大斷面淺埋暗挖隧道下穿既有線施工技術探討

孔德飛

（北京建工集團有限責任公司，北京 101100）

一、項目概述

本工程為北京五棵松地下停車庫工程南側過街通道。通道共計三條，均南北向穿越長安街及地鐵1號線五棵松站至萬壽路站區間，通道北端連接新建五棵松地下停車庫，南端連接解放軍總醫院在建門診樓地下停車庫。西側通道由北側停車庫B2層引出，南端接入301醫院新建門診樓B4層；中間人行通道由北側停車庫B2層引出，南端接入301醫院新建門診樓B2層；東側車行通道由北側停車庫B3層引出，南端接入301醫院新建門診樓B4層。三條通道下穿地鐵段隧道中心線間距分別為：西側車行通道距中間人行通道95.25m；中間人行通道距東側車行通道約90.55m。

二、大斷面淺埋暗挖隧道下穿既有線施工方法的比選

1.施工方法

在進行大斷面淺埋暗挖隧道下穿既有線施工期間，受到土層、巖體強度等多種因素的影響，單次開挖斷面不能過大，以此確保圍巖擾動能夠始終保持在允許范圍內，維護掌子面的穩定性，避免發生施工質量問題、施工安全問題等等。現階段，在大斷面淺埋暗挖隧道施工期間，常使用分段開挖、分階段施作襯砌的方法，可以進一步細化出PBA法、CRD法、雙側壁導坑法、中洞法、側洞法、柱洞法等等。

2.數值建模與參數選取

結合現場實際施工條件，確定出可行的施工方法，包括雙側壁導坑法及CRD法、中洞法，并分別落實建模計算，最終選定更為合適的施工方案。實踐中，主要在BIM軟件或是同類功能軟件內搭建起基于不同施工技術方案的工程項目三維模型。在此基礎上，參考《混凝土結構設計規范》（GB 50010-2010）中的內容，結合施工現場巖土工程勘察報告，落實對項目施工現場各層及結構物理力學參數的確定。在本工程中，所應用到的各地層及結構物理力學參數主要包括本構模型、土層厚度、彈性模量、密度、內摩擦角以及摩擦系數；需要針對素填土、砂質巖泥、砂巖、即有基礎、二襯、錨桿、初期支護以及鋼管柱這些地層或是結構的物理力學參數進行確定。例如，素填土的本構模型為莫爾-庫倫模型，土層厚度為0.95m，彈性模量為0.01GPa，密度為2.05t/m3，內摩擦角為28°，內聚力為0.08MPa，摩擦系數為0.45；砂質巖泥的本構模型為莫爾-庫倫模型，土層厚度為26.3m，彈性模量為1.4GPa，密度為2.57t/m3，內摩擦角為32°，內聚力為0.66MPa，摩擦系數為0.37；即有基礎的本構模型為彈性模型，彈性模量為25GPa，密度為2.4t/m3，摩擦系數為0.2；二襯的本構模型為彈性模型，彈性模量為30GPa，密度為2.5t/m3，摩擦系數為0.21。相應數據信息在施工現場巖土工程勘察報告內均能夠直接獲取。

針對不同施工方法的土體沉降槽情況、階段性開挖最大沉降量、既有結構累計沉降等數據進行模擬計算、對比分析，結果表明，使用雙側壁導坑法及CRD法所產生的階段性開挖最大沉降量、既有結構累計沉降值更小，土體沉降槽情況相對理想，施工期間的周邊結構穩定性較好，因此在本次施工中更適合選用雙側壁導坑法及CRD法。

3.施工方法選取

3.1 總體施工順序

根據設計原則，結合類似工程的施工經驗，在本項目工程的過程既有線段初襯結構施工中，主要選取了“深孔預注漿加固地層+雙側壁導坑法及CRD法”施工方案。總體施工順序設定如下：全斷面注漿加固結構范圍內及周邊土體；按施工步序進行導洞的初襯施工；初襯背后注漿；按二襯施工步序進行下穿地鐵段二襯施工；二襯背后注漿；全斷面二襯背后回填注漿。具體操作為：

第一，施工中間人行通道下穿地鐵段初襯，中間人行通道下穿地鐵段初襯全部施工完畢后再施工西側及東側車行通道初襯。第二，中間人行通道下穿地鐵段初襯為平頂直墻6導洞形式，采用淺埋暗挖雙側壁導坑法施工。下穿地鐵全斷面注漿加固完成后，先施工1#導洞初襯，直至1#導洞下穿地鐵段初襯全部完成，然后再施工2#導洞初襯，2#導洞初襯完成后施作二襯中墻，二襯中墻施作完畢后進行3#、4#導洞下穿地鐵段初襯施工，3#、4#導洞初襯施工時錯開最小距離10m。初襯施工過程中嚴格按照設計圖紙施工步序及臺階法施工，待通道下穿地鐵段初襯結構全部施工完畢后進行下穿地鐵段二次襯砌結構施工。第三，西側及東側車行通道下穿地鐵段初襯為拱頂直墻4導洞形式，采用淺埋暗挖中隔墻CRD法施工。下穿地鐵全斷面注漿加固完成后，先施工1#導洞初襯，然后按照導洞順序進行2#、3#、4#導洞下穿地鐵段初襯施工，1#、2#、3#、4#導洞初襯施工錯開最小10m安全距離。初襯施工過程中嚴格按照設計圖紙施工步序及臺階法施工，待通道下穿地鐵段初襯結構全部施工完畢后進行下穿地鐵段二次襯砌結構施工。

