中铁十四局集团隧道工程有限公司
摘要：地铁9号线北京西站-军事博物馆站区间7号线站后停车线区间断面尺寸为12.270m（宽）×9.753m（高），为大跨浅埋暗挖隧道，采用CRD法6部开挖。隧道两侧为9号线区间先行施工隧道，因此7号线位于沉降槽范围内，且隧道拱部位于粉砂、粉土中，地下水发育，上方雨污水管线较多，施工风险较大。羊坊店路1号过街通道现状较差，隧道近距离垂直下穿通道，其中最近处距泵房结构仅1.2米，且通道面砖采用干挂工艺，对沉降要求非常严格，施工控制难度较大。为保证通道结构安全及行人安全，通过加强超前探测、快速封闭，分部分解控制指标、反复回填注浆及补偿注浆、勤量测等措施，有效的控制了施工沉降，保证了过街通道的安全。
关键词：大跨浅埋暗挖隧道；CRD法；沉降槽；超前探测；注浆
1．工程概况
地铁9号线北京西站～军事博物馆站区间隧道下穿羊坊店路，隧道中线与规划道路永中基本平行。区间隧道在K11+095处下穿羊坊店路1号地下过街通道， 7号线停车线结构暗挖段东西两侧为9号线区间主体结构，为双线单洞暗挖结构，7号线暗挖区间在起始段下穿过街通道。区间隧道与1号过街通道平面位置关系见图1-1。
1号过街通道与羊坊店路正交，分为主通道、门厅、进出口和泵房四部分，呈工字型平面布置，为钢筋混凝土装配式闭合框架结构，主通道净宽4.00m，净高2.6m；门厅净宽2.5m，净高2.9m，进出口净宽2.5m。通道全长29m。主通道长19m，两端设沉降缝。通道底板为现浇，侧墙及部分顶板预制拼装，门厅为现浇底板、预制侧墙（部分现浇），进出口底板侧墙现浇呈U字型式，中间为花岗岩踏步台阶和砼礓蹉坡道。通道泵房底板与主通道底板一起现浇，泵池为钢筋砼管，管径1.9m，壁厚13cm，泵池深3.6m。
1号过街通道底板距离9号线区间隧道拱顶约4.59m，距7号线停车线结构拱顶约2.5m。过街通道距离地铁主体结构最近处为泵房底端，最近约为1.227米，1号过街通道底板埋深为5.5米。过街通道与7、9号线区间隧道剖面位置关系图见图1-2。
2．工程地质水文情况
根据地勘报告及9号线左右线开挖地层揭示情况，隧道结构自上而下为杂填土①层，粉土填土①1层，中砂填土、细砂填土①2层，粉土③层，粉质粘土③1层，细砂、粉砂④层，卵石、圆砾⑤层，粉质粘土⑤1层，细砂⑤2层，粉质粘土⑥层，粉土⑥2层，细砂⑥3层；再往下为第三纪强风化砾岩⑾层及强风化粘土岩⑾2层。区间结构拱部位于粉土及粉细砂中，土体自稳条件差，施工风险大，拱部以下主要位于粉质粘土、卵石及第三纪砾岩中。区间分布的地下水从整体上为一层水，地下水类型为潜水，含水层为细砂、粉砂④层，卵石、圆砾⑤层，静止水位标高为40.15~41.92m，位于结构上方，施工中应做好降水及洞内堵排水措施，7号线停车线区间工程地质剖面图见图2-1。
3．风险因素分
析
停车线区间断面跨度较大，所处地层条件差，地下水含量大，施工风险高，区间与通道结构距离较近，根据通道结构的特点、通道与隧道的位置关系和隧道施工方法等因素进行分析，隧道施工对通道的风险主要有以下几个方面：
（1）通道底板易沉降产生裂缝，影响底板的耐久性及安全。
（2）通道侧墙为预制钢筋混凝土板，通道底面沉降会造成侧墙倾斜，与底板相接处开裂，严重的会改变结构受力体系致使框架结构失稳。
（3）通道两端进出口与主通道之间的差异沉降导致伸缩缝被拉坏，缝内止水带及防水层破损漏水。
（4）通道泵房泵池因隧道施工而受破坏，与底板连接处开裂破损，泵池漏水。
（5）通道底板、顶板以及侧墙的变形使底板空鼓加剧，侧墙瓷砖因变形挤压而脱落或开裂，顶板装饰板松动、变形和脱落。
