暗挖地铁车站下穿既有地铁隧道施工控制

中国科技期刊数据库 工业C
2015年29期 343
暗挖地铁车站下穿既有地铁隧道施工控制
李大为
中铁三局集团第四工程有限公司，北京 102300
摘要：以北京地铁5号线崇文门地铁站的隧道施工为实例，分析浅埋暗挖地铁车站下穿既有线结构的施工方法。

采用柱洞法结合超前管幕施工的控制技术。

施工前对既有地铁轨道和隧道结构进行加固。

根据现状评估数据制订既有地铁隧道结构沉降控制标准，并制定各施工步序的沉降控制值。

监测结果表明：既有地铁隧道结构变形缝处沉降量最大，是施工控制的重点部位；超前管幕起到了防塌作用。

关键词：浅埋暗挖法；数值模拟；既有线；施工方法优化 中图分类号：U231.3 文献标识码：A 文章编号：1671-5810(2015)29-0343-02
导言
考虑地铁新线施工中产生的地表沉降以及既有线沉降情况，注洞法的施工方法和其他施工工艺相比有更大的优势，能够更有效地控制最大沉降值。

其最大原因是注洞法在进行第一阶段的施工中所产生的洞形较小，这样可以更及时地形成传力的支护结构，对后续的地表沉降进行有效地控制。

以及要严格考虑所产生的塑性区范围，有线变形缝两端结构差异沉降，和模拟结果的合理性和适应性等情况。

1 既有地铁结构加固措施
新建地铁车站施工前，为了加强既有地铁结构抵抗附加变形的能力，对其进行了加固，主要包括以下方面。

（1）为防止钢轨移位，采用轨距拉杆、护轨等对钢轨进行了防护加固。

（2）为防止轨枕块之间钢轨产生不均匀下沉，对轨枕块间钢轨与整体道床之间的空隙用木板进行塞紧，使钢轨承受的荷载能够均匀地传递至整体道床上。

（3）为防止变形缝处结构产生不均匀沉降，用扣轨梁对隧道底板结构进行加固。

加固长度35m ，两端比变形缝1处和变形缝2各长10m 。

扣轨梁用50kg ·m-1轨组成，轨道与中心水沟之间用2根、轨道外侧用3根50kg ·1
m 轨。

扣轨梁每隔0.6m 设一道“U ”形卡，“U ”形卡用厚6mm 、宽50mm 的扁钢，扁钢与结构底板及整体道床间用地脚螺栓连结，地脚螺栓穿透整体道床，进入底板内30cm ，地脚螺栓上端做丝扣与“U ”形卡用螺帽固定。

2 选择合理的施工方案
北京地铁5号线崇文门地铁站与普通的地铁暗挖车站相比，有一定的特殊性。

一方面是因为崇文门站的隧道周围土体会在弥补土层损失的施工过程中发生一定距离的地层移动，从而引起地表沉陷。

另一方面是由于周围土层在既有结构、刚度上存在着不同不同点，且存在着结构变形缝，这在很大程度上导致结构以不均匀的方式进行沉降和扭转。

因此北京地铁崇文站要严格把关安全因素，保证有效地对地表的沉降和倾斜进行控制。

而且将既有线内轨道的平顺情况作为隧道在安全运营方面的重点考虑因素。

只有这样才能确保在一定的范围内控制结构的沉降，特别是差异沉降方面。

对于所采取的施工方法和开挖程序会在不同角度影响地层的变形情况，需要通过深入分析断面的大小、形状，隧道的埋深，地下水等情况，选择出最有合理的施工方案。

从而将开挖对地层的干扰程度降到最低限度，并达到控制既有线沉降和地表变形的目的。

为了更有效的降低施工对周边环境造成的影响，要严格选择监控量测等辅助方法。

3 施工过程的三维模拟
3.1 模型基本假定及建模说明
在进行建立施工过程的三维模型时，要事先做好建模的初始假定工作。

主要的假定条件和建模说明如下：初始设定地表以及各土层以均匀水平的方式进行分布，表1显示了土层与计算参数；对网格密度进行研究，并设定3m 的开挖步长；选用塑性摩尔一库仑材料作为上层材料，线弹性材料用
于初期的支护工作中以及二次衬砌作业中；对有线变形缝进行接触单元的模拟；对于弹性模量要将其折算为注浆加固的土体；弹性材料用于模型建立中，从而获得地层初始应力，对于运行保持平衡后，把摩尔库伦材料作为模型材料，再次进行运行平衡；在开挖过程中，不用考虑地下水对其造成的影响；对建模的数据进行计算时，要对网格划分洞周和关心的部位进行加密。