3.2 總體施工方法

3.2.1 初襯施工

通道下穿地鐵段初襯結構采用“全斷面深孔注漿+雙側壁導坑法法及CRD法”施工。單個小導洞初襯采用臺階法施工，相鄰導洞間嚴格按照施工步序施工。通道上導洞初襯施工過程中對初襯頂部及側壁進行打設超前小導管并補注漿，以彌補深孔預注漿的不足，并預留拱頂及側墻回填注漿管。施工下導洞時對通道側壁進行打設小導管并補注漿，預留側壁及底板回填注漿管。通道下穿地鐵段全部導洞施工完成后進行初襯背后回填注漿。

3.2.2 二襯施工

西側及東側車行通道二襯施工方法如下所示：

第一，二襯施工前破除臨時中隔壁二襯底板范圍內初襯混凝土并保留二襯型鋼支撐，破除初襯混凝土，首段按5m長度進行破除，根據監控量測情況確定剩余部分分段破除長度。

第二，中隔壁破除后用電動鋼絲刷將破除部分型鋼支撐清理干凈，焊接止水法蘭，鋪設二襯防水板，防水板在型鋼位置進行特殊防水處理，待防水板施工完成后進行二襯底板混凝土施工。

第三，底板施工完畢，底板混凝土達到強度后拆除邊墻部位二襯邊墻影響范圍內的中隔板初襯噴射混凝土及格柵鋼筋，鋪設邊墻防水板，澆筑邊墻二襯混凝土。

第四，邊墻二襯施工完成后保留二襯施工腳手架，邊墻二襯混凝土達到強度后拆除中隔壁與拱部連接部位初襯混凝土并保留型鋼支撐，破除拱部初襯混凝土，首段按5m長度進行破除，根據監控量測情況確定剩余部分分段破除長度。

第五，破除拱部二襯影響范圍內型鋼支撐初襯混凝土，鋪設防水板并施作拱部二襯混凝土。

中間人行通道二襯施工方法如下所示：

第一，1#、2#導洞初襯施工完成后搭設施工腳手架+方木支撐體系（腳手架+方木支撐體系與中隔墻緊貼），施作底部中墻二襯混凝土，底部中墻二襯混凝土達到強度后加固腳手架體系，將中隔壁與中墻二襯頂緊后拆除中隔壁初襯混凝土。中隔壁混凝土拆除后完成中墻及中墻頂部二襯施工。

第二，底板施工前破除臨時中隔壁二襯底板范圍內初襯混凝土并保留二襯型鋼支撐，破除初襯混凝土，首段按5m長度進行破除，根據監控量測情況確定剩余部分分段破除長度。中隔壁破除后用電動鋼絲刷將破除部分型鋼支撐清理干凈，焊接止水法蘭，鋪設二襯防水板，防水板在型鋼位置進行特殊防水處理，待防水板施工完成后進行二襯底板混凝土施工。

第三，底板施工完畢，底板混凝土達到強度后拆除中隔板初襯噴射混凝土及格柵鋼筋，鋪設邊墻防水板，澆筑邊墻二襯混凝土。

第四，邊墻二襯施工完成后保留二襯施工腳手架，邊墻二襯混凝土達到強度后拆除中隔壁與拱部連接部位初襯混凝土并保留型鋼支撐，破除拱部初襯混凝土，首段按5m長度進行破除，根據監控量測情況確定剩余部分分段破除長度。

第五，破除拱部二襯影響范圍內型鋼支撐初襯混凝土，鋪設防水板并施作拱部二襯混凝土。

4.現場監測

第一，沉降監測。依托精密水準儀和銦鋼尺的投放實現施工現場沉降監測，落實對施工現場地面變形情況的實時性觀測與掌握，確保結構長期穩定。第二，拱頂下沉及凈空收斂監測。依托天寶DINI03型精密水準儀及鋼掛尺的投放實現拱頂下沉量測，落實對各測點與基準點之間的相對高程差的確定，以此為基礎明確本次沉降值以及累計沉降值。依托坑道收斂計的投放實現凈空收斂，確定凈空變化值。第三，鋼筋應力監測。將鋼筋計串聯焊接在被測主筋上，安裝時應注意盡可能使鋼筋計處于不受力狀態，特別不應處于受彎狀態，將鋼筋計的導線逐段捆在臨近鋼筋上，引到地面的測試匣中，噴砼或二襯砼施作后，檢查鋼筋計的電阻值和絕緣情況，做好引出線和測試匣的保護措施[1]。第四，圍巖壓力監測。落實對壓力變化幅度的預測，并以此為基礎選定壓力盒量程。利用直接法進行選定壓力合的埋設，并應用初支噴砼或二襯灌注砼后12h的三次讀數的平均值作為接觸壓力測試初始值[2]。