（6）通道顶面沉降导致路面开裂破损影响路面平整度及行车安全。
4．施工方案
4.1 总体施工流程
因隧道断面跨度较大，工程水文地质条件差，且过街通道控制指标较高，根据设计图纸及施工现场实际，施工中严格暗挖“十八字方针”，大断面近距离下穿回填注浆及补偿注浆措施是重中之重。施工前打设降水井进行封闭降水，对地层情况进行地质雷达探测，以确定地质异常区并根据探测结果采取相应措施。然后分别从两侧9号线区间向两侧进行侧向及线间土体加固措施，隧道开挖前首先对前方掌子面土体进行半断面注浆加固，然后打设超前小导管，进行土方开挖、格栅架设及喷锚支护，施工中反复背后回填注浆。施工中加强监测，做到信息化施工，并根据监测结果必要时采取补偿抬升注浆措施。
4.2 降水施工
根据北军区间降水设计图，明挖基坑向北进行7、9号线暗挖施工，分别在线路东西两侧打设降水井，为保证区间封闭降水施工，在1号过街通道以北新增两排降水井以实现封闭降水条件。
4.3 侧向土体注浆加固
因两侧9号线区间距离7号线结构较近，其中端头最近处仅约0.35m，最远处约6.23m，两侧9号线施工后，7号线施工全部位于沉降槽中，施工沉降控制难度大。 为保证结构之间的土体稳定及承载力，减少过街通道沉降，施工前需对结构之间的土体进行注浆加固。
土体加固采用分别从两侧9号线区间向7号线方向打设注浆管进行注浆加固，为保证7号线开挖中9号线初支结构两侧土体稳定，对9号线远离7号线一侧土体同样进行注浆加固，加固范围为结构外3m，加固范围为对应7号线施工里程，7、9号线之间土体则为全部加固，具体范围详见图4-1。
从9号线洞内进行土体加固，注浆孔打设范围为隧道起拱线以上2.5m，以下为3.0m范围内土体。注浆范围详见图4-2。注浆管打设为0.5m*0.5m梅花型布置，打设角度控制在0~15°之间，注浆采用水泥单液浆，浆液水灰比为1:1，注浆压力控制在1.0mpa以内，注浆采用后退式注浆施工工艺。
4.4 掌子面超前土体加固
为保证施工掌子面稳定，减小施工沉降，施工前对前方掌子面进行注浆加固，根据专家咨询意见，为切实减小施工沉降，加固范围为区间全断面轮廓外2.5米以内，注浆孔间距为0.5m*0.5m梅花型布置，注浆采用速凝早强型水泥单液浆，注浆压力控制在1.0Mpa以内，注浆采用后退式注浆施工。为保证土体加固支护效果，隧道轮廓外注浆采取花管劈裂注浆方式，注浆导管埋入土体不拔除，注浆后形成小管棚刚性蓬壁作用。在下穿过街通道底板区域范围内，为保证通道结构安全，每部开挖至距通道主体结构6米处临时封端，采取超前加固措施，一次性加固至封端墙位置，注浆范围至通道结构底板下1.0米。超前土体全断面注浆加固示意图详见图4-3。
4.5 超前支护
超前土体加固后开挖前，首先沿拱部120°范围内环向间距30cm、纵向间距1m打设一排Ф42×3.25、L=2.4m的超前小导管,小导管隔榀打设，根据现场实际条件，注浆采用速凝早强型水泥单液浆，注浆终压控制在05.-0.7Mpa。
4.6正洞施工
4.6.1断面设计参数
根据设计图纸，区间正洞标准断面开挖尺寸为12.270m（宽）×9.753m（高），初期支护为350mm厚网喷+钢格栅结构，C20喷射混凝土，格栅步距为 500mm。超前支护为ø42小导管，长L=2400mm，隔榀格栅拱部120°范围内以环向间距300mm打设。二衬厚度600mm，C40混凝土。
4.6.2开挖步序
