暗挖法穿越既有构筑物技术研究T52

浅埋暗挖法近距离穿越既有地铁构筑物

（区间与车站）关键技术研究1立项背景

近年来我国城市快速轨道交建设得到了迅速发展，逐步形成地下铁道网。在地铁网的建设中必然会遇到众多的节点车站（即换乘车站），仅北京市线网规划中节点车站就达118处，因此换乘车站的设计和施工通常是城市地铁建设中的难点和重点工程。

换乘车站的建设方式：A.同期建设—4、10号线黄庄车站B.前期建设预留如2、4号线西直门站C.穿越既有线施工,如崇文门、东单、宣武门站等显然,在以上3种建造方式中，显然是以穿越既有线结构的方式技术难度和风险最大。

序号新建线既有线穿越情况穿越类型最小间距/m152崇文门暗挖车站下穿地铁2号线区间下穿1.98021东单暗挖车站上穿地铁1号线区间上穿0.632雍~和暗挖区间穿环线雍和宫站下穿0.3442宣武门暗挖车站下穿2号线宣武门车站下穿1.951西单暗挖车站上穿1号线区间上穿0.5462西直门站改造（预留)

7101国双区间下穿1号线区间下穿1.245813北芍区间下穿13号线芍药居站下穿9.2159机场线13东直门站穿13号线东直门折返线下穿、侧穿0北京地铁在建线路近距离穿越既有地铁线工程汇总表

通常认为，当结构间距大于5.0m以后两者的影响就非常明显，即5.0m以下可以认为是小间距，上表中除穿越芍药居城铁站外，其他间距均小于2.0m，因此均为近距穿越。

隧道穿越既有线的主要形式:

