暗挖隧道下穿既有車站的深孔注漿及保護措施

李 媛

(中鐵十六局集團有限公司 北京100023)

隨著地鐵施工深度及廣度的加大，為了不影響原既有線的正常運營，新建線路與既有線路勢必會出現鄰近、側穿或下穿等復雜情況，由于既有線路運營所產生的振動會影響到新建線路周圍土體的穩定，對新建線路的施工產生安全隱患。因此，為了不影響新建線路的開挖和既有線路的運行安全，在新建隧道施工前要對隧道周圍土體進行預加固。

北京地鐵7號線是北京市政府規劃投資的一條城市地鐵，直接疏散了北京西站向東的客流量，同時方便了南城和兩廣路上居民的出行，還緩解了1號線的交通壓力，有效地連接了南三環與北京西站，帶動了這一區域的經濟發展，成為北京交通建設中不可缺少的一條地鐵線。其中，崇文三里河站—磁器口站區間(以下簡稱“崇-磁區間”)東側下穿既有5號線磁器口站。施工時，為了不影響既有5號線磁器口站的正常運營，未打設相應的降水井進行施工降水，區間結構處于一層層間潛水中，且地層透水性較好。兩條地鐵線結構距離最近處僅有0.5 m，屬于新建7號線的特級風險源。因此，正確做好隧道開挖前地層的超前注漿加固，并對既有線路和新建線路制定行之有效的保護措施，是保證新建結構與既有結構安全的關鍵。

1 工程概況

1.1 設計概況

北京地鐵既有5號線磁器口車站寬21.874 m，呈南北走向，崇—磁區間呈東西走向。區間結構與既有線地鐵站結構最近處為0.548 m，下穿段長35.3 m。左線經過8.357 m正式下穿既有磁器口站，右線經過8.057 m正式下穿既有磁器口站，具體如圖1所示。

圖1 區間正線與既有5號線的縱剖面

1.2 周邊環境

磁器口車站位于兩廣大街和崇文門外大街交叉口處，地處北京二環內繁華地段，周圍商業、居民區眾多。車流、人流密集，尤其早晚上下班高峰期的路面車輛更加密集，人員流動量很大。

1.3 水文地質條件

既有5號線磁器口車站埋深約10.12 m，區間隧道埋深約26 m，主要穿越卵石、中粗砂、粉質黏土和粉土。地下水類型為層間潛水(三)，含水層主要為卵石⑦層，透水性好。靜止水位標高為20.53～22.18 m，水位埋深為20.53～20.8 m，地下水分布連續，含水層滲透系數大，為強透水層。

1.4 風險源

該施工區域路面下方雨污水、燃氣、熱力等管線密度大，走向多樣且埋設深淺不一。區間下穿段的風險源見表1所示。

表1 風險源統計

2 深孔注漿施工技術

近年來，隨著各類隧道、地下洞室、地鐵施工的開展，周圍巖石、土體所產生的壓力對新建結構開挖施工的安全造成了很大影響。注漿施工作為各類地下建筑物施工的輔助措施，不僅很好地起到了加固地層、保證開挖安全的作用，而且具有經濟效益高、可行性強等諸多優點，在近年來的地下工程施工中得到了廣泛應用。崇—磁區間下穿既有磁器口車站段的開挖采用預留核心土臺階法施工，既有車站運營所產生的振動會對周圍土體造成影響，從而改變土體自身的穩定，尤其是區間結構與既有車站結構最近處僅為0.548 m，新建結構開挖施工時會對既有線和新建線結構造成安全隱患，嚴重時還會發生重大塌方。因此，為了保證區間隧道開挖的安全可靠，在正式進入下穿段之前，需對既有地鐵5號線下方土體進行超前深孔注漿加固，達到加固土體的目的，從而加強地層的自穩能力，使新建線路能安全開挖，從而下穿既有車站。

2.1 注漿范圍

深孔注漿加固范圍為新建隧道兩側開挖輪廓線各外擴3 m、底板向下延伸3 m，縱向加固長度約35 m。注漿漿液底板以上采用超細水泥漿，底板以下為普通水泥漿。注漿壓力控制在0.3～0.5 MPa，同時保證距離底板2 m范圍內注漿壓力不得超過0.3 MPa。注漿范圍如圖2所示。

