小間距淺埋暗挖工法在地鐵車(chē)站鄰近施工中的應(yīng)用

嚴(yán)一清　郭玲

摘 要：為實(shí)現(xiàn)更好的服務(wù)功能，鄭州地鐵5號(hào)線(xiàn)京廣南路站選用了端頭廳車(chē)站方案，因此在車(chē)站中部的站臺(tái)層須以小間距隧道下穿的方式通過(guò)即有的京廣南路隧道，在鄭州尚缺少較大斷面的淺埋暗挖隧道的地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，而本站更具有周邊環(huán)境復(fù)雜、超淺埋、隧道間距小、小凈距下穿的特點(diǎn)，結(jié)合類(lèi)似案例的設(shè)計(jì)及施工經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)整個(gè)施工過(guò)程的關(guān)鍵點(diǎn)分析和數(shù)值分析，采用了以超前大管棚減隔土體受到的擾動(dòng)、加固中夾土、加大初支及二襯斷面并選用CRD工法施工，使工程順利付諸實(shí)施，可為類(lèi)似工程提供參考。

關(guān)鍵詞：環(huán)境復(fù)雜；小間距隧道；小凈距下穿；淺埋暗挖

中圖分類(lèi)號(hào)：U231.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）09-0077-04

地鐵工程處于城市復(fù)雜環(huán)境條件下，周邊建、構(gòu)筑物眾多，常需要進(jìn)行鄰近施工，常用工法有明挖法、盾構(gòu)法、淺埋暗挖法；淺埋暗挖工法避免了明（蓋）挖法對(duì)地表的干擾，較盾構(gòu)法具有更強(qiáng)的適應(yīng)性和靈活性，越來(lái)越多地應(yīng)用于城市地下工程建設(shè)中，為了保證施工安全及即有結(jié)構(gòu)物的正常使用，設(shè)計(jì)中需要考慮馬頭門(mén)設(shè)計(jì)、超前支護(hù)選取、即有結(jié)構(gòu)物防護(hù)、施工工藝比選、沉降控制等一系列復(fù)雜問(wèn)題。

有關(guān)淺埋暗挖鄰近施工的資料文獻(xiàn)很多：如王夢(mèng)恕院士通過(guò)計(jì)委大樓地下停車(chē)場(chǎng)工程案例（12.9m×9.35m，覆土3m，洞間距4.7m，距計(jì)委大樓約12m），詳述了工法選取、臺(tái)階長(zhǎng)度及洞室封閉早晚對(duì)沉降及水平位移的影響、采用注漿加固中夾土柱及迎大樓側(cè)土體，以CRD工法施工[1]；孔恒、宋克志通過(guò)北京地鐵5號(hào)線(xiàn)區(qū)間零間距下穿2號(hào)線(xiàn)雍和宮站工程，論述了新建隧道與即有隧道間夾層土厚度的影響，受車(chē)站埋深影響選用了零間距下穿方式，該工程使用輻射井降水，以?xún)?yōu)選的HSC漿液預(yù)加固擬穿越的肥槽段，采用CRD工法施作[2]；孔恒、宋克志在北京地鐵4號(hào)線(xiàn)西直門(mén)站-動(dòng)物園站區(qū)間下穿西直門(mén)橋墩（擴(kuò)大基礎(chǔ)，橋基下12m正穿）工程中，以數(shù)值分析模擬優(yōu)選施工方案指導(dǎo)施工監(jiān)測(cè)指標(biāo)，采用對(duì)橋基加固、全斷面前進(jìn)式超前深孔注漿，并以CRD工法施作[2]。

通過(guò)文獻(xiàn)資料對(duì)比，淺埋暗挖的下穿施工因結(jié)構(gòu)物形式、周邊環(huán)境、地層、水位等條件差異，其方案重難點(diǎn)不同，應(yīng)對(duì)措施也不盡相同。下穿市政干路隧道，在保證自身施作安全的前提下仍需保障即有隧道、干路及路下管線(xiàn)的安全、正常使用，需要根據(jù)工程實(shí)際情況解決一系列難題，才能保證順利實(shí)施。

