淺談地鐵暗挖車站豎井馬頭門施工風險控制

侯銳

摘? 要：城市地鐵暗挖車站施工中馬頭門既是結構的薄弱環節，也是工程施工過程中結構轉換的關鍵環節。馬頭門開挖會改變原結構受力狀態，若施工不當可能造成原結構變形，增大地表沉降，嚴重時甚至引起結構破壞。本文以在建項目北京地鐵16號線紅蓮南里暗挖車站為例，在總結北京地鐵車站暗挖馬頭門工程施工經驗的基礎上，分析了該工程地質及水文條件和周邊環境等因素對地鐵暗挖區間馬頭門工程施工風險的影響，系統地總結了豎井進入橫通道馬頭門施工的一些關鍵的安全技術措施：（1）井壁密排鋼格柵、在橫通道的初期支護周邊外設置加固環，很好的實現了結構受力轉換;（2）打設雙排超前小導管，對土體進行深孔注漿加固，防止土體失穩;（3）在馬頭門上方做加強腰梁，減小豎井的收斂變形;（4）破除馬頭門后，橫通道施工采取預留核心土、控制臺階長度、控制格柵安裝精度等開挖方法及支護措施。施工檢測表明：各項監測值等均控制在設計允許范圍內。

關鍵詞：地鐵暗挖車站? 馬頭門? 腰梁? 加固環? 超前注漿加固

中圖分類號：U121? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）12（b）-0035-04

Abstract： Urban subway construction is not only the structure of the weak links， and also an important factor in structural transformation in the process of engineering construction of ingate excavation changed the original structure stress， such as construction undeserved cause deformation of the original structure， increase the surface subsidence， serious when even cause structural damage. Taking honglian Nanliam Excavation station of Beijing Metro Line 16 as an example， this paper summarizes the construction experience of Beijing metro station underground excavation ma Tou gate project， and analyzes the influence of engineering geological and hydrological conditions and surrounding environment on the construction risk of ma Tou gate project in underground excavation section of subway， In this paper， some key safety technical measures for the construction of horse-head door of vertical shaft entering cross passage are systematically summarized; （1） reinforcement rings are set outside the initial support perimeter of the cross passage with dense row steel grille， which can well realize the structural stress conversion; （2） Double-row leading small pipe is set to reinforce the soil with deep hole grouting to prevent the soil from instability; （3） Strengthen the waist beam above the horse's head door to reduce the convergent deformation of the shaft; （4） After the horse head door was broken， the excavation methods and support measures， such as reserving the core soil to control the step length to control the installation precision of the grid， were adopted in the construction of the cross passage. The results showed that all the monitoring values were controlled within the allowable design range.

Key Words： Underground excavation station; Matou Gate; Waist rail; Reinforcement ring; Advance grouting reinforcement

馬頭門工程的施工安全與工程地質及水文條件、周邊環境情況和施工豎井的設置位置等因素密切相關。在馬頭門工程的設計施工過程中，需要考慮各種因素的影響，有針對性地采取綜合施工技術措施才能確保馬頭門工程的施工安全，并做到減小對周邊環境的影響，確保周邊鄰近建（構）筑物的安全。北京地鐵16號線紅蓮南里站馬頭門施工就是在這樣復雜的環境下采取一系列措施合理控制沉降的典型實例。

紅蓮南里站（原紅蓮南路站）位于蓮花河東側路與紅蓮南路交叉路口，沿蓮花河南北向布置。紅蓮南里站為地下雙層三跨島式車站，地下一層為站廳層、地下二層為站臺層。車站中心里程處軌面埋深26.71m，車站主體采用暗挖（PBA）法施工，標準段覆土厚度約為13m，跨路口段覆土厚度約為14m。共設置4個豎井，橫通道為多層高通道。

