超小凈距地鐵隧道近距離下穿地下過街通道設計施工技術研究

程龍

（中鐵第六勘察設計院集團有限公司隧道設計分公司，天津300131）

1 引言

隨著國家城市化進程的不斷推進，交通擁堵問題日益突出，成為制約大城市發(fā)展的瓶頸問題。城市軌道交通以其節(jié)能、環(huán)保、快捷、運量大等優(yōu)勢而被廣泛應用和推廣。近幾年城市軌道交通迅猛發(fā)展，其建設環(huán)境也日益復雜，近接施工、下穿施工等問題不斷涌現(xiàn)。吳昊【1】對青島地鐵2 號線下穿地下商業(yè)街設計、施工情況進行了詳細的分析研究；李倩倩【2】等對北京地鐵6 號線平安里—北海北站區(qū)間下穿既有4 號線區(qū)間隧道工程變形特性進行了分析；梁建波【3】對廣州地鐵7 號線鐘漢區(qū)間下穿3 號線結構沉降進行了系統(tǒng)分析。上述研究成果多以對周邊建筑物的影響作為研究對象，新建隧道自身條件較簡單。對于自身條件復雜情況下下穿建筑物施工的研究成果較少涉及。

鑒于此，本文以青島地鐵1 號線西青區(qū)間為例，對超小凈距地鐵隧道近距離下穿地下過街通道進行分析研究，為后續(xù)工程提供借鑒和參考。

2 工程概況

2.1 項目概況

青島地鐵1 號線西鎮(zhèn)站—青島站區(qū)間礦山法段下穿青島火車站地下過街通道，如圖1 所示。受線路條件限制，下穿過街通道區(qū)段線間距較小，左右線隧道初支結構凈距0～0.6m，其中約5m 范圍左右線隧道共用初支結構。

圖1 過街通道與區(qū)間隧道平面位置關系

地下過街通道為鋼筋混凝土矩形框架結構，寬11.5m，高約4m。底板位于第四系粉質黏土中，埋深約6m，隧道拱頂至過街通道底板凈距4.3～4.6m。

2.2 工程地質及水文地質

下穿段隧道洞身位于強～中風化花崗巖地層，隧道拱頂覆蓋層主要為雜填土、淤泥質粉質黏土、粉質黏土層及強風化上亞帶。第⑦層粉質黏土，可塑～軟塑狀，多含薄層粉土，土體強度中等，透水性差。1○層粉質黏土層中分布有砂礫透鏡體，具有透水性。該范圍臨近砂層，地層極易坍塌變形，造成周邊建筑物沉降、開裂等風險。

過街通道臨近砂層，圍巖等級Ⅵ級，地下水類型主要為第四系潛水及強～中風化基巖風化裂隙水，水量較大。

3 設計與施工方案

3.1 方案比選

青島站為既有改造車站，是制約區(qū)間線路設計的主要因素，區(qū)間線路不具備按照標準線間距14m 進行設計的條件。受周邊環(huán)境條件限制，下穿過街通道段地鐵隧道線間距6.17～6.83m。根據(jù)地鐵1 號線限界要求，單洞單線馬蹄形隧道斷面內凈空寬度5.1m。基于上述線路條件，下穿段可以采用連拱隧道方案、單洞雙線大斷面方案及單洞單線隧道方案，方案比選如表1 所示。

表1 設計方案比選表

連拱隧道方案需分3 個導洞進行開挖，作業(yè)工序多，隧道變形控制效果差；另外，中隔墻處防水處理復雜，運營階段容易出現(xiàn)滲漏水；受線間距影響，中隔墻最薄處不足0.5m，開裂風險較大。單洞雙線方案隧道開挖斷面大，施工擾動范圍較大；雖然CRD 工法對變形控制效果較好，但隧道拱頂距離過街通道較近，施工影響較大。分離雙洞方案左右先隧道分別封閉成環(huán)，能夠較好地控制沉降；另外，隧道開挖斷面較小，隧道拱頂可采用注漿加固措施，提高地層承載力，進一步減小開挖對過街通道的影響；此外，分離雙洞方案在隧道防水處理、工程投資方面均具有一定的優(yōu)勢。綜合以上分析，推薦采用分離雙洞設計方案。

