基于地鐵隧道輪廓線內的樁基處理方案對比分析

袁戰會

（中鐵二十局集團有限公司，西安 710016）

1 工程案例

1.1 工程概況

成都軌道交通17 號線二仙站位于成華區沿二仙橋北路東西方向，呈一定角度布置，與既有7 號線二仙橋站沿中環路南北方向布置斜交站廳換乘，7 號線二仙橋站為地下2 層站，17 號線二仙橋站為地下3 層站，在位于中環路處小里程端為盾構始發，下穿既有7 號線車站底板[1]。

1.2 位置關系

踏水橋站—二仙橋站區間隧道下穿既有7 號線二仙橋站主體及圍護結構[2]，隧道范圍內存在16 根φ1 200@2 000 鋼筋混凝土圍護樁以及4 根φ800 mm 臨時立柱樁，7 號線二仙橋站中環路進城方向圍護樁侵入隧道最大長度1.7 m，左右線隧道各3 根，中環路出城方向圍護樁侵入隧道最大長度3.1 m，左右線隧道各5 根，7 號線二仙橋站跨中底板以下存臨時立柱樁侵入隧道最大長度5.1 m，其中臨時立柱樁中型鋼格構柱侵入隧道最大長度1.2 m，左右線隧道各2 根。隧道與車站相對關系見圖1。

圖1 礦山法隧道與既有7 號線二仙橋站典型剖面關系圖

踏水橋站—二仙橋站區間隧道距7 號線車站底板最小豎向凈距約1.5 m。與中環路處蜀龍路跨線橋A 匝道6A 橋樁凈距8 cm。區間隧道與7 號線圍護樁平面位置關系見圖2。

圖2 區間隧道與7 號線圍護樁平面位置關系

1.3 水位地質

從17 號線二仙橋站端頭基坑開挖地質揭露顯示從上往下依次為<1-2>雜填土，埋深0.3～3 m；<3-2-3>粉質黏土，埋深3～8.6 m；<3-8-1>稍密卵石土，埋深8.6～11 m；<3-8-2>中密卵石土，埋深11～15.5 m；<3-4-4>卵石夾砂層，埋深15.5～19 m；<3-8-3>密實卵石土，埋深19～24.3 m；<5-1-2>強風化泥巖，埋深24.3～26.8 m；<5-1-3>中風化泥巖埋深26.8～31 m，區間隧道斷面位于泥巖卵石土交界處。

1.4 管線情況

17 號線二仙橋站端頭管線主要有DN159 mm 燃氣管，鋼管，管底距區間隧道拱頂18 m；DN700 mm 雨水管，混凝土管，管底距區間隧道拱頂17.2 m；DN600 mm 污水管，混凝土管，管底距區間隧道拱頂13 m；DN600 mm 給水管，鑄鐵管，管底距區間隧道拱頂16 m。

2 初步設計方案

2.1 方案概述

首先對既有暗挖隧道上方進行卸土，減小開挖過程中土體自重對既有線存在的影響，然后從7 號線小里程端分3 循環打設φ194 mm 管棚，第一循環從二仙橋站小里程端頭打設，第二循環從臨近既有7 號線二仙橋站東側圍護結構位置從隧道內的管棚工作室打設，第三循環在隧道通過二仙橋站西側圍護結構后從隧道內的管棚工作室打設。超前支護完成后進行CRD 法開挖、架初支、壁后注漿、破除既有線圍護樁及臨時格構柱樁，礦山法隧道初支全部施作完成后，立即盾構空推通過礦山法區段，兩者間隔時間嚴格控制，空推過程中對管片與礦山法初支的間隙填充豆粒石混凝土，須保證填充密實。

2.2 存在問題及風險分析

1）盾構邊推邊拆中隔壁，密閉環境動火切除中隔壁，通過盾構人艙搬運，風險較大。

2）管棚分3 段實施[3]，第一段初支施作時需在到達既有線前上抬1 m 實施洞內管棚工作室，開挖過程初支與第一段管棚沖突，須割除，導致第一段管棚長度最短僅5 m，3 段管棚無法形成，開挖風險較大。

3）暗挖實施前需卸除頂板覆土，既有7 號線位于中環路二仙橋西路段，進城出城需中斷交通，目前上方匝道橋因二仙橋方案調整關停，中斷交通卸土無法實施。

4）第一段暗挖上方存較厚砂層，暗挖位于泥巖卵石交界面，上方存DN600 mm 鑄鐵給水管，且上方為進城道路，開挖存在較大安全風險。

5）隧道開挖面位于泥巖及卵石土復合地層，中環路進城方向存在DN600 mm 鑄鐵給水管、出城方向存DN1 000 mm鑄鐵給水管，且上方為進城及地鐵站出入口道路，開挖過程中存在較大安全風險。

6）多層風險疊加，始發難建壓。暗挖結束后即開始空推始發，盾構區間始發段為R450 m 小半徑，隨即下穿7 號線A 出入口，側穿陶瓷玻璃廠淺基礎房屋，盾構始發較難建壓，很難保證上方土體不發生塌陷和沉降。