以1號風道豎井開馬頭門施工為例，該豎井采用倒掛井壁法施工，支護形式為鋼格柵+噴射混凝土+內支撐，沿短邊方向每榀格柵架設I22a、I16內支撐。

橫通道采用5層高通道、三心圓直墻結構，斷面設置臨時仰拱，通道四周支護形式為鋼格柵+噴射混凝土，中間各層高4m，臨時仰拱采用I22a型鋼噴射混凝土，型鋼每榀鋼架設置，噴砼300mm。因為豎井穿越滲透系數較大的含水層，豎井開挖至第三層橫通道前應提前進行降水。

1? 地鐵暗挖車站馬頭門施工風險分析

馬頭門工程的風險程度除了與地質及水文條件有關外，還與周邊環境、構筑物、地下管線情況等因素密切相關。

1.1 工程地質及水文條件

根據地勘報告， 1號風道豎井主要穿越的地層為：雜填土、粉質粘土填土、圓礫卵石、卵石層。豎井穿越地層中不均勻分布有大粒徑漂石，大粒徑卵、礫石其分布規律在空間上具有隨機性，地面下25.0～30.0m范圍內，300～500mm漂石含量多，施工前需進行超前探測，判斷漂石位置，施工中采取措施確保開挖安全，若施工中漂石掉落產生空洞，需加快支護封閉，噴射混凝土封堵。

1.2 周邊環境

1號風道豎井結構鄰近小紅廟南里3號樓，柱下獨立基礎（埋深5.95m），磚混結構，樓房結構（長邊）與井壁水平凈距為12.5m。

豎井及橫通道周圍地下管線如表1所示。

因此，馬頭門施工若不采取有效的控制周邊土體發生變形的措施，馬頭門上方極有可能產生較大的不均勻沉降，危及建筑物及地下管線安全。

2? 地鐵車站暗挖馬頭門施工主要技術措施

城市地鐵暗挖車站施工中馬頭門既是結構的薄弱環節，也是工程施工過程中結構轉換的關鍵環節。在馬頭門工程的設計施工過程中，需要考慮各種因素的影響，有針對性地采取綜合施工技術措施才能確保馬頭門工程的施工安全。

2.1 受力特點

馬頭門開挖各階段的受力狀態如圖1所示。

圖a：馬頭門尚未開挖，豎井井筒處于周邊承受均勻土壓力的狀態。

圖b：馬頭門開挖后，洞口處井壁臨空，不能提供土壓力，井壁偏壓。偏壓力由在馬頭門兩側土壓力而產生的摩擦力，洞口的支撐力以及空間效應來平衡。所謂的空間效應是指開口段上下的井壁及土體拱效應。若上述受力狀態無法達到平衡，則可能產生松弛和失穩，這是馬頭門開挖時最危險的狀況。因此，需要盡快施作洞口的鋼筋格柵框架，并于洞口對側的井壁架設對撐，并施作一定長度的橫通道以提供支撐力，建立新的平衡。必要時對馬頭門高度范圍的土體進行超前注漿加固，提高拱效應，達到圖c所示的狀態。

2.2 開挖前采取的措施

馬頭門開挖前應采取一系列措施：井壁密排鋼格柵、在橫通道的初期支護周邊外設置加固環，并對豎井臨時封底;打設雙排超前小導管，對土體進行深孔注漿加固，在馬頭門上方做加強腰梁。

（1）密排鋼格柵、設置加固環及臨時支撐。

由于空間效應，馬頭門開挖后，馬頭門上下方的豎井井壁受力增加，因此井壁在馬頭門開挖上下方和有臨時仰拱位置密排3榀鋼架，在開挖橫通道時臨時仰拱位置密排的鋼架和錨噴混凝土不應破除，開挖前豎井要先封底。為承受馬頭門開挖后豎井井筒對馬頭門的側壓力，在開挖前應在其橫通道的初期支護周邊外施工加固環。加固環的作法：在豎井施工時在井壁內作加固環，此種加固效果較好。

