復合地層隧道下穿既有地鐵車站設計施工技術措施

宋南濤

（中鐵二院工程集團有限責任公司地鐵院，四川成都 610031）

隨著城市軌道交通的快速發展，新建地鐵線路穿越既有地鐵隧道和車站的情況越來越多。由于地鐵車站圍護結構插入車站基坑底以下數米，且寬大車站基坑常常存在格構柱樁基礎，新建地鐵線路難以采用盾構法直接下穿通過。因此，當新建線路不可避免下穿地鐵車站時，需要采用組合工法，即采用礦山法破除可能侵入隧道的圍護結構或格構柱樁基礎，后期再利用盾構管片作為隧道主體結構。本文以深圳市軌道交通 11 號線工程前海灣站—寶安站區間（簡稱“前寶區間”）下穿既有5 號線寶華站為工程背景，闡述復合地層中采用該工法下穿既有車站的關鍵技術。

1 工程概況

深圳市軌道交通 11 號線工程前寶區間位于深圳寶安區填海區，線路出前海灣站后，依次下穿填海區、雙界河、5 號線區間隧道、新圳河、5 號線寶華站后進入寶安站。11 號線右線斜交先后下穿寶華站 B2 出入口、B2 與B1出入口之間市政道路、寶華站 B1 出入口及車站主體結構，左線斜交先后下穿寶華站 B1、B2 出入口和車站主體結構（圖1）。

圖1 11 號線前寶區間平面圖

既有 5 號線寶華站為二層三跨的標準站，B1、B2 出入口寬 5.0m，高 4.7m，埋深約 4.5m。車站主體全長224.5m，頂板覆土埋深為 3.35m 左右，車站整體呈2‰的縱坡。車站主體圍護結構采用 800mm 厚 C30P8地下連續墻，標準段嵌固深度為 7.2m（圖2）。寶華站車站主體有 4 根鋼支撐格構柱樁基礎（上部為臨時鋼立柱，施工過程中已割除，下部為φ800mm C30 混凝土鉆孔樁，臨時結構不受力）位于隧道范圍內，格構柱樁基侵入 11 號線隧道開挖范圍內約 1～1.2m（圖3）。

圖3 寶華站格構柱樁基示意圖（單位：mm）

本段隧道區間上覆人工填土、第四系沖洪積、殘積黏性土、砂層，下伏燕山期花崗巖。區間隧道主要在殘積黏性土，花崗巖全強風化層及中風化、微風化帶內穿過，存在軟硬不均現象。區間地下水水位埋深約 3.5m，地下水豐富，并接受海水側向補給，與前海灣海水水力聯系緊密。

2 設計施工難點與工法選擇

2.1 設計施工難點

（1）新建 11 號線隧道拱頂與既有 5 號線寶華站車站主體圍護結構的最小凈距為 0.957m，與車站結構底板最近距離為 8.16m，既有車站的臨時格構柱樁基侵入隧道。

（2）5 號線是正在運營的既有線，行車密度間隔時間約 5～8min。新建的 11 號線在下穿寶華站施工過程中，距離寶華站車站圍護結構最近距離僅0.957m，距車站底板也僅有8.16 m。若隧道開挖和爆破施工控制不到位，會使圍巖產生擾動及地下水流失，有可能對正在運行的軌道、車站結構、出入口結構造成不均勻沉降，導致車站結構變形沉降超限，產生裂縫及滲水，影響5號線列車正常運營。

（3）地質復雜。11 號線隧道處于上軟下硬地段，該地段有 23m 為Ⅴ級圍巖，161m 為 Ⅵ 級圍巖。Ⅵ 級圍巖穩定性差，但其下部又是強度為 155mPa 的微風化花崗巖，需要爆破，加之該地段地下水豐富，因此隧道施工風險很大。

2.2 工法選擇

2.2.1 工法 1（盾構強行通過）

該工法需更換破巖能力強的刀具破除硬巖，容易造成盾構機偏壓、姿態控制失敗、機頭上翹，導致上方土層嚴重超挖，甚至引起地面坍塌。另外，盾構機也不能直接破除車站的臨時格構柱。

2.2.2 工法 2（礦山法通過）

該工法需下壓線路，增加隧道埋深，采用礦山法通過。通過將線路下壓 6m，讓礦山法隧道拱部位于中-微風化地層，這將使得礦山法隧道增長 160m，2 號吊出井深度也增加至 41m，綜合工期延長 6 個月，難以滿足 11 號線工期要求。若將 2 號井移至海濱廣場，將與規劃的兩層地下停車場沖突。