7）空推拼管片填充豆礫石難以填充密實，管片易上浮，難以保證隧道成型質量。

8）暗挖隧道僅能利用車站端頭降水井，無其他部位實施降水條件，且隧道位于泥巖卵石交界處，只能通過明排降水。

9）盾構始發處位于DN1 000 mm 給水管處，且始發處無加強環梁，風險較大。

3 方案研究

3.1 方案一：臨時二襯

增設450 mm 厚鋼筋混凝土臨時二襯，將中隔壁和橫撐澆筑進二襯中，待二襯混凝土達到設計強度后再拆撐[4]。盾構機在二襯中空推拼裝管片作為永久結構。

車站下方礦山法拱頂設置的超前108 大管棚由0.4 m 間距加密至0.3 m 間距，緩解土體松散。

將礦山法隧道起點由原方案伸出車站調整為出車站西側圍護樁位置，長度減少約14 m（單延米）。盾構在進洞掘進前需要有減壓過程，地面易產生沉降變形，尤其是C1 出入口變形縫附近有較大風險。因此，在礦山法小里程端頭回填4 m 長度的C15 低標號素混凝土，使盾構機提前減壓、輔助盾構始發姿態控制。

3.2 方案二：永久拱形二襯

實施350 mm 初支+800 mm 二襯，破除既有7 號線二仙橋車站兩側圍護樁及底板格構柱后停止，盾構機采取不拼管片步進至礦山法隧道終點始發。

3.3 方案三：半斷面開挖回填+盾構掘進方案

采用半斷面礦山法暗挖清除既有線圍護樁及臨時立柱樁[5]，開挖至既有線圍護樁端頭，暗挖底部采用玻璃纖維筋混凝土板，為避免收斂沉降導致鋼拱架侵入盾構掘進斷面，礦山法斷面較盾構掘進斷面拱腳兩側各增大500 mm，礦山完成后，根據監測數據分段拆除中隔壁，采用素混凝土回填，直至全部回填完成，且暗挖斷面位于卵石土層中，避開泥巖卵石土交界處，最后盾構直接正常掘進始發。

4 方案比選

4.1 安全風險

4.1.1 方案一：臨時二襯

優點：（1）采用馬蹄形斷面，采用CRD 法，自然順接，沒有擴挖或變斷面環節。拱形斷面受力形式更優，二襯為臨時結構，由強度控制配筋和斷面。（2）臨時結構無須考慮耐久性和防水問題，可以將中隔壁型鋼和橫撐澆入臨時二襯中，待混凝土達到設計強度并且變形穩定后，再對中隔壁和橫撐型鋼進行割除。無縫轉換盾構機無須在車站下方復合地層中掘進。

缺點：（1）管棚第二循環需要從車站底板外向車站底板打設管棚，除需要施工管棚工作室外，由于開挖斷面距離車站底板豎向高度約為1 m，對管棚打設的精準度要求較高，并且車站下方管棚以下的土體在開挖時容易掉落；（2）臨時二襯與管片之前的空隙需要采用吹填豆礫石填充，注漿時管片易產生上浮，管片易形成錯臺影響拼裝質量，同時邊掘進邊注漿容易導致漿液串至前方包裹盾尾。

4.1.2 方案二：永久拱形二襯

優點：（1）采用馬蹄形斷面，采用CRD 法，減小一次開挖洞室大小，減小車站持力層地層損失；（2）無須拼裝管片，盾構機無須在車站下方復合地層中掘進。

缺點：（1）建設北路市政橋6A 橋樁樁基侵入隧道永久二襯范圍，需調整樁基托換方案施工時序，提前施作；（2）相較原方案，增大了礦山法隧道開挖跨度，并且拱頂開挖輪廓離車站底板更近，僅為0.7 m，基本不具備施作管棚空間，實際開挖時，與車站夾土不易保住，難以形成開挖拱形，車站底板地基土踏空的風險增大，車站底板結構受損風險增大；（3）中隔壁和橫撐型鋼需澆筑進永久二襯中，待達到混凝土強度后，再將中隔壁和橫撐型鋼割除，留在二襯里的型鋼止水措施較難施作，且易腐蝕，存在耐久性隱患。

4.1.3 方案三：半斷面開挖回填+盾構掘進方案

優點：（1）開挖斷面小，暗挖斷面減小，能避開泥巖卵石交界面，避免降水效果不佳導致開挖存在的風險；（2）直接掘進避免回填豆礫石引起的一系列豆礫石回填不密實，管片成型質量差，空推吹豆礫石較難等因素；（3）盾構很容易建壓，能保證盾構穿越7 號線后進入復合地層的掘進帶來的安全風險。

缺點：（1）中隔壁型鋼拆除較困難；（2）素混凝土回填較難保證回填密實。

4.2 經濟比選

踏二區間下穿7 號線方案經濟比選如表1 所示。

表1 踏二區間下穿7 號線方案經濟比選

經過幾個方案深入的研究，從安全風險，工期，經濟等各方面進行比較最終選擇方案三。

5 結語

通過對區間下穿既有運營線的深入研究，研究了多種工法，多種措施保證了施工安全，同時也經濟節約，工期可控，為后續市政地鐵施工提供了借鑒經驗。