暗挖車站近距離側穿高層建筑物技術研究

文／張瀟丹 中鐵十四局 山東濟南 250000

1、工程概況

1.1 項目概況

廣渠門外站位于廣渠門外大街與廣和里中路交叉口南側，車站主體沿廣和里中路南北向設置。新建M17廣渠門外車站為島式車站，站臺寬16m，車站總長279m，標準段為兩層雙柱三跨結構，南端為三層雙柱三跨結構。采用暗挖洞柱法施工，車站兩端接礦山法區間。車站設置2組風井、風道，3個出入口和2個疏散口、1條換乘通道。

車站鄰近建筑物主要有廣渠家園24號樓、廣渠家園25號樓、光明小學（廣渠校區）、廣渠社區衛生服務中心、和平村1號樓、和平村4號樓、廣泉小區13號樓、廣泉小區14號樓。車站北端鄰近既有7號線車站，車站端墻結構外皮與既有M7廣渠門外站水平距離最小約7.8m，導洞與既有線最小距離約5.3m，為特級風險源。

1.2 水文地質情況

車站及廣泉小區14號樓三層段拱部位于粉質黏土③1層，車站兩層段拱部位于粉細砂④3層，車站底板位于中砂⑦1層和黏土⑦5層。

圖1 M17廣渠門外站地質剖面圖

車站范圍內地下水類型為：層間潛水（三）、承壓水（四）和承壓水（五)。

層間潛水（三）：主要分布于④3粉細砂層、④4細中砂、⑤1中砂層和⑤圓礫層中；水位埋深12.60～13.90m，水位標高在上層導洞底附近。

承壓水（四）：主要分布于⑥2黏質粉土層、⑥3細砂層、⑦2層粉細砂、⑦1層中砂及⑦層圓礫和⑦3層砂質粉土層。水頭埋深 16.45～17.80m，承壓水水頭標高4.4～11.95m，水位標高位于底板以上約11.4m。

承壓水（五）：主要分布于⑨2層細砂層和⑨4黏質粉土層中；水頭埋深20.00～20.58，水頭17.80～18.42m。水頭水位位于結構底板以上約7.8m。車站主要受層間潛水（三）、承壓水（四）、承壓水（五）影響。

1.3 車站臨近廣泉小區14號樓概況

廣泉小區14號樓建于2006年，地上28層，建筑物高81.1m，地下兩層，底板埋深約6.4m，為全現澆剪力墻結構。建筑物采用筏板基礎，基礎位于粉質黏土層，采用CFG樁，樁長16.5m，樁徑420mm，樁間距1.35m，樁長16.43m，建筑物側墻結構距離M17號線廣渠門外站降水導洞水平距離980mm，距離導洞拱頂5270mm，車站覆土約10.5m。拱頂處為中砂層。風險等級為一級。

圖2 M17廣渠門外站與廣泉小區14號樓位置關系平面圖

2、施工步續及措施

廣渠門外站采用8導洞PBA工法施工，由于車站東側及西側部分位置不具備地面降水條件，因此施工采用洞內及洞外降水相結合的方式。

車站采用洞內降水，站內上導洞兼做降水導洞，車站及3A橫通道部分采用封閉成環降水，保證施工前降水水位降至開挖面下1m，減少⑥粉質黏土層含水率，減小開挖過程中水土流失對沉降的影響；

車站PBA工法開挖主要施工步續：

開挖上層導洞和降水導洞并施作初期支護，降水導洞施做完成后打設降水井并敷設降水管線，待水位降至下層導洞開挖面以下0.5m，方可開挖下層導洞。

后退施作下邊導洞內樁下條基，下中導洞內施工底縱梁、底板、和底縱梁防水層。施工車站邊樁。中上導洞中施工鋼管柱人工挖孔。降水導洞內降水井施做完成，底部2m范圍內用C15混凝土回填。