圖2 深孔注漿加固范圍

2.2 注漿管布置

深孔注漿管在開始部位的掌子面按扇形布置，沿環向布置孔位，各排孔布置鉆孔角度為:周邊環向布孔向上傾角0～12°，深孔注漿管的間距應保證孔的末端間距控制在1 m范圍內，并保證各斷面拱部注漿范圍達到設計要求(見圖3～5)。

圖3 注漿孔布置橫剖面

2.3 注漿工藝

注漿均采用雙重管注漿工藝，采用后退式間隔鉆孔注漿，每循環注漿長度為12 m，并在端頭處設置2 m寬的止漿墻。單次加固分兩循環，第1次對底板以上進行加固，第2次對底板以下進行加固，施工流程見圖6。

為了保證注漿效果，施工過程中要注意的是:當隧道開挖至注漿加固范圍前2 m位置時停止開挖作業，封閉掌子面，施作止漿墻。止漿墻厚度為250 mm，采用格柵噴射混凝土封閉形成，格柵間距為500 mm;布設注漿孔位，按設計要求布設鉆孔，控制好鉆孔角度，確保注漿范圍及注漿效果;注漿漿液下穿段采用超細水泥漿，若該地層位于富水段采用水泥-水玻璃雙液漿，采用注漿壓力和注漿總量雙控制原則，以保證注漿質量;雙液漿配比為:水玻璃濃度由40Be’稀釋到20Be’，水泥漿水灰比W/C=0.75～1，水泥漿∶水玻璃=1∶0.5～1∶1(體積比);注漿后無側限抗壓強度，開挖面不小于0.5 MPa，周邊不小于1.0 MPa，靠近既有線底板時注漿壓力不大于0.3 MPa，如深孔注漿效果未達到設計要求，可增加設置小導管補充注漿。

圖4 注漿孔布置平剖面

圖5 注漿孔布置縱剖面

圖6 注漿工藝流程

3 力學計算

針對采用的深孔注漿方案，對區間隧道施工過程中既有車站產生的影響進行數值模擬分析，不僅能達到驗證深孔注漿效果的目的，同時有利于提前采取保護措施，確保新建隧道施工和既有車站的運營安全。

本次計算采用FLAC3D中“地層-結構”模型進行力學模擬計算。模擬區域為沿新建地鐵線路方向長度102 m，深度51.5 m，寬度取新建隧道結構外兩側大于3倍洞半徑(63 m)。其中，巖土體及注漿區域采取摩爾庫倫彈塑性本構模型，混凝土構件采用彈性本構模型，地鐵車站初襯及下穿隧道臨時仰拱采用殼單元。數值計算模型如圖7所示。

圖7 新建隧道下穿既有車站數值計算模型

設計要求地表沉降累計值不大于3 mm，從圖8的位移矢量計算圖得知，在新建隧道開挖過程中，位移沉降最大的部位位于車站中心位置，為2.9 mm。因此，注漿后再進行施工，雖然對既有車站有一定的影響，但最大沉降值在設計要求范圍內，說明按本文提到的深孔注漿是滿足沉降要求的。

圖8 位移矢量計算

4 保護措施

新建線路在下穿既有線施工過程中，采取了深孔注漿以達到加固地層的目的，通過數值模擬看出沉降在控制值范圍內，但是為了確保下穿既有線的施工安全，針對新建線路周邊風險源，既有5號線提前制定了保護措施，以達到萬無一失的目的。

4.1 針對風險源的保護措施

針對該施工區域路面下方的熱力方溝、污水管、雨水管線，采取的保護措施是:根據地質勘查報告及掌子面地質揭露情況，分析前方地質狀況，進行地質預報;加強地質超前探測，遇到空洞提前處理;在開挖過程中遇到地表及建筑物沉降，及時采取回填注漿等加強措施;對左右線施工嚴格保持施工步距;對隧道開挖過程，嚴格做好超前注漿措施，提前加固前方地層;及時施作初支背后回填注漿，在施工過程中根據沉降情況可進行多次補注漿，在注漿過程中應對附近管線處的壓力進行控制及保護;加強過程監測，加大沉降及收斂觀測頻率，及時掌握風險源的變化趨勢，以便動態管理，采取對應措施;采用臺階法施工，上、下斷面臺階長度宜控制在15 m左右;在開挖前應采取超前預支護和預加固措施，做到預加固、開挖、支護三環節緊密銜接，當地層自穩能力差或開挖工作面停工時間較長時，采取增加臨時仰拱、噴砼封閉掌子面等輔助施工措施;區間隧道不得欠挖，對意外出現的超挖或塌方應采用噴砼回填密實，并及時進行背后回填注漿;在開挖過程中必須加強監控量測，當發現拱頂、拱腳和邊墻位移速率值超過設計允許值或出現突變時，應及時增加臨時支撐或仰拱，形成封閉環，控制位移和變形;臨時仰拱每段拆除的長度不大于8 m，相鄰二襯養護完成達到強度設計值的80%后方可拆除下段臨時仰拱。