3.2 计算模型网格划分
在建立模型时，其上表面设置为自由表面，限制剩余5个表面的位移情况。

在车站的主体结构网格划分中主要有三种施工方法，分别是注洞法模型网格，中洞法模型网格，测洞法模型网格。

图1显示的是5号线崇文门新建车站和地铁环线既有线区间的位置关系。

该施工方法采用的是注洞法模型网格。

4 既有地铁结构变形控制标准确定
新建地铁车站施工对既有地铁结构变形影响的
流程如图1所示。

由图1可见，新建地铁车站施工过程中，由于开挖扰动、地层损失和固结沉降等因素会引起地层产生移动和变形，导致赋存于地层中的既有地铁隧道结构随之发生移动和变形，进而引起隧道净空产生变化，隧道内的轨道也将发生移动和变形。

因此，既有地铁隧道结构变形的有效控制是实现线路变形控制的关键，而变形缝处的绝对沉降和变形缝两侧的差异沉降又是既有地铁隧道结构变形控制的核心和重点。

图1新建地铁车站施工对既有地铁结构变形影响的流程 为制定合理的结构变形控制标准，在施工前对既有地铁结构进行了详细的检测和评估。

包括混凝土外观及裂缝调查、混凝土强度检测、混凝土炭化深度检测、钢筋保护层厚度检测、混凝土氯离子含量检测、混凝土碱含量检测、钢筋锈蚀状况检测。

检测评估结果显示，既有地铁结构基本是完好的。

5 既有地铁结构沉降与脱开控制措施 5.1 既有地铁结构沉降量超限处理措施
为了保证既有地铁线路的安全运营及后续施工的安全，考虑到新建地铁车站中洞已形成封闭结构，先期施工完毕的中洞管棚和中洞结构刚度很大，具备了高压注浆条件，因此
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决定在新建地铁车站结构与既有地铁隧道结构间的土体内进行抬升注浆，以恢复既有地铁隧道结构在前期施工中损失的高程。

抬升注浆从上导洞的天梁两侧进行。

注浆分5个区域，其中1区和5区位于既有地铁隧道的外侧，3区位于既有地铁两隧道之间，2区和4区位于既有地铁隧道正下方。

通过排管进行注浆，注浆管间距0.5m ，2区和4区注浆管长2.5m ，其余区域注浆管长3m ，如图2所示。

图2抬升注浆布置示意图（单位：m ）
浆液采用可灌性好、早凝早强的HSC 浆液，水灰比控制在0.9，凝固时间为20min 左右，以满足列车夜间停运注浆、运营时浆液已达规定强度的要求。

通过6台压力可控性好的双液注浆泵进行抬升注浆，终压控制在0.8MPa 左右。

采用分阶段低速注浆，每抬升5mm 为6.1个施工循环。

施工中为防止浆液渗漏，先通过排管注浆在侧洞与中洞交接处形成两道止浆帷幕，起到防止浆液渗漏的防渗帷幕作用，同时将新建地铁车站中洞范围内土体基础与侧洞范围内土体基础分割开，减小侧洞施工对中洞范围基础的扰动。

然后再对1，3，5区域进行注浆液，达到加固土体的效果，并在下一阶段抬升既有地铁隧道结构过程中起到止浆墙作用，最后对既有地铁隧道正下方2和4区域进行注浆，以更好地加固土体并抬升既有地铁隧道结构。

注浆过程中发生漏浆时及时封堵，防止串浆带出土体引起沉降。

注浆过程中对结构
变形进行实时监控，确保安全。

抬升注浆持续近1个月时间，既有地铁隧道结构累计最大抬升达16.0mm ，左、右线隧道结构抬升速率均较为平稳，如图3所示。

注浆过程中，隧道结构呈现出刚体位移特征，且为整体均匀抬升，没有出现过大的应力集中而导致结构破坏，变形缝处差异沉降明显减小，抬升效果显著。

图3抬升注浆阶段既有地铁隧道沉降历时曲线
通过抬升注浆不仅使既有地铁线路高程损失得到一定的恢复，也为后续施工过程中沉降控制积累了宝贵的经验。

在侧洞开挖中，根据沉降情况，及时通过注浆抬升既有地铁隧道结构，最终将其沉降量控制在16.75mm 以内，保证了运营的安全。

6 结论
大规模城市轨道交通建设必然带来不同地铁线路间交叉和换乘问题，出现大量节点车站。

受地下空间的限制以及换乘需要，新建地铁工程不可避免地要近距离穿越既有地铁线路。

穿越方式有上穿、下穿和侧穿3种，其中下穿既有地铁线路工程，特别是暗挖地铁车站下穿既有地铁隧道工程技术难度最大，风险最高。

迄今为止，工程界和学术界对暗挖地铁车站穿越建筑物及管线的施工控制技术进行了大量研究，但对暗挖地铁车站近距离下穿既有地铁隧道施工控制技术研究甚少。

参考文献
[1]姚海渡．犬断面隧道浅埋暗挖法下穿既有地铁构筑物施工技术研究[D].北京：北京交通大学，2005．
[2]吴波，高波，索晓明．地铁隧道开挖与失水引起地表沉降的数值分析[J].中国铁道科学，2004，25（4）：5963．。