暗挖隧道近距離下穿既有地鐵風險控制研究

樊松勃

（中鐵第六勘察設計院集團有限公司，天津 300308）

1 引言

隨著城市軌道交通的快速發展，地鐵施工臨近或下穿既有運營線路的情況日益增多。而暗挖隧道本身施工風險較大，近距離下穿既有地鐵會進一步增大施工風險。為保證地鐵運營線的安全，對地鐵施工過程中下穿既有線路的影響及風險控制進行研究越來越重要。

目前，國內學者對臨近或下穿既有線施工風險的控制進行了大量研究。黃友發[1]以深圳市在建港廈北綜合交通樞紐工程為例，分析了深基坑對臨近既有線產生結構變形和位移的原因，探討了適用于保護既有地鐵線路安全的技術措施，系統地闡述了臨近既有線施工的關鍵工序節點，為國內同類工程提供了寶貴的借鑒經驗。蔡建鵬，高強等[2-4]研究了基坑開挖對下臥隧道的影響，并提出了相應的風險控制方案，取得了良好的效果。張玉龍等[5]為了解決小凈距重疊隧道下穿準高速鐵路的安全施工問題，采用數值計算的方法，對上下重疊隧道不同施工順序引起的地層變形、管片結構位移和受力情況進行了分析，結果表明，采用“先下后上”開挖方式時，地表沉降、隧道管片結構豎向位移均小于“先上后下”方式。

目前的研究中，多為深基坑開挖對于鄰近既有線路的影響，對于暗挖隧道近距離下穿既有線的影響研究較少。本文以北京某新建地鐵區間下穿既有運營線路施工項目為例，研究暗挖隧道近距離下穿既有線路施工風險控制方案。

2 工程概況

2.1 工程概況

擬建某區間為盾構法+礦山法區間，區間全長2 522.811 m，其中，暗挖段140.311 m，明挖風井及盾構井長105.400 m，盾構段長2 277.100 m。盾構井與M19 新宮站之間下穿既有線區域為礦山法施工，右線長100.410 m，左線長99.28 m，過程中下穿既有新宮站。新建線路與既有地鐵車站平面位置關系如圖1 所示，其中，A 型斷面開挖寬度為13.8 m，開挖高度為10.85 m，覆土為14.8 m；B 型斷面開挖寬度為13.5 m，開挖高度為8.46 m，覆土為17.1 m；C 型斷面開挖寬度為6.5 m，開挖高度為7.26～9.06 m，覆土為15.9～18.2 m。A、B 型斷面均采用雙側壁導洞法施工，C 型斷面采用臺階法施工。

圖1 新建線路與既有地鐵車站平面位置關系圖

區間近距離下穿既有新宮站，隧道拱頂與既有站底板墊層底最小豎向凈距約0.095 m，下穿段采用平頂直墻斷面。襯砌類型采用復合式襯砌，初期支護采用噴混凝土+格柵鋼架措施，二次襯砌采用模筑鋼筋混凝土，兩次襯砌之間設柔性防水層。輔助工程措施采用深孔注漿加固、掌子面噴射混凝土封閉等。

根據地勘資料，下穿段自上而下依次為雜填土、黏質粉土、粉細砂、卵石圓礫、粉質黏土等。區間隧道主要洞身主要為卵石⑦層及⑥3 層粉細砂，下穿段主要為卵石⑦層及⑥3 層粉細砂（下部為粉質黏土⑧層）。

綜合風險評估，該穿越工程風險等級為特級。

2.2 工程重難點

1）既有線變形控制要求較高，有效控制既有結構變形在允許范圍內，確保既有線正常運行是工程重難點。

2）區間下穿既有線斷面寬×高為13.5 m×8.46 m，跨度較大，開挖風險大。

3 數值模擬分析

該穿越工程風險評估報告對穿越過程中既有地鐵的變形情況進行了數值模擬分析。本次計算采用MIDAS 建模及計算分析，模擬新建19 號線新新區間（新宮站—新發地站區間）在施工過程中對既有新宮站主體結構、軌道結構的安全性影響，提供既有地鐵結構的變形分析結果，評估新宮站主體結構、軌道結構的安全性。

根據計算過程及結果，新建19 號線施工過程中，既有新宮站結構預測產生的最大沉降為2.96 mm，最大橫向位移為0.14 mm；既有地鐵軌道產生的最大累計沉降為2.89 mm。