4.2 對既有5號線的保護措施

1)針對5號線的施工準備。在施工前，檢查受影響地段軌道，對線路狀態不滿足標準的地段，應提前做好維修工作以達到要求。同時，對既有5號線軌道幾何尺寸、道床裂縫進行全面檢查并備案。受影響段正線每股鋼軌內側安裝防脫護軌，在受影響地段起終點設置無縫線路位移觀測樁。

在新建隧道開始施工直至地鐵結構變形穩定期間，根據變形情況及時對軌道結構進行調整，使線路狀態始終滿足地鐵施工標準的要求。新建隧道施工一般不會引起較大道床開裂和道床與結構間的剝離。如在施工過程中，道床開裂和道床結構的剝離超過3 mm時應及時整治，對0.3 mm以上的裂縫進行修補。結合類似經驗，對道床裂縫采用磨細超流態CGM灌漿料進行填充，使漿料粒徑不大于0.3 mm，采用無壓灌注法，使灌漿材料2 h后必須達到C15強度等級，并在通車前2 h內施工完畢。灌注部位及工程量測在現場確定，檢驗措施可采用試塊和取芯相結合的辦法。

2)減少底板沉降的措施。采用深孔注漿，注漿時可適當加大注漿壓力和注漿量，主動控制其沉降;采用臺階法+臨時仰拱法施工，開挖各導洞時采用預留核心土的方法，并在上導洞每榀格柵兩側拱腳節點處打設2根D25、長2.5 m的鎖腳錨管，主動控制其沉降，這個施工方法與同類施工方法相比，沉降量一般，工期短，可以較快地完成初支，及時封閉，減少不均勻沉降量;臨時仰拱每段拆除的長度不大于8 m;初支封閉成環后，需及時進行拱部及側墻背后的回填注漿，以減少沉降;區間下穿既有5號線車站時要連續施工，無特殊情況時不得中斷施工;隧道開挖時，開挖尺寸為1榀格柵鋼架間距，嚴禁多榀開挖，防止沉降。

3)扣軌的保護。在扣軌兩側設置護軌，防止施工造成軌距過大，影響線路的正常運營;采用縱橫梁扣軌加固技術對軌道結構進行加固，最大限度地增強線路的整體穩定性，保證列車運營的絕對安全;施工過程中在嚴密監測地表沉降變化的情況下，提前完成降水施工，消除由于過量沉降引起的軌道線路不平順;當施工中沒有遇到如沉降過大、突發涌水等突發情況時，不得中斷施工，防止產生不均勻沉降;在隧道開挖時，開挖尺寸為1榀格柵鋼架間距，嚴禁多榀開挖，防止沉降。

4)運營單位的配合。為了保證下穿既有5號線磁器口車站的施工安全，需運營單位積極配合，指派專人結合地鐵的運營對既有線進行日常監測，及時分析數據采取減速或停運措施，以保證既有線的安全。

5 結語

隨著社會的發展，城市軌道交通的施工環境會越來越復雜，針對近距離下穿既有線路的施工，在傳統深孔注漿技術的基礎上，靈活調整，具有經濟投入少，可行性高的優點。

該技術的運用能同時保證既有線的正常運營，為今后城市軌道交通近距離穿越既有線路提供了參考依據。同時，只有多項全面的施工保護措施才能保證優秀施工方案的有效實施，因此在實際施工過程中，對周邊風險源、既有線路采取有針對性的保護措施是確保整個施工過程安全的關鍵。

隨著科技的進步，城市地下空間的利用勢必將向更深更廣的范圍發展，在既有施工技術的基礎上，還需要更加深入全面地運用研究。

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