京廣快速路是南北貫穿鄭州中心城區(qū)的快速通道，是緩解中心城區(qū)交通壓力的重要道路，在航海路口處以下穿隧道形式通過(guò)，路口周邊交通繁忙，房屋眾多，管線(xiàn)復(fù)雜。為實(shí)現(xiàn)更好的服務(wù)功能，地鐵5號(hào)線(xiàn)京廣南路站選用端頭廳車(chē)站方案跨路口設(shè)置，中部站臺(tái)層以小間距隧道下穿即有快速路隧道，設(shè)計(jì)方案采用了在較強(qiáng)的超前支護(hù)的保護(hù)下以CRD工法施作，加強(qiáng)初支及二襯強(qiáng)度并加固中夾土的措施，有力的保證了工程安全，經(jīng)施工單位精心配合，保障了施工的順利進(jìn)行和周邊環(huán)境安全。

1 工程概況

鄭州市地鐵5號(hào)線(xiàn)京廣南路站位于市政主干道——京廣路與航海路交叉口路下，沿航海路東西向設(shè)置；京廣南路路下設(shè)有新建市政快速路隧道，周邊為住宅、大學(xué)、商業(yè)綜合體、飯店及長(zhǎng)途車(chē)站。車(chē)站總平面圖及與即有隧道相對(duì)關(guān)系詳見(jiàn)圖1-圖3。

受地面交通疏解寬度及管線(xiàn)遷改影響，西端頭廳退開(kāi)即有隧道較遠(yuǎn)。擬建暗挖段總長(zhǎng)40.2m，隧頂埋深約15.8m，與即有隧道間夾層土厚約3m，中部設(shè)一道聯(lián)絡(luò)通道。即有隧道節(jié)段長(zhǎng)38m，節(jié)間設(shè)沉降縫，距本結(jié)構(gòu)較近的沉降縫在擬建隧道北側(cè)初支外邊緣附近。

2 工程地質(zhì)、水文條件

暗挖穿越市政隧道處地面高程約105.9m，暗挖段頂、底緣標(biāo)高約在90.0m及80.8m，主要穿越地層為③34黏質(zhì)粉土（Q3al）、③22粉質(zhì)黏土（Q3al）、③35黏質(zhì)粉土（Q3al），巖土施工工程分級(jí)除粉砂外均為Ⅱ級(jí)。其余上覆及下臥土層主要為第四系上更新統(tǒng)（Q3）粉質(zhì)黏土、黏質(zhì)粉土局部夾粉砂。各土層特性如下：

③34黏質(zhì)粉土（Q3al）：褐黃色，稍濕，密實(shí)。局部夾粉砂薄層，稍濕、稍密～中密。

③22粉質(zhì)黏土（Q3al）：黃褐色、局部紅褐色，可塑～硬塑，切面有光澤。局部夾黏質(zhì)粉土，濕，密實(shí)。

③35黏質(zhì)粉土（Q3al）：黃褐色，濕，密實(shí)。局部夾粉質(zhì)黏土薄層，黃褐色，可塑。

車(chē)站附近無(wú)河流分布。詳勘期間，穩(wěn)定地下水位埋深介于20.1～21.2m（水位高程約84.5～85.8m），地下水類(lèi)型為第四紀(jì)松散巖類(lèi)潛水。地質(zhì)縱斷面詳見(jiàn)圖4，地層參數(shù)表詳見(jiàn)表1。

3 項(xiàng)目實(shí)施重難點(diǎn)分析及應(yīng)對(duì)措施：

城市地下工程具有以下主要特點(diǎn)：地質(zhì)條件差；周邊環(huán)境復(fù)雜；結(jié)構(gòu)埋深淺；與鄰近結(jié)構(gòu)相互影響；圍巖穩(wěn)定性不易判斷[2]。擬建隧道上覆土僅厚3m，覆土上方為快速路隧道及其4.5m覆土，地面為干道交叉口，結(jié)構(gòu)物及道路重要性高、車(chē)流量大，不宜進(jìn)行交通管制，路下管線(xiàn)眾多，即有隧道考慮為一級(jí)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源，各管線(xiàn)考慮為三級(jí)風(fēng)險(xiǎn)源。項(xiàng)目重難點(diǎn)考慮如下：

