大斷面淺埋暗挖隧道下穿既有線施工技術(shù)探討

孔德飛

（北京建工集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京 101100）

一、項(xiàng)目概述

本工程為北京五棵松地下停車庫工程南側(cè)過街通道。通道共計(jì)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(qū)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(yī)院在建門診樓地下停車庫。西側(cè)通道由北側(cè)停車庫B2層引出，南端接入301醫(yī)院新建門診樓B4層；中間人行通道由北側(cè)停車庫B2層引出，南端接入301醫(yī)院新建門診樓B2層；東側(cè)車行通道由北側(cè)停車庫B3層引出，南端接入301醫(yī)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(cè)車行通道距中間人行通道95.25m；中間人行通道距東側(cè)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(jìn)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(qiáng)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(dòng)能夠始終保持在允許范圍內(nèi)，維護(hù)掌子面的穩(wěn)定性，避免發(fā)生施工質(zhì)量問題、施工安全問題等等?，F(xiàn)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(jìn)一步細(xì)化出PBA法、CRD法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、中洞法、側(cè)洞法、柱洞法等等。

2.數(shù)值建模與參數(shù)選取

結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際施工條件，確定出可行的施工方法，包括雙側(cè)壁導(dǎo)坑法及CRD法、中洞法，并分別落實(shí)建模計(jì)算，最終選定更為合適的施工方案。實(shí)踐中，主要在BIM軟件或是同類功能軟件內(nèi)搭建起基于不同施工技術(shù)方案的工程項(xiàng)目三維模型。在此基礎(chǔ)上，參考《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010-2010）中的內(nèi)容，結(jié)合施工現(xiàn)場巖土工程勘察報(bào)告，落實(shí)對項(xiàng)目施工現(xiàn)場各層及結(jié)構(gòu)物理力學(xué)參數(shù)的確定。在本工程中，所應(yīng)用到的各地層及結(jié)構(gòu)物理力學(xué)參數(shù)主要包括本構(gòu)模型、土層厚度、彈性模量、密度、內(nèi)摩擦角以及摩擦系數(shù)；需要針對素填土、砂質(zhì)巖泥、砂巖、即有基礎(chǔ)、二襯、錨桿、初期支護(hù)以及鋼管柱這些地層或是結(jié)構(gòu)的物理力學(xué)參數(shù)進(jìn)行確定。例如，素填土的本構(gòu)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(nèi)摩擦角為28°，內(nèi)聚力為0.08MPa，摩擦系數(shù)為0.45；砂質(zhì)巖泥的本構(gòu)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(nèi)摩擦角為32°，內(nèi)聚力為0.66MPa，摩擦系數(shù)為0.37；即有基礎(chǔ)的本構(gòu)模型為彈性模型，彈性模量為25GPa，密度為2.4t/m3，摩擦系數(shù)為0.2；二襯的本構(gòu)模型為彈性模型，彈性模量為30GPa，密度為2.5t/m3，摩擦系數(shù)為0.21。相應(yīng)數(shù)據(jù)信息在施工現(xiàn)場巖土工程勘察報(bào)告內(nèi)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(jié)構(gòu)累計(jì)沉降等數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬計(jì)算、對比分析，結(jié)果表明，使用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法及CRD法所產(chǎn)生的階段性開挖最大沉降量、既有結(jié)構(gòu)累計(jì)沉降值更小，土體沉降槽情況相對理想，施工期間的周邊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較好，因此在本次施工中更適合選用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法及CRD法。

