地铁车站下穿既有地铁隧道的暗挖法施工1.pdf

工程实践 地铁车站下穿既有地铁 隧道的暗挖法施工 马锁柱陈浩 摘要：北京地铁5 号线崇文门车站( 大跨暗挖车站) 下穿既有运 营地铁隧道的施工在国内属首次。通过多次论证、试验探索及 工程实践，车站终于在满足既有线结构和运营安全的条件下顺 利完成。 关键词：地铁车站；暗挖法施工；既有地铁隧道；近距离交叉 1 工程概况 地铁5 号线崇文门站位于崇文 门路口下面，需采用暗挖法施工。车 站与既有地铁2 号线崇文门站东端 区间隧道立交，并从其下方穿过。新 建崇文门车站结构为双柱3 跨岛式 车站，车站总长度2 0 8 9m ，总宽度 2 4 2m 。车站施工的主要难点在于 基 一一一一 新建车站需要近距离( 1 9 8m ) 下 穿既有地铁环线区间隧道。其相互 位置关系见图1 。 2 工程地质与水文地质 2 。1 工程地质 地质勘察报告显示，由既有线 矩形隧道结构底板处白上至下地层 依次为：粉细砂层( 实际为回填的 一一。r 一一一一一一一t 一一一一一一一一 融积丁一话蕊对一 ll ：地铁环线区间隧道： 棚) 图1新建车站与既有线隧道的立交关系( 单位：m ) 马锁柱：中铁隧道集团有限公司北京指挥部，总工程师，高级工程师，洛阳4 7 10 0 9 m o d e r n u r b a n t r a n s i t 3 2 0 0 6 坝代堪市轨厦交匿 建筑垃圾) 、中粗砂层、卵石圆砾层、 中粗砂层、粘土层、粉质粘土层、中 粗砂层、粘土层、中粗砂层。 2 2 水文地质 潜水：水位标高为3 0 8 5m ，渗 透速率为6 0 10 _ 4 6 0 1 0 - 2 cm s ；承压水：水位标高为 2 1 3 3 2 3 7 2m ，渗透速率为6 0x 1 0 2 6 0 1 0 c m s 。 3 施工方案 崇文门车站下穿既有线的施工 方法采用暗挖法，主要步骤包括大 直径超前管幕( 棚) 支护、洞柱法施 作中洞、分层开挖法施作侧洞、跟踪 补偿注浆控制沉降、可控性注浆遏 制既有线结构沉降并使其有所抬升。 3 。1 总体施工步骤 总体施工步骤及说明见表1 。 3 2 管幕施工 崇文门车站下穿既有线的超前 支护采用6 0 0m m 钢管咬合管幕， 钢管管径6 0 0m m ，壁厚1 6m m ， 长度为3 6m 。管幕布置在既有环线 区间隧道和车站拱顶之间，距离车 站初支3 0c m ，沿单层车站隧道断面 拱部布设1 环。钢管之间采用1 0 # 槽 钢和1 0 # 工字钢相互咬合，环向间距 万方数据 地镘车站下穿既有地搜隧道的暗挖法施工马锁拄等 表1下穿既有线施工步骤 工程实践 序号施工步骤示意及说明序号施工步骤示意及说明 k ( 1 ) 按先后顺序开挖2 、3 、4 、5 导洞， 一囊释涟热 ( 1 ) 施作中洞6 0 0m m 超前管幕，共计 相邻导洞相互错开一倍洞距，导洞快 、1 4 根，在管幕上设变形测点。( 2 ) 跟踪 2速开挖封闭，及时回填注浆。( 2 ) 4 、5 1 形l 吖u 飞注浆管在管幕施工过程及施工完成后 导洞开挖加强初支刚度，与管幕刚性 跟踪注浆，及时固结被扰动土体，补偿 接触。( 3 ) 2 、3 导洞底部注浆加固地基， l 地层变形损失。( 3 ) 在开挖面进行全断 提高地基承载力。( 4 ) 初支拱脚及初支 臣岱 面注浆加固、改良土体，排水防水，进 环底部土体密贴，同时初支背后回填 9 ”一步补偿管幕施工引起的沉降。 注浆，初支与围岩密贴。 在4 、5 导洞施工钢管柱挖孔桩， 3 在2 、3 导洞内施作地粱，地梁与导 4 吊装钢管柱，对钢管柱进行支 洞之间采用工字钢、喷混凝土、级配 撑加固，钢管柱与桩孔之间空 隙采用工字钢、喷混凝土填充 沙砾回填密实，稳定地梁。 密实。 施作天梁，做好各种钢筋的甩筋预 ( 1 ) 开挖上部导洞之间既有线范围 5 埋工作，天梁和导洞之间支撑牢固， 6 之外两端7i n 土体，及时封闭成环 稳定天梁。 并回填注浆。( 2 ) 在天梁之间设置 拉压杆件。 ( 1 ) 施作两端中洞拱部二次衬砌。( 2 ) 厢 2 4 开挖上部导洞剩余土体，强化初支鬻盛翼荨镶舞窭嚣 7 并与管幕刚性接触，初支及时封闭 8 蚤i 跟踪注浆，及时固结被扰动土体， 补偿地层变形损失。