陈刚
成都轨道建设管理有限公司 成都 610041
摘要 随着经济的不断发展，各大城市开始兴建地铁，以缓解日益拥堵的地面交通。在地铁运营规模不断增大的同时，各地铁区间线路相互穿越已不可避免，尤其是新建线路近距离下穿既有地铁线路的施工安全控制是急需解决的问题。本文以成都地铁5号线高升桥站至省骨科医院站新建暗挖隧道近距离下穿地铁3号线盾构隧道为例，研究如何通过一系列设计及施工技术措施，在不影响既有线行车的前提下完成下穿新建暗挖隧道施工，为后续类似工程参考借鉴和帮助。
关键词：地铁隧道、近距离下穿、安全控制
1 引言
地铁成网的过程中，如何解决在隧道与隧道近距离交叉施工是本文研究的重点。本文通过成都地铁5号线下穿地铁3号线工程实例，论述如何优选设计施工工法，并根据监控量测结果对设计参数进行动态优化调整，控制施工过程中既有隧道与新建隧道的变形，确保施工安全。本工程的有关成果可为卵石土地层暗挖法隧道下穿既有地铁运营线路的设计及施工提供一定的依据和指导。
2工程概况
成都地铁5号线省骨科医院站至高升桥站区间原设计采用盾构法施工，区间左右线分别与地铁3号线斜交，隧道最小净距仅为3m。鉴于该区间交叉节点采用盾构法施工时，地铁3号线已经开通运营，一旦出现异常情况，极有影响地铁3号线正常运营。经综合比较，选择了施工安全风险更可控的暗挖法施工。隧道采用圆形断面，常规初期支护+二次衬砌型式，后期盾构空推通过。区间正线采用Φ108大管棚和Φ32自进式锚杆注浆超前加固，区间开挖净空为8m×8.1m的近圆形截面。区间穿越的地层主要为中密及密实砂卵石。
3 设计思路
3.1施工工法的选择
原设计采用土压平衡盾构机下穿既有地铁3号线，因地铁3号线盾构施工时已对周边地层产生扰动，且该区段还受地铁高升桥站基坑长期降水影响，盾构掘进新建隧道与既有隧道之间夹土体极不稳定，沉降不易控制，安全风险较高。因此，选择了施工安全风险更可控的暗挖法施工，且施工工期可提前至地铁3号线调试运行期间完成。
3.2设计关键措施
3.2.1采用CRD工法
为最大限度减少地铁应力损失，减少施工带来的地层扰动和沉降，选择了大管棚和小导管全断面超前支护的CRD工法（交叉中隔壁法）。
图3.1 5号线下穿3号线暗挖工程设计参数（优化前）
3.2.2采用类圆形断面
本工程经过类比，采取了开挖净空为8m×8.1m类圆形断面，避免了马蹄形开挖轮廓较大而导致新老线路净距过小问题，同时满足受力及盾构空推要求。
3.2.3采用二衬加三衬施工技术
为尽可能给减少拆撑对既有线的沉降影响，本项目将交叉节点段原“500mm厚二衬”优化为“200mm二衬（施工时不拆撑、解决沉降及受力问题）+300mm三衬（解决防水问题）”，有效地控制了拆撑期间的施工沉降。
4 项目重难点
1）降水难度大
本工程区间最低处埋深约30米（已接近泥岩面），周边重要建构筑物多，降水井布设条件差，且前期车站及盾构施工已对周边环境造成了较大沉降。因此，本工程对降水要求高、难度大。
2）地铁3号线保护要求高
5号线隧道拱顶与3号线隧道拱底最小净距仅为2.5m，施工期间对隧道间夹土体扰动不可避免，沉降极难控制。隧道施工期间，地铁3号线已开始试运行，列车动载对暗挖影响较大。
3）施工工期紧张
本工程需在地铁3号线开通试运行前完成，有效工期仅6个月，需完成左右线各60米暗挖及节点段48米二衬施工，工期异常紧张。
5 施工关键控制技术
5.1CRD法常规施工控制技术
1）隧道开挖严格遵循“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”十八字方针；
2）各部严禁超挖并保证每部上下台阶步距控制在2-3m，各部施工步距控制在5m左右，尤其是加快4部施工，及时封闭成环；
3）施工过程中尽量采用人工开挖，尽量减少对围岩的扰动；
4）及时进行初支背后回填注浆及径向加固注浆；
5）加强监控量测工作，及时反馈信息指导隧道施工；
6）合理性降水施工，保证施工过程中掌子面无水作业。
7）加强超挖量控制，超挖及时回填，初支背后及时回填注浆。
8）落实设计锁脚锚管打设及注浆工作，加强拱架安装质量控制，减小拱脚沉降。
5.2降水施工
砂卵石地层中暗挖法施工降水控制是关键，本项目采用了多井点管井降水，采用小功率水泵抽水，严格控制出沙率，确保水位满足施工要求；同时加强既有降水井维护管理，有效控制出沙率，降低施工降水对地层的扰动。
5.3管棚施工
管棚超前支护对本项目施工沉降控制非常关键。由于地层中卵石粒径较大，大管棚施工过程中钻进效率低、断管及卡钻频繁发生。经过多次试验，从空压机、潜孔钻机、套管材质及管径等方面进行了优化调整，将原ø108 管棚调整为ø146管棚，原R780材质钢管调整为P110材质钢管。该优化调整大大提高钻进速度，个别ø146管棚出现断管现象，通过重新套打ø108管棚，保证了管棚施工效率和施工质量。此外，为有效控制沉降，在管棚内加设了3ø20的钢筋骨架，并将注水泥浆调整为注掺膨胀剂的水泥砂浆，有效提高了管棚刚度。