加固環由短節格柵鋼架組成，隨井壁施工，穿過井圈鋼架，并焊接在其上。

（2）深孔注漿加固及環向腰梁設置。

為防止破除井壁后土體失穩，采用雙排小導管深孔注漿，其長度不應小于4m，必要時對土體進行環向或上臺階全斷面注漿。

豎井開馬頭門前，在馬頭門上方增加一道環向腰梁（工25a，水平放置），并在拱頂位置預先打設小導管（？25×2.75，L=4m），注入水泥漿，進行超前加固，壓力控制在0.2～0.5Mpa，為確保順利打入小導管，豎井在卵石地層開挖過程中打設小導管時選擇合適的成孔方法，并記錄相應數據，為后期施工提供依據[2]。

2.3 馬頭門破除

1號風道豎井橫通道馬頭門為高通道結構形式，橫通道高19.9m，寬5.2m;拱頂覆土約10～11m，采用臺階法施工，分5層分步開挖。橫通道第一、二層馬頭門破除順序如下，以下3層馬頭門參照即可。

第一步：放出馬頭門輪廓線，在拱頂上方架設環向腰梁及雙排小導管超前注漿;第二步：切割馬頭門部位豎井格柵，進行掏挖，連立2榀架設榀架，并與豎井格柵焊接牢固，繼續預留核心土開挖，進尺3m后，進行下臺階馬頭門破除;第三步：切割下臺階豎井格柵，破除井壁，架立格柵，與豎井及上臺階格柵連接牢固。

2.4 施工注意事項

（1）馬頭門破除后應先觀察掌子面土質情況，若掌子面不穩定或處于有水狀態，應立即復噴混凝土，采取防坍措施。（2）進洞前拱頂打設4m長超前小導管，并注水泥漿加固前方地層，洞口連立4榀鋼架，進洞后每榀打設超前小導管，小導管長度2m，注漿加固前方地層，單孔注漿量不小于理論注漿量。（3）馬頭門位置第一榀格柵必須與橫通道（導洞）格柵用“L”型連接鋼筋連接成整體，連接鋼筋必須與豎井格柵鋼筋搭接焊接，并確保焊接質量，焊縫長度單面焊10d（雙面焊操作困難）。（4）馬頭門格柵錨噴混凝土前，必須在洞口區域埋設后背回填注漿管，待噴射混凝土完閉并達到一定強度后回填注漿，馬頭門注漿采用單液水泥漿，注漿壓力控制在0.3～0.7Mpa。（5）馬頭門破除過程中應加強對周邊管線沉降觀測并對通道沉降觀測及收斂變形觀測，每天觀測不小于2次，并根據監測數據及時分析橫通道變形情況，以便及時采取安全應對措施。（6）各層導洞馬頭門施作時應認真打設鎖腳錨管并與格柵焊接牢固。（7）嚴格控制拱架加工質量及現場拼裝質量，連接板存在縫隙處幫焊與格柵主筋同直徑鋼筋，保證馬頭門結構整體性，體現“18字方針”中的“強支護”。（8）馬頭門破除過程若土方發生較大位移，需采取臨時支撐[3]。

2.5 施工監測

根據設計相關要求，監測建議控制標準：地表沉降20mm;周圍建筑物沉降15mm，差異沉降8mm;熱力、上水、工業重油管沉降10mm，沉降速率2mm/d，傾斜率0.0025;凈空收斂：豎井20mm，橫通道10mm，變化率2mm/d。

根據施工監測顯示，各項沉降指標都能滿足要求。開馬頭門期間部分監測點數據分析圖如圖2所示。

參考文獻

[1] 王巖松.基于層次分析法的城市隧道合理埋置深度研究[C].中冶建筑研究總院有限公司.2020年工業建筑學術交流會論文集（上冊）.中冶建筑研究總院有限公司：工業建筑雜志社，2020.

[2] 陳東.懸臂式掘進機在城市地鐵施工中的應用[J]. 四川水泥，2020（7）：244-245.

[3] 姜封國，白麗麗，宋敏，等.哈爾濱城市地鐵大斷面隧道施工穩定性分析[J].吉林大學學報：工學版，2020，50（4）：1419-1427.

[4] 葉明.城市地鐵大斷面隧道施工監測分析與風險評估研究[D].南昌：南昌航空大學，2017.

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