監測控制指標的制定應依據其他類似工程經驗和現場監測數據，在綜合考慮預測變形值和結構容許變形值的基礎上考慮一定的安全系數，確定既有地鐵結構變形的控制指標建議。根據數值模擬計算結果，同時，依據現有常規測量儀器的監測精度，綜合運營安全要求及變形預測結果確定變形控制值。最終確定該穿越工程車站結構累計沉降、軌道累計沉降監測控制值為3.0 mm，車站結構累計橫向位移、軌道累計橫向位移、結構及軌道上浮結構監測控制值為2.0 mm，軌道變形速率控制值為1.0 mm/d，并將控制值的80%作為報警值，70%作為預警值。

4 工程風險對策

4.1 對策一

新建區間采用平頂直墻（B 型斷面）密貼下穿既有新宮站方式，區間隧道拱頂與既有站底板墊層底最小豎向凈距約0.095 m，B 型斷面開挖跨度為13.5 m，開挖高度均為8.46 m，分6 個洞進行開挖，下穿處進行全斷面深孔注漿。

4.2 對策二

區間下穿既有線過程中采用的施工工序為先施作兩側C型二襯，再進行中間導洞開挖：

1）施工二襯階段應進行分段破除臨時支護結構，分段進行二襯混凝土澆筑；

2）破除長度應控制在6 m（具體根據監測情況確定破除長度），嚴禁一次性破除太長，分段破除完成后，應及時進行下一步工序，盡快完成二襯混凝土澆筑；

3）破除施工過程中加強監測，做到信息化施工。若監測出現異常，則在洞內設置型鋼支撐，確保洞內施工安全。

上述措施在施工過程中均落實到位。深孔注漿采用二重管水泥外加水玻璃WSS 工法注漿技術，注漿壓力控制在0.3～0.5 MPa。深孔注漿隨開挖進度每10 m 進行一次，加固長度12 m，搭接2 m。已實施完成，有良好效果。二襯施工時，分段拆除臨時支護結構、分段澆筑二襯，兩側C 字形二襯施作完成后再進行中間洞開挖，變形控制效果較好。

5 監測數據分析

施工過程中，加強對既有線的變形監測。既有線監測過程中，分人工監測和自動化監測兩部分，人工監測主要監測既有線結構及道床變形，自動化監測主要監測既有線道床變形，整個穿越過程中，監測數據未發生預警，工程現場未出現險情。

既有線道床自動化監測測點共40 個，累計變形最大測點JLC-406，累計變形-0.95 mm，變形速率-0.02 mm/d，基本穩定。既有線結構人工監測點共20 個，結構累計變形最大測點SJC403，累計變形-0.92 mm，變形速率-0.01 mm/d，基本穩定。既有線道床結構人工監測點共64 個，道床累計變形最大測點DJC110，累計變形-0.98 mm，變形速率-0.01 mm/d，基本穩定。

不同施工階段既有線結構、道床沉降時程曲線如圖2所示。

圖2 既有線結構、道床沉降時程曲線

通過對以上監測數據總結及分析可知，在新建地鐵新新區間暗挖段平頂直墻下穿既有線過程中，在B1 和B2 斷面導洞施工完成后，既有線道床監測點累計變形最大測點DJC309，累計變形-0.61 mm，變形速率-0.02 mm/d；B3 斷面導洞施工完成后，既有線道床監測點累計變形最大測點DJC408，累計變形-0.89 mm，變形速率-0.01 mm/d，均未超過報警值，監測數據變形趨勢穩定。

6 結論

新建地鐵區間暗挖段平頂直墻密貼下穿既有新宮站為特級風險工程。施工過程中，現場采用深孔注漿+格柵噴射混凝土支護，施工過程中既有線結構及道床結構變形均未達到預警值，且未出現監測預警及巡視預警。通過該項目可以得出如下結論：

1）區間下穿既有線過程中所采用施工工序為先施作兩側C 型二襯，再進行中間導洞開挖，有利于既有線變形控制及隧道自身穩定。

2）平頂直墻結構密貼下穿既有線有利于其變形控制。

3）深孔注漿過程中，應合理控制注漿壓力及注漿量等參數，并做好過程控制，加強監測和巡查，避免地表冒漿及地表管線隆起情況。