三、大斷面淺埋暗挖隧道下穿既有線變位的控制與管理

1.變位分配控制流程

第一，勘測。在施工現場內組織勘測，確定出施工現場的地形地質條件、土層性質、水文條件等，評估既有結構現狀，初步確定施工方案。第二，預測。參考既有結構安全管理的各項指標，落實對施工方案的優化與完善；計算分項施工沉降值，預測各個工序實現其控制變位量的可能性；預測可能引發沉降的多種因素，設定防控措施。第三，監測。在施工期間組織落實對既有結構的監測，確定施工期間既有結構生成的所有變位值[3]。第四，對策。確定過度變位的產生原因，并設定針對性的應對措施。

2.即有線的監測

在本工程的施工階段，所設定的既有線沉降控制目標主要如下：五棵松地下通道下穿地鐵1號線長度為，西側車行通道20.2m，中間人行通道19.8m，東側車行通道19.856m，下穿段通道覆土厚度約13.102-17.9m。為確保地鐵運營及既有地鐵區間結構安全，嚴格設定了既有線安全運營限制標準，并在本工程中著力推行，要求既有地鐵區間結構沉降不低于3mm，上浮不低于2mm，既有地鐵區間結構變形縫兩端差異沉降不低于1mm；要求既有地鐵區間軌道下沉不低于3mm；要求在在實際施工期間以及施工完成后，始終保證既有地鐵區間的變形控制在限制標準值內[4]；為了總沉降值、差異沉降值、沉降速率都能夠在控制范圍內，設定預警值為最大值的70%、設定警戒值為最大值的80%，并要求在所有施工步序中進行分解、確保每一步序的沉降值都在控制指標內。

3.施工控制

3.1 通道下穿既有地鐵1號線區間的應對措施

第一，施工下穿段前先根據地鐵運營公司的要求對既有地鐵區間進行檢測、評估，確定各項變形控制標準。第二，通過施工下穿前的實驗段進一步確認地層情況、圓礫卵石層注漿效果、通道結構變形情況及地表沉降等數據，為下穿段提供各項施工參數[5]。第三，在下穿段施工設計圖階段、施工專項方案及監控量測專項方案編制階段，按地鐵運營公司下穿地鐵程序及特級風險源管理程序召開相關專家會充分論證，確保設計圖、施工方案各個細節滿足既有地鐵區間結構、運營安全及下穿段自身施工安全。第四，下穿既有線區間施工過程中，采用遠程自動化監測地鐵隧道、軌道結構變形，地表、洞內布設沉降量測點，監測數據應及時整理分析，對監測結果進行評價，用于指導施工。第五，通道下穿既有地鐵區間施工期間，設置的自動化監測項包括隧道結構沉降、走行軌結構沉降。第六，在實時監測期間，一旦發現結構變形達到超出預設預警值（即控制標準值的70%）的情況，則需要在第一時間調整施工方法；一旦發現結構變形達到超出預設警戒值（即控制標準值的80%），則需要在第一時間停止施工。

3.2 下穿既有線區間施工過程中的通道施工保護措施

第一，下穿段施工具有較大的風險性，施工前制訂具有針對性和可操作性的應急預案，施工過程中依據應急預案采取預防和加強措施，并對作業人員進行培訓和模擬演練。第二，開挖輪廓線外一定范圍內采用全斷面深孔注漿預加固地層，使圓礫卵石層固結穩定，同時提高地基承載力，對既有線形成有效支撐。全斷面深孔注漿效果是下穿段成敗的關鍵，在施工下穿段前通過注漿試驗段，確定成孔方式、漿液材料、注漿壓力等參數，確保注漿預加固地層的效果。第三，嚴格控制開挖步距0.5m；嚴格按下穿段施工步序順序施做。第四，施工中加強對既有線結構、軌道、通道結構及周邊地表沉降進行監測，并及時反饋指導施工。第五，調整施工工序，在下穿地鐵段初支施工完成后立即進行二襯施工。

結語

綜上所述，在結合施工現場以及既有結構實際情況確定出合理的大斷面淺埋暗挖隧道下穿既有線施工方案的基礎上，結合施工現場監測、變位分配控制、既有線監測等工作的強化落實，提升了大斷面淺埋暗挖隧道下穿既有線施工質量與安全性。