超前注浆完成后土方开挖采用 “CRD”法施工，将暗挖主体结构按高度分成三层、宽度分成两块进行开挖，先开挖左侧1、2部，再开挖右上3部，最后顺序开挖4、5、6部，各步采用上下台阶法开挖，上下台阶间距控制在2-3m，各部之间间距控制在8m左右。 “CRD”法施工部序及格栅图见图4-4。
4.6.3 格栅控制
7号线停车线各导洞施工，分步施工开挖，同一里程断面的不同导洞格栅在先后施工中必须确保格栅里程架设精确和垂直度，确保格栅的断面整体性及结构受力均匀性。
4.6.4锁脚锚管
施工时每个台阶应设置锁脚锚管（打设角度一般为30°～45°），一处打设一根，以防止格栅钢架架设后下沉。粘土、粉土及粉质粘土层采用Φ42钢焊管，长度2米，注水泥单液浆。
4.6.5喷射混凝土
格栅钢筋安装验收合格后，进行喷射C20混凝土封闭，初支厚度为350mm。
4.6.7初支背后回填注浆
由于施工工艺和施工材料的特性，在初支结构和土体之间存在一定的空隙，空隙的及时回填对控制地层的扰动变形，减小过街通道沉降非常有效，这是控制沉降的主要措施之一。
初支背后回填注浆在钢筋格栅安装时预先埋设背后回填注浆管，采用Φ32焊接钢管，长度为0.6。注浆管沿拱部及边墙布置，环向间距：起拱线以上为2.0米，边墙为3.0米；纵向间距为3.0米，梅花型分置。
4.7沉降超标补偿抬升注浆
7号线开挖断面较大，工程水文地质条件差，采用CRD法施工施工沉降控制难度较大，每步开挖都会对地层反复扰动，施工沉降变形较大，对隧道断面上方管线及过街通道影响较大。为保证上方过街通道及管线施工安全，一旦发生沉降变形超标，需立即封闭掌子面进行抬升注浆，因此必须采取一种有效的注浆措施，在施工过程中反复且能够及时对开挖上方土体进行补偿抬升注浆，保证土体的整体性、连续性及密实性，确保管线及通道结构安全，这是控制通道沉降的重要措施。
4.7.1注浆管的选择
根据现场实际，借鉴类似工程施工经验，采用袖阀管注浆来补偿应力损失，袖阀管主要有袖阀注浆管、管外套壳料、注浆内套管组成。如图4-5所示。
袖阀管注浆主要有以下特点：
（1）袖阀管内套管具有两个阻塞器，能将浆液限定在注浆区域的任一段范围内进行注浆，达到分段注浆的目的；
（2）阻塞器在光滑的袖阀管内可以自由移动，可根据需要在注浆区域内自由移至各个注浆段进行注浆，也可对某一注浆段进行反复注浆；
（3）注浆前不必设较厚止浆墙，采取较大的注浆压力时，发生冒浆和串浆的可能性小。
4.7.2浆液的选择
结合地层情况，浆液采用浆液采用水泥浆+XPM，配合比为水泥：水1：1：0.1，保持浆液较高的可调性和扩散性，施工中反复及时进行注浆。
4.7.3袖阀管施工方法
为了减少袖阀管施工对地层的影响，先在沉降变形超标区域3m范围内部分进行袖阀管施工，未超标部分为减小对围岩结构的破坏暂不施工。施工采用“跳做”方式，如图4-6所示，施工采用隔2做1方式，即第一轮首先施工1号管，施工完毕后施工4号管，然后是7号管，第二轮一次施工2号、5号、8号管，第三轮依次施工3号、6号管。
4.7.4袖阀管施工注意事项
（1）袖阀管注浆前，首先注入适量的粉煤灰浆液，填充套壳料及附近空隙，以利于反复注浆。
（2）应力损失补偿注浆要在整个影响范围内同时注浆，不能单点注浆。
（3）袖阀管施工完成后，不注浆期间要封闭袖阀管，防止袖阀管内进入异物而导致内管移动时止浆塞卡管。
（4）由于注浆内管采用丝扣连接，一旦发生卡管或止浆塞较紧时，提升力大容易将丝扣提断而导致整个袖阀管报废，因此将原来皮碗式止浆塞改良为台阶式止浆塞，可以有效的防治卡管及降低提升内管的提升力。
（5）施工中一旦有袖阀管出现卡管或注浆管报废情况，及时在注浆管旁边20cm左右处补设一根。