中間導洞中施工鋼管混凝土柱（柱挖孔護壁與鋼管混凝土柱間空隙用砂填實），施工車站頂縱梁。

施工頂縱梁及回填，施工完成后進行進行車站扣拱開挖。

待主拱初支達到設計強度后，拆除永久結構斷面范圍內導洞格柵，施工主拱二襯、側墻和防水層，然后進行土方開挖，蓋挖逆作施工主體結構，直至車站主體結構全部完成。

車站的全過程施工對廣泉小區14號樓沉降造成影響，為減小車站施工對樓房結構的影響，車站鄰近廣泉小區14號采取如下加固措施：

（1）樓降水導洞采用全斷面深孔注漿加固，加固范圍為初支外2m；下導洞采用深孔注漿加固，加固范圍為初支外2m，縱向加固范圍48.5m。車站大拱拱部采用采用深孔注漿加固，加固范圍詳。注漿漿液采用水泥—水玻璃雙液漿，注漿壓力0.3～0.5Mpa，地層注漿加固后單軸抗壓強度應達到0.6～0.8Mpa。地層注漿加固后土體的滲透系數不小于1×10-6cm·s-1。為保證深孔注漿的成孔及所用漿液和注漿加固效果，注漿參數應根據現場試驗進行調整。注漿應連續均勻。注漿孔全部注完后，鉆2～3個孔對注漿效果進行檢驗，并取巖芯觀察漿液充填情況，對注漿的薄弱部位采用小導管重新補充注漿。

（2）導洞內設置邊樁，邊樁采用φ1000圍護樁，間距1.4m，邊樁施工時應采用間隔開挖，相鄰邊樁跳挖的最小施工凈距不得小于4.5m（隔二挖一）護壁混凝土采用150mm厚C30早強混凝土護壁,施工時護壁達到一定強度后（一般不小于12h）,方可拆模板繼續下一節施工，上層導洞底部開洞及下層導洞開洞部位采用洞口環形鋼筋加固。見圖3

圖3 M17廣渠門外站施工步續六

（3）車站導洞和車站開挖完成后及時封閉，并增強初支背后注漿，減少地層損失。

（4）嚴格控制開挖進尺，并減小開挖步距，加密格柵間距。

（5）施工期間加強監測，尤其是加強注漿壓力對建筑物結構的影響，并根據監測結果及時調整注漿壓力。

3、施工步續及措施

3.1 沉降理論計算

計算采用MIDAS GTS NX 2021建模計算，土體模態采用修正-摩爾庫倫，土層參數各項同性。

圖4 M17廣渠門側穿高層建筑物計算模型

圖5 下導洞開挖完成時沉降

圖6 上導洞開挖完成時沉降

圖7 初支扣拱時沉降

圖8 結構施做完成時沉降

表1 廣泉小區14號樓施工階段沉降情況

經過模擬分析計算，得出

（1）車站開挖完成后廣泉小區14號樓最大沉降16.99mm。經過計算建筑物傾斜最大值為0.0004。

（2）上導洞、下導洞開挖對建筑物影響較大，頂縱梁完成后，后期初支扣拱和二襯扣拱沉降變形基本穩定，車站大開挖對建筑物影響較小。

（3）隨時間位移會進一步發展，故在施工過程中要相關按規定做好監控量測。

3.2 現場實際沉降數據

（1）現場取用臨近14號樓位置車站上方橫剖面測點DB34數據（單位：mm）。見表2

表2 廣泉小區14號周邊地面沉降監測數據

（2）取臨近14號樓車站頂部DB-34-6、DB-34-7、DB-34-8、DB-34-9四個測點的沉降區間。

圖9 代表性監測點數據沉降

圖10 測點沉降書數據分析圖

上導洞、下導洞開挖過程中地面沉降較大沉降速率較大，下導洞完成到開始扣拱之間沉降較緩，初支扣拱后沉降緩慢發展。

圖11 廣泉小區14號樓監測點圖

（3）現14號樓建筑物南、北兩側傾斜分別是1.5‰、0.97‰，根據《建筑地基基礎設計規范》、《北京地區建筑地基基礎勘察設計規范》《城市軌道交通工程監測技術規范》，滿足設計及規范2‰要求，但已經接近規范要求。