依据新建隧道与既有线结构的位置关系可分为以下3种穿越形式：下穿既有线

上穿既有线

侧穿既有线

宣武武门门下下穿穿既既有有线线结结构构东单单站站上上穿穿既既有有线线结结构构崇文文门门联联络络通通道道侧侧穿穿既既有有线线结结构构在3种穿穿越越方方式式中中以以下下穿穿既既有有线线工工程程的的技技术术难难度度最最大大。。而而在在北北京京在在建建的的穿穿越越既既有有线线工工程程中中，，以以五五号号线线崇崇文文门门车车站站下下穿穿既既有有线线工工程程条条件件最最为为复复杂杂，，难难度度和和风风险险最最大大，，同同时时也也是是最最先先建建设设的的穿穿越越工工程程。。因此此本本课课题题重重点点以以崇崇文文门门车车站站作作为为工工程程北北京京开开展展研研究究工工作作，，并并在在该该工工程程建建设设中中进进行行本本成成果果的的应应用用。。以以五五号号线线东东单单车车站站作作为为上上穿穿既既有有线线的的工工程程应应用用。。北京京地地铁铁五五号号线线崇崇文文门门车车站站工工程程概概况况北京京地地铁铁五五号号线线崇崇文文门门车车站站和和东东单单车车站站隧隧道道穿穿越越工工程程的的规规模模之之大大、、条条件件之之复复杂杂以以及及控控制制标标准准之之高高是是国国内内外外罕罕见见的的，，其其中中崇崇文文门门车车站站以以24.2m××11.42m的大大断断面面下下穿穿既既有有环环线线地地铁铁结结构构，，结结构构最最小小间间距距仅仅为为1.98m；东东单单车车站站开开挖挖断断面面为为23.66m××9.87m，以以最最小小间间距距0.5m上穿穿既既有有地地铁铁一一号号线线区区间间。。在在如如此此复复杂杂的的环环境境下下实实现现施施工工过过程程中中的的安安全全运运营营，，其其风风险险性性非非常常之之大大。。崇文文门门车车站站的的主主要要技技术术难难点点：：崇文文门门车车站站是是重重要要的的换换乘乘车车站站，，在在整整个个交交通通线线网网中中具具有有不不可可替替代代性性。。施工工技技术术难难度度大大，，国国内内外外尚尚无无成成熟熟的的经经验验可可资资借借鉴鉴，，需需要要通通过过技技术术创创新新来来完完成成。。周围围环环境境及及其其复复杂杂，，而而且且地地处处交交通通要要道道，，一一旦旦出出现现工工程程环环境境事事故故，，将将造造成成非非常常恶恶劣劣的的社社会会影影响响；；如如果果造造成成既既有有线线结结构构破破坏坏迫迫使使环环线线地地铁铁停停运运，，将将使使整整个个北北京京地地铁铁交交通通瘫瘫痪痪。。在如如此此复复杂杂的的条条件件下下施施工工，，要要同同时时保保证证既既有有线线和和新新建建工工程程的的安安全全，，技技术术要要求求高高。。2主要要研研究究内内容容和和总总体体思思路路成功功穿穿越越既既有有线线结结构构，，要要解解决决好好以以下下关关键键问问题题：：A.保证证既既有有线线的的安安全全运运营营B.保证证施施工工过过程程的的安安全全C.监控控量量测测和和信信息息反反馈馈是是工工程程安安全全的的重重要要保保证证隧道道穿穿越越既既有有线线的的核核心心问问题题是是如如何何控控制制既既有有线线结结构构的的变变形形量量和和变变形形速速率率(防止止灾灾难难事事故故发发生生)，因因此此从从研研究究思思路路上上可可以以采采取取以以下下3种方方法法：：结构构托托换换，即即通通过过托托换换手手段段对对既既有有结结构构进进行行预预支支护护，，如如美美国国波波士士顿顿中中央央交交通通主主动动脉脉公公路路隧隧道道工工程程穿穿越越既既有有地地铁铁线线时时使使用用了了此此方方法法。。减小小开开挖挖断断面面，即即在在满满足足工工程程要要求求的的条条件件下下尽尽量量减减小小隧隧道道断断面面，，或或将将大大断断面面隧隧道道分分解解成成小小断断面面，，如如4号线线宣宣武武门门站站拟拟采采用用的的方方法法。。隧道道分分部部开开挖挖，即即将将大大断断面面隧隧道道分分多多次次开开挖挖完完成成，，从从而而减减小小对对既既有有结结构构的的扰扰动动和和变变形形，，如如5号线线崇崇文文门门车车站站、、东东单单车车站站以以及及穿穿越越雍雍和和宫宫车车站站所所采采用用的的方方法法。。安全全穿穿越越既既有有线线结结构构的的基基本本思思路路穿越越既既有有线线工工程程主主要要包包括括以以下下5个环环节节，，课课题题研研究究也也是是围围绕绕这这5个环环节节的的关关键键技技术术问问题题进进行行的的，，并并且且重重视视成成果果的的实实际际应应用用。。Ⅰ既有结构物的的现状评估和和安全性评价价。由此可确定出出既有结构的的沉降和变形形控制标准，，即既有结构构所能够承受受的极限变形形值。Ⅱ施工附加影响响的分析及施施工方法优化化。实际上为施工工方法以及辅辅助施工方法法的优化，并并且包括工法法的优化以及及细部优化（（如到洞开挖挖以及支护顺顺序等细节问问题）。