( 2 ) 在开挖面成环，回填注浆使初支底部密实，完 篷盎 一g 进行全断面注浆加固、改良土体， 成中洞第一层开挖初支。( 3 ) 施工剩 余部分拱部衬砌，每组衬砌长度6。排水防水，进一步补偿管幕施工 m ，共施工4 组，完成既有线范围内 的中洞主体结构。 ( 1 ) 开挖侧洞第一层土体，加 强初支，与管幕刚性接触， 9 10 注浆改良初支地基，防止整 天梁两侧向上排管注浆，加 体沉降；( 2 ) 向管幕与既有线 固土体，隔离侧洞施工对中 之间土体排管注浆，补偿侧 洞范围既有地铁基础的影响， 洞开挖引起地层的松散变 形，填充空隙，限制既有线 抬升既有线结构。 中洞基础土体侧移，限制既 有线沉降变形。 1 1 开挖侧洞第二层、第三层土体，注 12 浆改良初支地基，防止整体沉降； 加强侧面土体排管注浆，补偿侧洞 分段拆除既有线下两端临时支撑， 开挖引起地层的松散变形，填充空施工侧洞二次衬砌，在管幕两端形 隙，限制土体侧移，有利于控制既 成刚性支座，为既有线下临时支撑 有线沉降变形。 的拆除提供更安全的保证。 ( 1 ) 分段开挖中洞剩余部分土体，完 13成车站初支闭合成环；( 2 ) 分段施 14 ( 1 ) 分段拆除临时支撑，施工侧洞衬 工中洞底板，车站衬砌形成框架， 砌；( 2 ) 施工中洞底板，完成车站整 整体受力体系形成。 体结构；( 3 ) 拆除天梁拉压杆。 坝代墟市轨眉交厦 3 2 0 0 6m o d e r n u r b a n t r a n s i t 万方数据 工程实践 中一中为7 2 5m m ，见图2 。 3 2 1 管幕施工工艺 采用同步液压干取土顶进管幕 的施工技术，其设备为水平液压钻 孔顶管机。该工艺可根据沉降控制 标准和地层情况，调整钻头与钢管 的相对位置，做到钻头超前或滞后 管幕。施工中发现大量石块、原木、 砖瓦甚至槽钢等建筑垃圾，均在管 幕内进行挖除处理。 3 2 _ 2 管幕施工沉降控制效果 在崇文门车站下穿既有线范 围，施工由2 8 根咖6 0 0m m 钢管咬 合的管幕，施工引起的地层沉降4 3 m m 。管幕施工完成后既有线结构累 计沉降变形见图3 。 3 3 跟踪补偿注浆 为了弥补施工过程中地层的 序努：瓷滴凌蠢” 既有线结构 沉降监测 既有线结构变 形缝沉降监测 既有线结构变 。形缝胀缩监测 走行轨结构 纵向变形监测 走行轨结构左 。 右水平变形监测 走行轨水平 ”距离变形监测 地镘车站下穿既有地搜隧道的暗挖法施工马锁拄等 表2既有线远程监测项目汇总 攀测缀器 静力水 准系统 静力水 准系统 测缝计 静力水 准系统 梁式倾斜仪 变位计 一 、鼗溯灏窭 施工关键期：1 次2 0 m i n 一般施工状态：1 次2 h 施工关键期：1 次2 0 m i n 一般施工状态：1 次2 h 施工关键期：1 次2 0 m i n 一般施工状态：1 次2 h 施工关键期：1 次2 0 m i n 一般施工状态：1 次2 h 施工关键期：1 次2 0 m i n 一般施工状态：1 次2 h 施工关键期：1 次2 0 m i n 一般施工状态：1 次2 h 变形损失，控制既有线结构的沉 降，施工中采用跟踪注浆对地层进 行补偿性注浆加固。补偿注浆管采 用袖阀管，以达到多次、快速注浆 的目的。 3 4 分步开挖进行初期支护、施 图2由咖6 0 0m m 钢管咬合的管幕示意( 单位：m m ) 皂 吕 遨 蜉 亡 嘣 g 宣 逝 蜉 士 瞄 作二次衬砌 整体方案采用中 洞法，先施工中洞再 施工侧洞。中洞施工 采用洞柱法( 先开挖 上、下对应的4 个彼此 独立的导洞，再施工 中洞永久衬砌结构， i _ _ 。_ 。 l 结构变形缝2 一，一掣! ：半。7 ：1 o 匈小7 08 0 妒瑚7 画。1 1 0 1 2 ( i 笙塑变墅堡j i 、 爿 ，7 。1 结构变形缝l r ， i _ 1 卜_ 左线左侧一左线右侧i 图3管幕施工引起既有线结构累计沉降变形 一，一e 19 1 啦- 川圳1 。