3.2 隧道支護參數(shù)

隧道下穿施工對周邊建筑物的影響主要包括2 個方面：一是隧道開挖擾動地層，造成建筑物的不均勻沉降、開裂；二是爆破施工，爆破振動對建筑物造成的損壞。制定設計參數(shù)主要考慮這2 個方面。設計參數(shù)如下：

1）拱部φ76mm 中空自鉆式管棚；

2）拱部φ42mm 小導管超前支護；

3）250mm 厚C25 濕噴混凝土；

4）格柵鋼筋間距0.5m；

5）邊墻錨桿4m，間距1.0m×1.0m；

6）300mm 厚C45 鋼筋混凝土。

3.3 地層預加固處理

隧道拱頂粉質黏土層中存在一定的砂礫透鏡體，具有一定的透水性；另外，風化巖與土層交界面處往往富水性較好。為避免隧道開挖過程中地下水流失造成的地層變形，同時減小地下水軟化地層造成隧道坍塌風險，下穿段采取上半斷面注漿方案，對隧洞拱頂3m 范圍進行注漿加固，如圖2 所示。

圖2 注漿加固設計圖

注漿采用水泥水玻璃雙液漿，根據(jù)前期帷幕注漿施工經(jīng)驗注漿參數(shù)如下：水灰比為0.6～0.8,水泥漿∶水玻璃=1∶1（體積比），注漿壓力0.8～1.0MPa。采取地層加固措施后，隧道開挖洞內基本無滲水。

3.4 施工方案

分離雙洞隧道因線間距較小，Ⅱ區(qū)左線隧道與相鄰右線隧道共用初支（二襯分離，初支不分離），該區(qū)段是設計施工中控制的重難點。下穿段具備由兩端對向掘進的施工條件，為保障施工安全，制定總體施工方案如下：Ⅰ區(qū)開挖支護→Ⅲ區(qū)開挖支護→Ⅳ區(qū)開挖支護→Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ區(qū)二襯施工→Ⅱ區(qū)開挖支護→Ⅱ區(qū)二襯施工，區(qū)段劃分如圖3 所示。

圖3 施工組織方案示意圖

下穿段均采用環(huán)形臺階法施工，施工步序如圖4 所示。施工中將拱腳穩(wěn)定作為施工控制的重點，加強鎖腳錨桿施工質量把控。嚴格控制開挖進尺，開挖1 榀支護1 榀。隧道上臺階主要為強風化花崗巖，強度較低，采用機械開挖；由于下臺階中風化花崗巖機械開挖難度較大，采用控制爆破技術。

圖4 隧道施工步序圖

4 工程實施效果

區(qū)間隧道施工中對過街通道沉降、位移、傾斜及裂縫進行監(jiān)測，過街通道墻（柱）角及底板中部布置監(jiān)測點。沉降控制值10mm，底板處爆破振速控制值1.0cm/s。下穿施工過程中采用遠程實時自動化監(jiān)測，監(jiān)測結構顯示，最大沉降約4mm。施工過程中沉降及爆破振速均未觸發(fā)監(jiān)測預警。

5 結語

本文以青島地鐵1 號線西青區(qū)間超小凈距隧道近距離下穿地下過街通道為例進行討論分析，得到以下結論：

1）超小凈距下穿施工采用單洞雙線方案、分離雙洞方案、連拱隧道方案均是可行的，綜合地層變形控制、工程投資、運營期防水效果等因素，采用分離雙洞方案是合理可行的。

2）復合地層隧道近接施工應以控制變形和爆破振速為目標，制定設計、施工方案。現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，過街通道最大位移約4mm，爆破振速未超限，滿足地下過街通道保護要求。