4.8下穿过街通道专项措施
暗挖区间下穿3900×2400过街通道，区间结构与通道结构内底最小间距处为2.5m。距过街通道泵池结构最小距离为1.227m。因过街通道采用承插式施工工艺，面砖为干挂背后灌浆的工艺，结合施工现场水文地质条件及现状，下穿过街通道施工风险较大，施工沉降控制难度较大，为保护通道结果及行人安全，必须严格控制底板沉降和开挖对通道的影响。
采取措施：
（1）施工单位在下穿前，要详细核查地下通道及周边管线的详细资料，对通道底板突鼓及侧墙面砖空鼓部位进行标识，并联系产权单位、业主单位、监理单位现场确认，并根据现场情况及发展趋势采取对过街通道面砖剔除、通道进行制定加固等处理措施。
（2）因两侧9号线区间距离7号线结构较近，9号线施工后，7号线施工全部位于沉降槽中，中间土体扰动松软，施工沉降控制难度大。为保证结构之间的土体稳定及承载力，减少7号线施工中的地面沉降，施工前从两侧9号线区间内对结构之间的土体进行注浆加固，具体详见4.3。
（3）为保证下穿通道范围内施工掌子面稳定，减小施工沉降，在距过街通道前方6m处进行临时封端，对前方土体采用超前加固措施，具体措施详见4.4。
（4）在施工过程中严格遵循“管超前、严注浆、短进尺、强支护、紧封闭、勤量测”十八字方针，具体详见4.5、4.6。
（5）为切实保证通道结构安全，确保沉降变形可控，采取每部依次逐步下穿通道的施工方法。
（6）为尽快弥补开挖喷锚不密实引起的初支结构和土体之间的空隙，尽最大程度的减小施工沉降，应紧跟反复背后回填注浆，具体详见4.6.7。
（7）在通道范围内加密监控量测点，下穿期间加强监测频率，监测频率增加为一天观测8次，同时设专人加强对地面及过街通道的巡视，并根据量测分析结果及时调整施工工艺和注浆参数。
（8）做好应急预案，应急物资紧跟掌子面。
（9）对沉降控制指标进行分部分解控制，一旦发生沉降变形超标，立即启动应急相应，进行补偿抬升注浆措施，袖阀管为拱部1.0m*1.0m梅花型布置，打设长度均通道底板下1.0m，注浆压力严格控制在1.0Mpa以内。通道补偿抬升注浆示意图见图4-7。
施工中监测采取双控指标，双控指标之一变化量为过街通道累计沉降值、过街通道累计差异沉降值、过街通道侧墙累计倾斜度；双控另一指标变化速率单日变化值与基准值之比。根据“分区、分级、分阶段”管理的原则将监控量测点的安全状态划分为四级管理。
a．黄色预警：“双控”指标均超过控制值的70%，或双控指标之一超过监控量测控制值得85%时；
b．橙色预警：“双控”指标均超过控制值的85%时，或双控指标之一超过监控量测控制值时；
c．红色监测预警：“双控”指标均超过监控量测控制值，且实测变化速率出现急剧增长时。
5．小结
在复杂环境和不良工程地质水文条件下，7号线停车线区间近距离下穿羊坊店路1号过街通道给我们提出了更为苛刻的施工要求，通过采取加强超前探测、科学组织筹划、分步分解控制指标、加强监测、加强紧跟回填注浆和补偿注浆等措施，不仅保证了施工安全，加快了施工进度，过街通道的各项监测指标均处于允许范围内，过街通道始终处于安全通行状态。
地铁大断面近距离下穿重要建筑物的顺利通过为我们积累了丰富的施工经验，其中回填注浆和补偿注浆相结合的弥补地层损失技术得到了创新和实践，为后续类似工程施工奠定了坚实的基础。
论文作者:柴正炜
论文发表刊物:《基层建设》2017年第8期
论文发表时间:2017/7/13
标签：注浆论文; 通道论文; 结构论文; 区间论文; 过街论文; 隧道论文; 底板论文; 《基层建设》2017年第8期论文;