2.2.3 工法3（礦山法初支+盾構空推）

由于以上工法 1、工法2均不能滿足設計施工要求，因此，本工程采用“礦山法初支+盾構空推”工法。該工法先期采用礦山法施工初期支護以穩定開挖洞室，處理盾構機無法直接破除的硬巖、鋼筋等物體，后期盾構機直接拼裝管片通過。該工法綜合考慮盾構機刀盤尺寸和圍巖級別，確定空推段隧道內凈空尺寸為直徑 6 600mm，在盾構機外徑 6280mm 的基礎上考慮160mm 的盾構工作空間，隧道初期支護擬定為300mm。

3 設計施工技術措施

3.1 變形和沉降標準

監控指標及施工注意事項按深圳市地鐵集團有限公司下發的《城市軌道交通安全保護區施工管理辦法》規定執行。當實際變形值達到最大允許變形值的 60% 時，須向有關單位發出黃色預警；當達到控制值的 80% 時，應發出橙色報警；當超過控制值時，應發出紅色報警（表1）。

表1 變形沉降控制指標

3.2 沉降控制措施

3.2.1 沉降與控制預測

采用地層-結構模型預測隧道開挖引起的地層沉降。根據計算結果，在該地層下不采取任何措施時，地層最大沉降為 12.4mm（圖4a），已超過表1控制標準。為減小既有車站的沉降，11 號線隧道開挖時必須對地層采取措施。考慮到該段區間地下水豐富，采取能有效改良地層和止水的深孔注漿控制措施。對隧道上半斷面進行深孔注漿的模擬計算結果表明，地層最大沉降由 12.4mm 減小到 6.2mm（圖4b），滿足表1控制標準。

圖4 地層沉降云圖

3.2.2 沉降控制實施

利用 11 號線 2 號盾構吊出井為開挖工作面開挖，開挖形式為預留核心土環形短臺階法開挖，開挖前進行上臺階全斷面水泥-水玻璃雙液漿深孔預注漿，采用小導管注漿補強，配合錨桿＋格柵拱架＋網噴混凝土組成聯合初期支護。

注漿加固范圍為土石分界以上斷面，鉆孔按雙排孔布置，鉆孔直徑φ80mm，排距 500mm，孔間距 600mm。該段區間隧道屬于曲線段，鉆孔注漿方向為直線，為避免鉆孔偏離隧道方向過遠，鉆孔深度一般為 10～12m，最長注漿施工段鉆孔注漿深度達 20m。周邊孔按一定角度向外呈放射狀打設，注漿加固范圍為隧道周邊土體 3m 以內（圖5、圖6）。

圖5 深孔注漿縱斷面示意圖（單位：mm）

圖6 上半斷面深孔注漿布孔示意圖（單位：mm）

注漿流程為：止漿墻施作（掛網噴混凝土）→孔位布置→超前地質探孔→鉆孔→注漿封口→后退式注漿→注漿效果檢查→破除止漿墻開挖。

3.3 沉降控制效果與監測結果

3.3.1 監測方法與監測段選擇

本沉降監測以自動化監測為主，人工監測為輔。自動化監測擬采用徠卡 TS30 測量機器人配合 Geomos 專業監測軟件進行，Geomos 專業監測軟件是實現自動化監測的平臺，可遠程控制測量機器人。該監測軟件能自動處理接收到的監測數據，并生成監測成果表及變形曲線。人工觀測采用徠卡 DNA03 水準儀配合水準尺進行沉降觀測，采用徠卡 TS30 全站儀配合 L 型棱鏡進行水平位移觀測。

經綜合考慮，選擇車站 B2 出入口為試驗段，監測出入口通道內的沉降變形情況，對地層沉降控制措施的有效性進行驗證、調整和優化。后期隧道下穿車站主體時，進一步監測車站主體結構及軌行區的沉降變形。監測段和監測點見圖7、圖8。

圖7 試驗段范圍設置

圖8 車站監測點布置圖

3.3.2 控制與監測結果

根據監測結果，監測數據已經穩定，監測段所有監測點在礦山法初支期間變形值與差異變形值均在控制標準范圍內。其中車站底板最大累計沉降值為 -6.1mm，車站結構最大差異變形值為 3.1mm，滿足表1控制標準，5 號線寶華站一直保持正常運營。

4 結論與建議

（1）對于復雜地層，下穿既有運營車站時，若不能采用盾構法穿越，應采取組合工法，同時宜采用改良地層的注漿措施。

（2）下穿既有運營車站時，應根據不同的區段制定相應的設計施工控制措施，并在整個施工過程中對這些區段進行監測，將監測數據反饋，指導施工。

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