5.4锁脚锚杆施工
锁脚锚杆是暗挖施工下部开挖时控制上部初支沉降的关键构件，施工质量必须严格控制。由于原设计锁脚采用ø42热轧无缝钢管，壁厚3.25mm，钢管的强度和刚度不足，无法对大粒径卵石形成有效的冲击和破碎，不能达到设计长度。为增加锁脚锚杆打设长度，将原Φ42厚3.5mm普通钢管调整为ø32自进式锚杆（壁厚9mm）。同时，优化工序，先预埋套管并完成初期支护，然后进行锚杆打设并注浆，降低地层扰动。
5.5拱架施工
拱架需严格按照设计图纸进行加工并进行试拼装实验，经验收合格后进行生产加工。施工现场必须确保拱架定位准确，拱架之间连接可靠，以满足初支整体受力需要。本项目新建隧道与既有隧道交叉节点处，为确保初支的早期刚度，减少上方既有隧道变形，将钢筋格栅拱架调整为I22型钢拱架。
5.6注浆施工
注浆是控制暗挖施工沉降的关键措施之一。根据注浆加固措施的不同，各项注浆参数需根据施工现场实际施工情况进行调整。回填注浆采用的水泥浆，应加大水泥用量，减小水灰比，防止后期水泥干缩造成初支背后填充不密实的现象；整体式径向加固注浆材料由原水泥浆调整为水泥水玻璃双液浆，可大大改善加固效果。
（1）管棚注浆。管棚注浆采用微膨胀浆液，进行注浆压力和注浆量双控，确保管棚内及管棚周边填充充分并有效固结，以增加管棚刚度。
（2）锁脚锚杆注浆。锁脚锚杆必须充分注浆，浆液与周围土体形成有效握裹，提高锁脚锚杆的锚固锁定作用，有效控制下部开挖时初支的沉降。
（3）初支背后填充注浆。为有效控制开挖及初期支护阶段的沉降，各洞室开挖期间应在初支上预留注浆管，每开挖5米左右及时进行注浆填充，填充时封闭掌子面。后续多次对初支背后进行循环注浆，并在注浆过程中加密初支拱顶沉降及收敛监测，避免注浆造成新建隧道初支损坏。
（4）3号线隧道内管片背后注浆。进入3号线隧道内对5号线下穿区域进行管片背后回填注浆，注浆管需穿过3号线管片背后同步注浆层，注浆压力控制在0.3-0.5MPa。注浆过程中对3号线隧道管片及道床沉降进行实时监测及巡察。
（5）5号线隧道拱部径向深孔注浆。在5号线洞内拱部打设φ42钢管@1m×1m、L2-2.5m，进行深孔注浆加固，注浆浆液采用1：1水泥浆和1:1水泥水玻璃双液浆相结合的方式。注浆过程中对3号线隧道管片及道床沉降进行实时监测，同时对5号线隧道拱顶沉降进行加密监测。
（6）二衬与初支、三衬与二衬之间填充注浆。二衬及三衬施工时需预留注浆管，待结构达到设计强度后需进行注浆填充工作，确保回填注浆密实，使衬砌充分参与受力，控制隧道滞后沉降。
通过以上措施，施工期间5号线和3号线隧道结构沉降均未超出控制值，确保了施工安全。
5.7其他措施
5.7.1加强施工组织管理。根据现场作业面，加大施工资源投入，确保工序有效衔接，缩短每榀开挖暴露时间，及时封闭成环。
5.7.2协调运营公司近期尽量减少该区段行车，并对行车进行限速。在开通试运行前对3号线轨道进行精调，消除暗挖施工对既有线路运营的影响。
5.7.3施工过程中出现异常时，及时组织参建各方召开分析处置会，必要时召开专家咨询会或论证会，确保问题及时解决。
5.8二衬施工
为有效控制二衬施工支撑拆除时带来的附加沉降，本项目采取了“二衬+三衬”施工措施。即二衬施工时，十字撑不拆除，仅对边缘节点部位砼进行破除，先完成二衬结构施工，并对二衬与初支间空隙注浆回填，待隧道基本稳定后，再拆除支撑，进行三衬施工。通过该措施，后期拆撑施工三衬期间，地铁3号线及5号线区间隧道监测数据基本无变化，再次印证了该设计及施工技术措施的可靠性。
图6.1 3号线右线隧道道床轨向沉降曲线图
从上图可知，地铁5号线隧道暗挖施工对地铁3号线的影响是明显的，施工期间针对沉降较大的区域，对3、5号线之间的夹土层进行了针对性注浆抬升，补偿了施工对土体的扰动，使3号线的沉降变形控制在规范允许范围内。
图6.2 3号线盾构管片静力水准数据分析图
从上图可知，地铁5号线施工对上方地铁3号线的影响是明显的，且沉降最大阶段发生在开挖及初支施工阶段，通过不拆撑施工二衬再施工三衬措施，有效确保了后期施工沉降量。
5结束语
通过优选设计方案，从源头上控制施工风险，再通过施工过程中一系列技术措施，并结合施工监测情况，开展信息化施工，在成都富水砂卵石地层条件下近距离穿越既有地铁隧道时采用CRD工法进行暗挖新建隧道是可行的，可有效控制施工引起的沉降，确保既有线运营安全。
参考文献：
1.《城市轨道交通结构安全保护技术规范》（CJJ/T 202-2013）
2.《轨道交通工程施工技术与管理创新》，北京城建集团土木工程总承包部编著，中国建筑工业出版社。
3.《地下工程概论》，关宝树，杨其新，西南交通大学出版社。
论文作者:陈刚
论文发表刊物:《防护工程》2018年第15期
论文发表时间:2018/10/25
标签：隧道论文; 注浆论文; 地铁论文; 盾构论文; 管片论文; 区间论文; 措施论文; 《防护工程》2018年第15期论文;