（1）超前支護(hù)選取：超前支護(hù)對(duì)工程的安全性及造價(jià)的影響較大，即有結(jié)構(gòu)物重要性高、風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)高，夾層土厚度僅3m，對(duì)于減隔上部行車(chē)振動(dòng)有利，但覆跨比約在0.3，自成拱能力不足，需要較強(qiáng)的超前支護(hù)。

超前大管棚可以隔斷地層位移向地表傳遞，將沉降曲線(xiàn)變的平緩，減少地層沉降，且增加其長(zhǎng)度時(shí)，可以明顯減少地層沉降，于是將超前支護(hù)選為超前大管棚（φ=108、t=6mm，環(huán)向間距0.3m，拱部120°設(shè)置），管棚間隙加設(shè)小導(dǎo)管（φ=42×3.5超前小導(dǎo)管，L=3.5m，環(huán)x縱間距0.3×1.5m）進(jìn)一步穩(wěn)固土體。結(jié)合車(chē)站內(nèi)部構(gòu)造，東端頭廳接口位置可以在初支外側(cè)預(yù)留約300mm的打設(shè)空間，管棚設(shè)置為自東向西一次打設(shè)。

然而，暗挖段長(zhǎng)度約40m，且需要穿越遺留的諸樁，一次性通長(zhǎng)打設(shè)大管棚的精度難以保證；經(jīng)考慮，大管棚自東端頭廳打設(shè)至即有隧道西側(cè)遺留圍護(hù)樁即可，而西端頭廳與即有隧道間夾土寬度約9m，擬建隧道頂部覆土約15.8m，覆跨比1.6，條件較好，改用雙排超前小導(dǎo)管防護(hù)，與大管棚的搭接段應(yīng)不小于2m。

（2）即有結(jié)構(gòu)物防護(hù)：需防護(hù)的主要結(jié)構(gòu)物是即有隧道及各種管線(xiàn)，其中即有隧道在擬建隧道北側(cè)拱墻外邊緣處設(shè)有一道沉降縫，主要管線(xiàn)為軍用光纜、DN800雨水管、DN800給水管、DN500污水管。即有隧道的監(jiān)測(cè)控制值：豎向位移：<20mm，變化速率：<2mm/d；各管線(xiàn)：豎向位移：<20mm，變化速率：<2mm/d，差異沉降：<0.003Lg（Lg為管節(jié)長(zhǎng)度）。端頭廳施工時(shí)擾動(dòng)已開(kāi)始，沉降控制在明挖基坑階段就應(yīng)介入，暗挖結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)先前的監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行合理的修正。

為更有效的控制沉降，將控制值細(xì)分，對(duì)即有隧道，豎向位移：<20mm，其中明挖基坑施工時(shí)<10mm，暗挖段施工時(shí)<10mm；對(duì)各管線(xiàn)：豎向位移：<20mm，其中明挖基坑施工時(shí)<10mm，暗挖段施工時(shí)<10mm。

明挖基坑階段，采用了如下措施：1）與即有隧道兩側(cè)緊鄰的端頭廳結(jié)構(gòu)段采用分層、對(duì)稱(chēng)開(kāi)挖，避免其受到不平衡的土側(cè)壓力；2）首道支撐使用砼支撐；3）采用大剛度的圍護(hù)樁；4）測(cè)點(diǎn)及監(jiān)測(cè)頻度均加密；如發(fā)現(xiàn)位移超限、發(fā)展過(guò)快時(shí)應(yīng)有加密支撐、追加支撐道數(shù)、注漿加強(qiáng)等應(yīng)急預(yù)案、應(yīng)急物資儲(chǔ)備。

暗挖段施工階段，采取了如下措施：1）優(yōu)選支護(hù)及結(jié)構(gòu)形式并采用沉降較小的工法。2）強(qiáng)調(diào)對(duì)沉降影響較大的施工細(xì)節(jié)：掌子面留核心土開(kāi)挖，快挖不超挖，每次進(jìn)尺0.5m，并快支、快閉合；注意拱腳、鋼架連接處是否密實(shí)，如超挖則應(yīng)回填密實(shí)，并墊鋼板或木板，鎖腳錨管的施作應(yīng)及時(shí)、到位，噴砼后及時(shí)進(jìn)行后背填充注漿；3）若開(kāi)挖面要暫停，工作面須臨時(shí)封閉，采用錨噴支護(hù)；4）加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，準(zhǔn)備應(yīng)急預(yù)案及物資。