3.施工方法選取

3.1 總體施工順序

根據(jù)設(shè)計(jì)原則，結(jié)合類似工程的施工經(jīng)驗(yàn)，在本項(xiàng)目工程的過程既有線段初襯結(jié)構(gòu)施工中，主要選取了“深孔預(yù)注漿加固地層+雙側(cè)壁導(dǎo)坑法及CRD法”施工方案?？傮w施工順序設(shè)定如下：全斷面注漿加固結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)及周邊土體；按施工步序進(jìn)行導(dǎo)洞的初襯施工；初襯背后注漿；按二襯施工步序進(jìn)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(cè)及東側(cè)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(dǎo)洞形式，采用淺埋暗挖雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工。下穿地鐵全斷面注漿加固完成后，先施工1#導(dǎo)洞初襯，直至1#導(dǎo)洞下穿地鐵段初襯全部完成，然后再施工2#導(dǎo)洞初襯，2#導(dǎo)洞初襯完成后施作二襯中墻，二襯中墻施作完畢后進(jìn)行3#、4#導(dǎo)洞下穿地鐵段初襯施工，3#、4#導(dǎo)洞初襯施工時(shí)錯(cuò)開最小距離10m。初襯施工過程中嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙施工步序及臺(tái)階法施工，待通道下穿地鐵段初襯結(jié)構(gòu)全部施工完畢后進(jìn)行下穿地鐵段二次襯砌結(jié)構(gòu)施工。第三，西側(cè)及東側(cè)車行通道下穿地鐵段初襯為拱頂直墻4導(dǎo)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(dǎo)洞初襯，然后按照導(dǎo)洞順序進(jìn)行2#、3#、4#導(dǎo)洞下穿地鐵段初襯施工，1#、2#、3#、4#導(dǎo)洞初襯施工錯(cuò)開最小10m安全距離。初襯施工過程中嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙施工步序及臺(tái)階法施工，待通道下穿地鐵段初襯結(jié)構(gòu)全部施工完畢后進(jìn)行下穿地鐵段二次襯砌結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)采用“全斷面深孔注漿+雙側(cè)壁導(dǎo)坑法法及CRD法”施工。單個(gè)小導(dǎo)洞初襯采用臺(tái)階法施工，相鄰導(dǎo)洞間嚴(yán)格按照施工步序施工。通道上導(dǎo)洞初襯施工過程中對初襯頂部及側(cè)壁進(jìn)行打設(shè)超前小導(dǎo)管并補(bǔ)注漿，以彌補(bǔ)深孔預(yù)注漿的不足，并預(yù)留拱頂及側(cè)墻回填注漿管。施工下導(dǎo)洞時(shí)對通道側(cè)壁進(jìn)行打設(shè)小導(dǎo)管并補(bǔ)注漿，預(yù)留側(cè)壁及底板回填注漿管。通道下穿地鐵段全部導(dǎo)洞施工完成后進(jìn)行初襯背后回填注漿。

3.2.2 二襯施工

西側(cè)及東側(cè)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(shí)中隔壁二襯底板范圍內(nèi)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(jìn)行破除，根據(jù)監(jiān)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(dòng)鋼絲刷將破除部分型鋼支撐清理干凈，焊接止水法蘭，鋪設(shè)二襯防水板，防水板在型鋼位置進(jìn)行特殊防水處理，待防水板施工完成后進(jìn)行二襯底板混凝土施工。

第三，底板施工完畢，底板混凝土達(dá)到強(qiáng)度后拆除邊墻部位二襯邊墻影響范圍內(nèi)的中隔板初襯噴射混凝土及格柵鋼筋，鋪設(shè)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(dá)到強(qiáng)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(jìn)行破除，根據(jù)監(jiān)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(nèi)型鋼支撐初襯混凝土，鋪設(shè)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(dǎo)洞初襯施工完成后搭設(shè)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(dá)到強(qiáng)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(shí)中隔壁二襯底板范圍內(nèi)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(jìn)行破除，根據(jù)監(jiān)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(dòng)鋼絲刷將破除部分型鋼支撐清理干凈，焊接止水法蘭，鋪設(shè)二襯防水板，防水板在型鋼位置進(jìn)行特殊防水處理，待防水板施工完成后進(jìn)行二襯底板混凝土施工。