3.3 施工前與施工后數據對比分析

（1）地面沉降理論計算量最大為-36.83mm，實際施工完成至今最大沉降量為-69.5mm，建筑物理論計算最大沉降為16.99mm，實際施工過程中最大沉降量為-43mm，實際施工較理論計算值大，通過分析發現，理算計算沉降量各階段分布較為均勻，實際施工過程中沉降發生主要集中在車站下層導洞施工期間。

（2）通過數據對比發現：在車站中部沉降最大，車站兩端沉降較小，臨近建筑物側沉降比另一端沉降大。

（3）通過地層縱向對比發現，上層導洞施工期間地層主要為粉細砂④3層，下層導洞拱頂主要位于⑥粉質黏土地層，沉降階段主要集中于下層導洞施工期間，上層導洞開挖、扣拱開挖及其他施工步續對地面及建筑物沉降較下層導洞影響相對較小，進一步印證北京東部地區粉質黏土等含水軟土地層沉降控制效果較差。

（4）上層導洞拱頂采用深孔注漿加固，沉降效果控制較好；下層導洞靠近廣泉小區14樓采用注漿加固及超前小導管注漿補強，注漿主要加固⑥粉質黏土層，受地層孔隙率影響注漿效果較差，未達到控制沉降的目的。

（5）車站導洞施工期間，下層四個導洞不具備整體受力能力，同時受到地層開挖擾動，因此無法起到對周邊土地及建筑物形成整體支護作用，開挖的斷面就成為凌空面。在土壓力的作用下，隧洞周圍的土體就會向隧洞內滑移，導致變形，從而引起周邊的結構物出現沉降現象，造成地面及建筑物沉降較大。

4、暗挖車站近距離側穿高層建筑物總結分析

（1）由于施工沉降期間主要集中在下導洞施工期間，地層為軟土地層，地層具有高含水率、大孔隙比、低強度和高壓縮性等特，同時具有觸變性和流變性，導洞開挖施工過程中土體擾動將出現大量沉降。因此施工前嚴格按照要求進行降水，保證滿足施工情況下，減少降水期間對地層及地面沉降的影響。

（2）八導洞洞樁法施工先上后下導洞施工，由于導洞上方土體已受到上導洞施工擾動，再進行下導洞施工時，將對上導洞上方土體及上導洞造成擾動，不利于地面、風險源沉降控制，因此在地面沉降控制標準較高時，應優先先下后上施工或采用四導洞洞內機械成樁法施工，減少下層導洞開挖對地面及周邊建筑物的影響。

（3）地面具備條件、或者采用洞內成樁方法采用隔離樁形式對建筑物和暗挖導洞進行隔離，通過隔離樁的受到的應力，防止周邊土地向車站導洞位移，使得滑移面抗剪力得以提升，樁身還能夠將側向壓力在傳遞的過程中阻止，使得樁后的土體不發生位移和變形，從而能夠對建筑物起到保護作用，有效的防止建筑物的沉降。

（4）精細化施工，地層加固措施需結合地層采取相應措施，如砂層宜采取深孔注漿、超前注漿等措施，黏土層則宜采取管幕、劈裂注漿等措施，結合本項目近距離側穿高層建筑物、正常段導洞施工經驗，砂層采取深孔注漿、黏土層采取管幕施工，利于建筑物沉降控制。

（5）做好施工期間的工程籌劃，合理安排施工步續錯距施工，減少施工過程中群洞施工對地面及周邊建筑的沉降影響。

（6）做好施工前對地層層的注漿加固，減小相鄰導洞施工過程中對建筑物的影響。加強施工過程中背后回填注漿，少量多次，減少開挖對地面的影響。

暗挖車站施工步續較為復雜，尤其是近距離側穿建筑物沉降控制比較困難，通過以上組合措施控制，可有效的減少地面及既有線內施工沉降，同時通過建模計算及對沉降監測曲線分析等結論分析，為后續類似施工提供了參考。