降水控制：由于暗挖段較短，且需在車(chē)站主體結(jié)構(gòu)基本完成后才能開(kāi)展施工，考慮共用車(chē)站明挖基坑的降水井，在隧道兩端的車(chē)站接口段處各設(shè)三個(gè)降水井，明挖基坑時(shí)啟用1-2處，施工暗挖段前，根據(jù)水位監(jiān)測(cè)及即有隧道監(jiān)測(cè)結(jié)果合理調(diào)整措施。

（3）沉降控制：土體的沉降及變形直接影響著鄰近建、構(gòu)筑物的變形量及安全性，隨著周邊環(huán)境的復(fù)雜化，對(duì)沉降的控制值就會(huì)更加嚴(yán)格，對(duì)平交道口的地面監(jiān)測(cè)控制值：豎向位移：<20mm，變化速率：<2mm/d。

為減少地層沉降，正洞隧道選用了對(duì)沉降控制較好的CRD工法，并以較長(zhǎng)的超前支護(hù)限制掌子面前方先行沉降；開(kāi)挖時(shí)留核心土并快挖、快支、快閉合，限制地層的變形時(shí)間，減少對(duì)地層的擾動(dòng)程度。聯(lián)絡(luò)通道在比較了臺(tái)階法及CD法后選用了CD工法。

（4）中夾土柱保護(hù)：隧道間距小，施工過(guò)程中兩隧洞間的中夾土經(jīng)受多次擾動(dòng)，密實(shí)性將會(huì)變差，導(dǎo)致兩隧洞相鄰側(cè)的墻體上受到的土壓力偏大，土體的穩(wěn)定性也會(huì)大幅下降，處理不當(dāng)易發(fā)擾動(dòng)塌方；后行隧道施工時(shí)會(huì)引起先行隧道偏壓，對(duì)其受力不利，也會(huì)引起先行隧道發(fā)生更大的變形。

參考類(lèi)似案例后，經(jīng)研究考慮，采用了以下方式：1）在拱腰處使用水平傾斜45°的超前導(dǎo)管加強(qiáng)[3]；2）拱頂大管棚外側(cè)加設(shè)雙排超前小導(dǎo)管至拱頂150°范圍；3）先行隧洞完成二襯后再施作后行洞；4）適當(dāng)加大初支及二襯的剛度抵抗地層變形，正洞選用了300厚C25噴砼初支，500mm厚C35模筑砼二襯。中夾土加固示意詳見(jiàn)圖5。

（5）馬頭門(mén)設(shè)計(jì)：明暗挖結(jié)合處及開(kāi)設(shè)聯(lián)絡(luò)通道位置，開(kāi)挖時(shí)周?chē)馏w被多次擾動(dòng)，易出現(xiàn)塌冒事故引起較大的結(jié)構(gòu)變形和地面沉降，同時(shí)馬頭門(mén)處的防水施工困難，破樁時(shí)易遭破壞且補(bǔ)救困難，是設(shè)計(jì)及施工的重點(diǎn)部位。

大管棚須在接口端墻處打設(shè)，受限于車(chē)站內(nèi)部布置，僅在東端頭廳預(yù)留了330mm作為打設(shè)管棚的工作空間；在端墻接口開(kāi)孔部位加設(shè)拱部環(huán)梁及底板橫梁，以保證端墻受力需求；接口采用了上半斷面后澆，下半斷面預(yù)留接駁器的方式進(jìn)行銜接，以免底板下沉過(guò)多，同時(shí)在防水圖冊(cè)中完善了該節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)。