Ⅲ过程控制方案案制定与实施施。考虑到隧道开开挖对地层影影响的时空效效应，依据地地层和结构的的变位分配原原理，初步拟拟定相应施工工方案下的既既有结构变形形及稳定性控控制方案并实实施。方案制定的依依据主要包括：既既往经验及资资料、数值模模拟及理论分分析、工程特特点等。Ⅳ施工过程监测测及信息反馈馈。基于信息化施施工的原理，，通过监测结结果与既定控控制方案的对对比，可及时时对施工方案案和控制标准准进行调整，，以及在必要要时对地层和和结构进行加加固，以达到到预期的目标标。加固地层—其作用是减小施施工对结构的的附加影响；；加固结构—其作用则在于提提高结构的抗抗变形能力。。Ⅴ工后评估及恢恢复方案制定定。无论采取怎样样的施工方案案和技术措施施，施工结束束后都会或多多或少地对既既有结构造成成影响，因此此待施工完成成后应对既有有结构的损坏坏状况进行检检测和评估，，并据此制定定恢复方案和和具体措施，，包括恢复的的必要性、恢恢复程度以及及工后沉降和和变形的预测测等。依据上述原理理和方法，在在浅埋暗挖法法穿越地铁结结构成功实践践的基础上，，目前已在北北京地铁施工工的环境安全全风险管理中中得到了推广广应用，取得得了很好的效效果。由此可可对地铁及城城市地下工程程施工的环境境控制提供直直接的指导，，从整体上提提高了信息化化施工的技术术水平。3课题技术成果果及其应用分析了穿越工工程中合理结结构间距的主主要影响因素素及评价方法法，并由此确确定了一般工工程条件下的的合理结构间间距。综合考虑列车车振动对新建建结构的影响响、夹层土体体变形对既有有结构沉降的的影响以及地地下空间的合合理利用等，，下穿越既有有线时结构间间距以2~3m为宜。（一）既有结结构的现状评评估与安全性性评价根据现状评估估结果，结合合施工过程中中可能发生的的沉降模式的的综合分析，，同时考虑到到列车运营条条件（竖曲线线、过超高等等）的要求，，最后以既有有隧道结构变变形缝处的最最大沉降量最最为控制指标标，控制标准准为不超过40mm，考虑到一定定安全储备，，将既有结构构的最大沉降降量控制标准准拟定为36mm。东单车站既有有线复八线的的上浮量控制制标准为12mm,考虑安全储备备后，最大上上浮量为10mm。东南施工场地地西北施工场地地崇文门车站周周边实景图平面图横剖面图西1.98m（二）地铁施施工的附加影影响分析及工工法优化针对大断面浅浅埋暗挖地铁铁车站常用的的中洞法、柱柱洞法和侧洞洞法对既有结结构沉降附加加影响进行分分析，由此实实现对施工方方法的优化。。施工方法的附附加影响分析析及优化，包包括工法的优优化和施工步步骤的细部优优化。既有环线区间隧道新建车站Ø600大管棚柱洞法中洞法侧洞法不同施工方法法的塑性区分分布柱洞法中洞法侧洞法综合既有结构构沉降以及塑塑性区范围的的影响分析，，可以得出以以下结论：柱洞法以最小的挖土土量，提供了了前期衬砌的的施作空间，，其永久衬砌砌结构施作最最早，支撑作作用发挥得最最早，所以对对土体沉降和和既有结构的的变位控制最最为有利，应应是穿越施工的的最佳方案。。导洞开挖顺序序的细部优化化1234123412341234方案Ⅰ方案Ⅳ方案Ⅱ方案Ⅲ既有结构分步步沉降预测结结果-40-35-30-25-20-15-10-50024681012141618施工步序累计沉降量（（mm）导洞贯通中洞顶层衬砌砌侧洞支撑侧洞贯通中洞衬砌侧洞衬砌中洞管幕施工工结束（三）环境风风险安全控制制方案的制定定和实施依据地层及结结构变为分配配的原理和方方法，拟定出出不同施工阶阶段的既有结结构变形控制制目标值，形形成控制方案案。φ600超前管幕◆设计参数φ600咬合管幕，钢钢管管径φ600mm，壁厚16mm，长度为36m。沿车站隧道道单层断面拱拱部布设一环环，钢管之间间采用10号槽钢和工10相互咬合（双双扣为槽钢，，单扣为工钢钢）。◆施工方法超前φ600管幕采用水平平液压钻孔顶顶管机施工，，施工时采用用先顶进后出出土的施工工工艺，钻头落落后钢管前端端10-15cm，该施工工艺艺能够有效的的控制地层沉沉降，其主施施工设备为液液压系统，施施工中振动和和噪音较小◆施工参数管幕布置在既既有环线区间间隧道和车站站拱顶之间，，距离车站初初支30cm。在钢管支座座施工完成后后，钢管内再再填充无收缩缩水泥砂浆，，用来提高钢钢管刚度。。钻孔顶管机施施工示意图φ600超前管幕现场钢管柱施施工（四）施工过过程中的监测测和控制与其他的暗挖挖地铁车站工工程相比，监监测工作的主主要创新点为为：采用先进的高高精度静力水水准自动化监监测系统，实实现了实时监监测和及时的的信息反馈；；采用光栅系统统对典型管棚棚进行了隧道道施工过程的的全过程实时时监测；对地铁列车振振动在地层中中的传播规律律进