立基本的数学模型，将其用于预测和评估CRD开挖工法对土体的影响。这些计算公式为施工过程的控制和工程安全性的评估提供了有力理论支持。

4 施工效果分析

为了评估CRD开挖工法的施工效果，收集了地表沉降数据，通过高精度测量仪器进行监测，并记录相关信息。借助动态监测数据来指导施工进程，能够了解隧道开挖对地层沉降的影响程度，判断周围岩土体是否产生空洞。这样可以及时采取必要的措施，确保工程的安全性和周边环境的稳定性。

4.1 地表沉降监测点布设

在施工过程中，需要布设一定密度的监测点进行实测验证。根据现行的监测标准，暗挖区间应在每10m的距离上设置一个横向大断面，并在左右线上每5m设置一个中线测点。横向断面的布点原则为9～15个测点，测点间距从隧道中线往外分别为2.5m、2m、2.5m和2.5m。

根据实际情况，需要在5m中线测点处增加更多横向断面测点。地表沉降监测点埋设采用钻具成孔的方法，这些监测点将穿透路面结构层，并在其上加装保护盖，孔径大小至少为120mm。

根据要求，在进行沉降监测之前，需要在隧道影响范围外100m的位置设置5个水准点，并形成一个水准控制网。为了确定初始值，需要进行连续观测3次并计算平均值。每月需要对水准点和工作基点进行定期校核，以确保它们本身没有发生变化，从而保证沉降监测结果的准确性。

4.2 地表特征点沉降分析

采集应用本文设计技术和文献[3]的技术，展开施工过程中地表沉降情况，得到地表沉降结果对比如图2所示。

由图2可知，按照掘进方向开挖进尺过程中，地表纵向沉降量变化可分为微小变形、急剧变形以及稳定变形3个阶段。在本次施工过程中，应用本文设计技术进行施工最初均处于微小变形阶段，且微小变形阶段的持续进尺要大于文献[3]技术。本文设计技术急剧变形阶段所经历的开挖进尺较小，纵向沉降量也较小，且能够较快恢复稳定，稳定变形在-6mm左右，明显优于文献[3]技术对应的-16mm。由此说明，应用本文设计技术的地表沉降较小，符合施工需求，具有较好地应用效果。

5 结束语

本文针对新建地铁上跨既有线路隧道的情况，研究并探讨CRD（地下挤压法）开挖工法施工技术。通过对工程概况的阐述、施工技术的论述以及实际施工效果的分析，旨在总结出一套可行的施工方案。

通过地表沉降监测点布设和地表特征点沉降分析，可知CRD开挖工法对地表沉降的影响较小且可控，在工程实施中满足相关要求，证实CRD开挖工法在新建地铁上跨既有线路隧道的施工中具有可行性和有效性。

参考文献

[1] 杨招，黄强兵，肖双全，等.地裂缝场地地铁隧道施工CRD工法优化研究[J]工程地质学报，2021，29（2）：516-525.

[2] 任柏男.某新建地铁区间顶推法与明挖法上跨既有线区间的工法对比研究[J].铁道建筑技术，2021（3）：112-116.

[3] 刘雷，张岗平，徐启良，等.软土地区低净空上跨运营地铁盾构区间隧道的基坑开挖施工技术研究[J].陕西水利，2022（7）：172-175.

[4] 马明明，姬永生.新建隧道下穿施工对既有高速公路的影响及工法优化研究[J].公路工程，2020，45（1）：140-145.

[5] 李云飞.新建地铁隧道下穿既有地铁施工技术探究[J].现代工程科技，2022，1（4）：50-53.