正洞馬頭門(mén)的施工主要包括三個(gè)步驟：超前支護(hù)打設(shè)，圍護(hù)樁鑿除及馬頭門(mén)進(jìn)洞階段初支架立；拆樁時(shí)時(shí)應(yīng)采用擾動(dòng)較小的方式，并間隔拆除，拆除時(shí)必須考慮掌子面土體的穩(wěn)定性，應(yīng)按洞室施工需要分次拆除，進(jìn)洞處的鋼架密排布置，上臺(tái)階破樁進(jìn)洞1D后封閉掌子面，然后進(jìn)行下臺(tái)階鑿樁及進(jìn)洞施作。

聯(lián)通道處的馬頭門(mén)施工步驟主要為：在正洞開(kāi)口處兩側(cè)加設(shè)臨時(shí)型鋼支架，打設(shè)超前小導(dǎo)管后密排初支進(jìn)洞按CD法施工。馬頭門(mén)處預(yù)留及加強(qiáng)做法見(jiàn)圖6、圖7。

此外，正洞的初支鋼架在馬頭門(mén)兩側(cè)加密設(shè)置，馬頭門(mén)及鄰近的2m結(jié)構(gòu)段的二襯主筋間距由150mm加密至100mm；在施工中應(yīng)特別注意對(duì)防水接槎的保護(hù)。

（6）土層中遺留有大量樁體，影響超前支護(hù)打設(shè)及正常的施工流程，使得施工復(fù)雜化。

密排樁處破拆方式參照馬頭門(mén)處施作；獨(dú)樁處控制擾動(dòng)拆除即可，如開(kāi)挖面要暫停，工作面須采用網(wǎng)噴支護(hù)臨時(shí)封閉；各破樁處初支鋼架均密排加強(qiáng)；如少數(shù)大管棚遇到臨時(shí)立柱樁難以繼續(xù)施作，后續(xù)開(kāi)挖時(shí)應(yīng)以雙排超前小導(dǎo)管補(bǔ)強(qiáng)。

（7）明挖主體施工期間，區(qū)間工籌調(diào)整為本站兩端盾構(gòu)始發(fā)，暗挖施作及區(qū)間盾構(gòu)施作均在車(chē)站明挖主體施工基本完成后進(jìn)行，須進(jìn)行妥善安排。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)狀況，前、后站的施工進(jìn)度不同，經(jīng)與施工單位對(duì)接商討，在兩個(gè)端頭廳均開(kāi)設(shè)8m×5m的出土孔，盾構(gòu)始發(fā)可與暗挖錯(cuò)開(kāi)端頭廳施作，必須同廳施工時(shí)，可以錯(cuò)開(kāi)左右線(xiàn)施作，以避免相互干擾。

4 設(shè)計(jì)方案介紹

4.1 隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

經(jīng)研究調(diào)整，斷面尺寸及車(chē)站方案得以穩(wěn)定，擬建隧道頂部埋深約15.8m，與即有隧道間的夾層土厚度約3m，斷面寬9.80m，高9.25m，開(kāi)挖面積約75m2；橫向聯(lián)絡(luò)通道寬5.88m，高5.75m，開(kāi)挖面積約28m2。最終擬定的斷面詳見(jiàn)圖8。

4.2 施工工藝比選

根據(jù)斷面尺寸，正洞擬采用三層六洞的CRD工法，該劃分方式，常見(jiàn)以下兩種施作順序（圖9），經(jīng)分析，方式1為先后開(kāi)挖左、右半幅洞室，主要目的是變大跨為小跨，原理上偏向于CD工法；方式2重在步步封閉，上方洞室封閉后，能有效的支撐拱頂，減少開(kāi)挖下部洞室時(shí)的豎向群洞效應(yīng)，對(duì)沉降的控制更佳。使用MIDAS GTS做簡(jiǎn)化模型計(jì)算比較時(shí)（圖10），計(jì)算結(jié)果也印證了該分析；因此，設(shè)計(jì)方案中選用了方式2。

4.3 地層結(jié)構(gòu)模型計(jì)算

為進(jìn)一步了解即有隧道的變形規(guī)律，進(jìn)行了二維的地層-結(jié)構(gòu)模型分析，土層參數(shù)及厚度按勘察資料取值，即有隧道等效為I型截面梁。計(jì)算模型及結(jié)果詳見(jiàn)圖11、圖12。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，由于即有隧道的剛度較大，各位置處的位移都不大，其位移差也很小，如能夠按照設(shè)計(jì)方案正常施作，應(yīng)當(dāng)可以滿(mǎn)足其位移控制需求。