第三，底板施工完畢，底板混凝土達(dá)到強(qiáng)度后拆除中隔板初襯噴射混凝土及格柵鋼筋，鋪設(shè)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(dá)到強(qiáng)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(jìn)行破除，根據(jù)監(jiān)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(nèi)型鋼支撐初襯混凝土，鋪設(shè)防水板并施作拱部二襯混凝土。

4.現(xiàn)場監(jiān)測

第一，沉降監(jiān)測。依托精密水準(zhǔn)儀和銦鋼尺的投放實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場沉降監(jiān)測，落實(shí)對施工現(xiàn)場地面變形情況的實(shí)時(shí)性觀測與掌握，確保結(jié)構(gòu)長期穩(wěn)定。第二，拱頂下沉及凈空收斂監(jiān)測。依托天寶DINI03型精密水準(zhǔn)儀及鋼掛尺的投放實(shí)現(xiàn)拱頂下沉量測，落實(shí)對各測點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)之間的相對高程差的確定，以此為基礎(chǔ)明確本次沉降值以及累計(jì)沉降值。依托坑道收斂計(jì)的投放實(shí)現(xiàn)凈空收斂，確定凈空變化值。第三，鋼筋應(yīng)力監(jiān)測。將鋼筋計(jì)串聯(lián)焊接在被測主筋上，安裝時(shí)應(yīng)注意盡可能使鋼筋計(jì)處于不受力狀態(tài)，特別不應(yīng)處于受彎狀態(tài)，將鋼筋計(jì)的導(dǎo)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(jì)的電阻值和絕緣情況，做好引出線和測試匣的保護(hù)措施[1]。第四，圍巖壓力監(jiān)測。落實(shí)對壓力變化幅度的預(yù)測，并以此為基礎(chǔ)選定壓力盒量程。利用直接法進(jìn)行選定壓力合的埋設(shè)，并應(yīng)用初支噴砼或二襯灌注砼后12h的三次讀數(shù)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(xiàn)場內(nèi)組織勘測，確定出施工現(xiàn)場的地形地質(zhì)條件、土層性質(zhì)、水文條件等，評估既有結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀，初步確定施工方案。第二，預(yù)測。參考既有結(jié)構(gòu)安全管理的各項(xiàng)指標(biāo)，落實(shí)對施工方案的優(yōu)化與完善；計(jì)算分項(xiàng)施工沉降值，預(yù)測各個(gè)工序?qū)崿F(xiàn)其控制變位量的可能性；預(yù)測可能引發(fā)沉降的多種因素，設(shè)定防控措施。第三，監(jiān)測。在施工期間組織落實(shí)對既有結(jié)構(gòu)的監(jiān)測，確定施工期間既有結(jié)構(gòu)生成的所有變位值[3]。第四，對策。確定過度變位的產(chǎn)生原因，并設(shè)定針對性的應(yīng)對措施。

2.即有線的監(jiān)測

在本工程的施工階段，所設(shè)定的既有線沉降控制目標(biāo)主要如下：五棵松地下通道下穿地鐵1號線長度為，西側(cè)車行通道20.2m，中間人行通道19.8m，東側(cè)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(yùn)營及既有地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)安全，嚴(yán)格設(shè)定了既有線安全運(yùn)營限制標(biāo)準(zhǔn)，并在本工程中著力推行，要求既有地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)沉降不低于3mm，上浮不低于2mm，既有地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)變形縫兩端差異沉降不低于1mm；要求既有地鐵區(qū)間軌道下沉不低于3mm；要求在在實(shí)際施工期間以及施工完成后，始終保證既有地鐵區(qū)間的變形控制在限制標(biāo)準(zhǔn)值內(nèi)[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(nèi)，設(shè)定預(yù)警值為最大值的70%、設(shè)定警戒值為最大值的80%，并要求在所有施工步序中進(jìn)行分解、確保每一步序的沉降值都在控制指標(biāo)內(nèi)。