2 1 1 抖一3 j 一2 二2 2 s z 一 一 ， 图4 通过注浆，既有线结构沉降得到遏制，并有所抬升的曲线 珍m o d e r n u r b a n t r a n s i t3 2 0 0 6 坝代墟市斩值交厘 臆测籍的 掌握施工期间既有线 结构变形情况 掌握施工期间既有线结 构变形缝沉降变形情况 掌握施工期间既有线结 构变形缝水平变形情况 掌握施工期间既有线 轨道结构纵向变形情况 掌握施工期间既有线轨道 结构左右水平变形情况 掌握施工期间既有线 轨道水平距离变形情况 然后在中洞衬砌的支撑下，开挖侧 同 并完成整个工程) ，见表1 中的图示。 3 5 沉降纠正注浆 在既有线下的中洞施工完成后， 为遏制既有线结构的沉降，对上方 既有线基础土体进行加固，在中洞 天梁两侧与初支结构之间进行注浆 加固并起抬升既有结构的作用，排 管布置图见表1 中序号9 图示，管幕 纵向长度为既有线结构外一外总宽 度及其两侧各1 2m 。 注浆历时1 个月，既有线结构均 匀抬升18m m ，见图4 。 3 6 监控量测 崇文门站下穿既有线段的监控 量测分为两个部分：一是针对新建 结构的施工监测；二是针对新建结 构上方正在运营的地铁2 号线区间 隧道结构及轨道结构的监测。 3 6 1 监测方案 对既有环线地铁进行全天候 的适时监控量测，采用d a m s 一 型智能分布式工程安全远程监测 系统，数据自动采集系统由电容感 应式静力水准仪、数据采集智能模 块、监控主机、管理计算机等构 成。远程监测项目见表2 。 ( 下转第4 4 页) o p 他 m 加 m 勰 万方数据 工程实践 4 3 量测点的埋设 ( 1 ) 地表沉降点的埋设。在坚 硬路面结构上打孔放入套管，再在 松软地层上直接打入咖2 2m m 、长 1 0 0c m 的圆头钢筋。接触网杆的量 测点可直接将膨胀螺栓在其上安设。 ( 2 ) 拱顶下沉监测点沿区间隧 道每1 0m 设1 个断面。 ( 3 ) 收敛量测测点布置在与拱 顶下沉测点同一断面上，每断面2 条 测线，埋设时要求尽量保持水平。 4 4 管理基准 在信息化施工中建立三级管理 标准，见表3 。 4 5 量测数据发生突变时的处理 对策 ( 1 ) 立即停止开挖掘进，对开 挖面采取加强支护措施。 ( 2 ) 立即上报项目部及铁路局 北京地铁5 号线下穿既有镘路的隧道施工孔保德 相关部门，由项表3三级管理标准 目总工组织技术管臻等缓曩管壤霞移曩 ，誊jj施警状态j 人员进行分析， u o u 3 可正常施工 制定相关措施， i i u n 3 u o 2 3 应注意，并加强监测 并将情况及时上 ”“ 报业主、监理和 注：为实测位移值；为允许位移值，1 5 “。 设计等有关单位。全，达到了预期的效果。 ( 3 ) 对地表道路和建筑物等实施工中有以下几点体会。 施日夜连续监控。 5 施工总结与体会 在采用帷幕注浆加固地层的前 提下，加强开挖支护过程中的质量 控制，包括对台阶长度及循环进尺 的控制，格栅拱脚的填实、及时回 填注浆。监控结果表明，穿越铁路 段累计地表最大沉降量为7 6m m ， 隧道初期支护完成后拱部沉降仅有 0 7m m ，从而保证了铁路运营安 ( 1 ) 帷幕注浆起到了对地层预 加固的作用，控制了土体变形，减少 了地表沉降。 ( 2 ) 初期支护的及早封闭、及 时进行回填注浆对控制地面沉降有 较大影响。 ( 3 ) 必须与有关各方密切配合 联系，使各项措施及时到位，严格控 制，降低穿越铁路施工风险。 收稿日期2 0 0 6 0 4 2 4 ( 上接第4 0 页) 远程监测范围为新建车站上 方10 0m 纵向长度范围内的既有 线结构。 3 6 2 既有线沉降变化曲线 崇文门车站下穿既有线结构施 工完成后，既有运营地铁环线区间 结构最终沉降值为1 6 7 5m m ( 最大 沉降值) ，设计沉降控制标准值为3 0 m m ，满足了既有线结构和运营安 全的要求。施工过程中既有线左线 垂向沉降曲线见图5 。 4 结束语 北京地铁5 号线崇文门车站下 穿既有运营地铁隧道的施工最终获 得成功，我们得到的最大体会是理 论、实践及信息化施工的成功结 合：施工前经过反复论证确定方 案，而在以后的施工过程中又发现 新的问题，在对反馈信息进行认真 分析后采用新的措施，解决新问题。 图5既有线左线垂向沉降曲线变化图 珍m o d e r n u r b a n t r a n s i t3 2 0 0 6 坝代