5 工程實(shí)施及效果

5.1 主要施工步驟

主要施工步驟為：超前支護(hù)打設(shè)、洞室分步開(kāi)挖、先后施工左右線(xiàn)正洞、施工聯(lián)絡(luò)通道，見(jiàn)圖13。

5.2 實(shí)施效果

車(chē)站暗挖段施工自2017.04.02開(kāi)始，2017.11.26結(jié)束，歷時(shí)約8個(gè)月，施工單位基本能夠按照設(shè)計(jì)方案實(shí)施，根據(jù)施工單位提供的監(jiān)測(cè)紀(jì)錄，施工過(guò)程中，支護(hù)變形、即有隧道沉降、地面沉降等各值均較小，掌子面通過(guò)后的沉降后續(xù)發(fā)展也不大。

經(jīng)整理監(jiān)測(cè)結(jié)果，暗挖施做期間，即有隧道最大沉降量為6.25mm（東北側(cè)邊墻沉降縫處）、5.92mm（西南側(cè)邊墻處）、5.94mm（兩洞間中墻處），自聯(lián)通道開(kāi)挖至施工結(jié)束共增加0.37mm，至2018年1月底僅再增加0.04mm，已趨于收斂，沉降縫兩側(cè)結(jié)構(gòu)沉降差約1.5mm；各管線(xiàn)最大沉降值為4.85mm～5.86mm不等；較好的完成了暗挖段施工。

6 結(jié)論與體會(huì)

根據(jù)以上論述及施工反饋，可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論和認(rèn)識(shí)：

（1）“管超前、嚴(yán)注漿、短開(kāi)挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)”是進(jìn)行淺埋暗挖設(shè)計(jì)及施工的有力指導(dǎo)方針；合理選擇支護(hù)形式及工法；嚴(yán)控對(duì)施工質(zhì)量影響較大的關(guān)鍵點(diǎn)如快挖、快支、快封閉、注意拱腳保護(hù)、及時(shí)回填注漿等，同時(shí)應(yīng)密切關(guān)注各監(jiān)測(cè)數(shù)值，才能保證工程安全、順利實(shí)施。

（2）城市淺埋暗挖隧道往往伴隨鄰近施工，應(yīng)充分考慮各風(fēng)險(xiǎn)因素的合理處治措施以確保安全。本次設(shè)計(jì)針對(duì)小間距隧道及小凈距下穿的特點(diǎn)，從多方面分析入手，采用了在較強(qiáng)的超前支護(hù)、加強(qiáng)初支及二襯強(qiáng)度、加固中夾土的措施，以CRD工法施作，經(jīng)施工檢驗(yàn)，各項(xiàng)措施有效的保障了施工的安全、順利進(jìn)行。

（3）由于即有結(jié)構(gòu)物控制要求高，且缺少地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)中的超前支護(hù)、初支、二襯均選取了較強(qiáng)的措施，并順利實(shí)施，但仍有一定的優(yōu)化余地，與新建隧道剛度大，整體性及市政干道限制重車(chē)通行都有一定的關(guān)系，設(shè)計(jì)中應(yīng)結(jié)合具體的邊界條件進(jìn)行綜合考慮及優(yōu)化。

（4）本次設(shè)計(jì)的馬頭門(mén)接口同時(shí)存在環(huán)向、水平向及豎向施工縫，設(shè)計(jì)及施工復(fù)雜，也不利于防水的施作，西端頭廳的接口不考慮管棚打設(shè)空間，可優(yōu)化為僅在端墻處的豎向接口。

（5）經(jīng)查詢(xún)更多類(lèi)似案例，中夾土柱的加固應(yīng)當(dāng)可優(yōu)化為僅在先行洞中加固一次即可。

（6）經(jīng)施工單位反饋，聯(lián)通道的工法偏保守，應(yīng)當(dāng)可以采用正臺(tái)階法更快更便捷的完成。

參考文獻(xiàn)

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