3.施工控制

3.1 通道下穿既有地鐵1號線區(qū)間的應(yīng)對措施

第一，施工下穿段前先根據(jù)地鐵運(yùn)營公司的要求對既有地鐵區(qū)間進(jìn)行檢測、評估，確定各項(xiàng)變形控制標(biāo)準(zhǔn)。第二，通過施工下穿前的實(shí)驗(yàn)段進(jìn)一步確認(rèn)地層情況、圓礫卵石層注漿效果、通道結(jié)構(gòu)變形情況及地表沉降等數(shù)據(jù)，為下穿段提供各項(xiàng)施工參數(shù)[5]。第三，在下穿段施工設(shè)計(jì)圖階段、施工專項(xiàng)方案及監(jiān)控量測專項(xiàng)方案編制階段，按地鐵運(yùn)營公司下穿地鐵程序及特級風(fēng)險(xiǎn)源管理程序召開相關(guān)專家會(huì)充分論證，確保設(shè)計(jì)圖、施工方案各個(gè)細(xì)節(jié)滿足既有地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)、運(yùn)營安全及下穿段自身施工安全。第四，下穿既有線區(qū)間施工過程中，采用遠(yuǎn)程自動(dòng)化監(jiān)測地鐵隧道、軌道結(jié)構(gòu)變形，地表、洞內(nèi)布設(shè)沉降量測點(diǎn)，監(jiān)測數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)整理分析，對監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行評價(jià)，用于指導(dǎo)施工。第五，通道下穿既有地鐵區(qū)間施工期間，設(shè)置的自動(dòng)化監(jiān)測項(xiàng)包括隧道結(jié)構(gòu)沉降、走行軌結(jié)構(gòu)沉降。第六，在實(shí)時(shí)監(jiān)測期間，一旦發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形達(dá)到超出預(yù)設(shè)預(yù)警值（即控制標(biāo)準(zhǔn)值的70%）的情況，則需要在第一時(shí)間調(diào)整施工方法；一旦發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形達(dá)到超出預(yù)設(shè)警戒值（即控制標(biāo)準(zhǔn)值的80%），則需要在第一時(shí)間停止施工。

3.2 下穿既有線區(qū)間施工過程中的通道施工保護(hù)措施

第一，下穿段施工具有較大的風(fēng)險(xiǎn)性，施工前制訂具有針對性和可操作性的應(yīng)急預(yù)案，施工過程中依據(jù)應(yīng)急預(yù)案采取預(yù)防和加強(qiáng)措施，并對作業(yè)人員進(jìn)行培訓(xùn)和模擬演練。第二，開挖輪廓線外一定范圍內(nèi)采用全斷面深孔注漿預(yù)加固地層，使圓礫卵石層固結(jié)穩(wěn)定，同時(shí)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(guān)鍵，在施工下穿段前通過注漿試驗(yàn)段，確定成孔方式、漿液材料、注漿壓力等參數(shù)，確保注漿預(yù)加固地層的效果。第三，嚴(yán)格控制開挖步距0.5m；嚴(yán)格按下穿段施工步序順序施做。第四，施工中加強(qiáng)對既有線結(jié)構(gòu)、軌道、通道結(jié)構(gòu)及周邊地表沉降進(jìn)行監(jiān)測，并及時(shí)反饋指導(dǎo)施工。第五，調(diào)整施工工序，在下穿地鐵段初支施工完成后立即進(jìn)行二襯施工。

結(jié)語

綜上所述，在結(jié)合施工現(xiàn)場以及既有結(jié)構(gòu)實(shí)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(chǔ)上，結(jié)合施工現(xiàn)場監(jiān)測、變位分配控制、既有線監(jiān)測等工作的強(qiáng)化落實(shí)，提升了大斷面淺埋暗挖隧道下穿既有線施工質(zhì)量與安全性。