中铁十四局集团隧道工程有限公司
摘要：金安桥站～苹果园站区间故障存车线设置在苹果园站西侧。因其周围环境复杂，地面空间有限，仅设置1个施工通道。原方案中大断面需由车站向区间施工，存在由小断面进大断面外扩、挑高等施工风险。为保证施工进度及安全，根据现场实际情况，经反复论证优化采取了在隧道内设置施工通道，并在施工通道设置贴壁框架梁的方案，保证施工大断面的安全，从而保证整体施工进度和安全目标。
关键词：环境复杂 隧道内施工通道 大断面 贴壁框架梁
1 工程概况
金安桥站～苹果园站区间西起金安桥站，东至苹果园站，设计起点、终点里程分别为XK0+945.000、XK2+012.414，全长1067.414m。区间在苹果园站前设故障存车线，故障存车线采用矿山法施工，区间结构顶板埋深：16～19m。
本标段施工区间1号竖井、横通道及故障存车线区间部分，长度为160.864m。1号施工竖井及横通道设置兼做2号联络通道，本标段区间包含矿山法双线大断面和单线标准断面以及单线挑高断面。
该段区间沿苹果园南路敷设，区间北侧为在建中铁耀中心施工场地，南侧为664公交总站用地；区间东端的北侧为苹果园地铁站前广场，南侧为待拆迁的五层商业。区间沿线地下管网密集，包括污水、雨水、上水、电力、通讯等在内的数十条地下管线，纵横交错，十分复杂。区间与周边建筑物平面位置关系详见图1-1。
图1-1 区间与周边建筑物平面位置关系图
2 工程水文地质情况
2.1 工程地质
故障存车线区间地层第四系沉积物以古金沟河故道沉积为主，自上而下依次为：结构上覆土以杂填土①1，粘质粉土填土①，粘质粉土②，卵石⑤层，卵石⑦层，卵石⑨层，卵石⑪层。
区间拱顶位于卵石⑦，底板位于卵石⑨地层。卵石地质自稳能力较差，且因卵石较多粒径较大，开挖时超前小导管打设困难，超前注浆效果差，施工时风险较大。故障存车线区间地质剖面图见图2-1。
图2-1 故障存车线区间地质剖面图
2.2 水文地质
根据勘察报告及竖井实际开挖揭示情况，本段地层地下水类型为潜水（二），含水层为卵石⑪层，水位埋深41.7m，水位标高为32.93m。地下水位在区间底板以下10.4m左右。
3 大断面隧道内增设施工通道优化论证
3.1 方案优化原因
⑴地面环境复杂，地面无设置施工竖井条件。
区间沿苹果园南路敷设，区间北侧为在建中铁耀中心施工场地，南侧为664公交总站用地；区间东端的北侧为苹果园地铁站前广场，南侧为待拆迁的五层商业。地面设置施工竖井需拆除以上部分建筑物，实施难度大。区间与周边建筑物位置关系见图1-1，周边建筑物见图3-1。
⑵原方案施工周期长，受车站制约工期不可控，施工风险大。
苹果园站受前期拆迁占地影响（需拆迁2万㎡，涉及600家商户），目前车站西侧的施工竖井仍未进场施工。按照原设计方案区间左线ZA、ZB、ZC断面需待车站西侧主体结构完成后，方可进行开挖施工，故区间工期受车站工期制约，施工周期长，施工工期不可控。
原方案左线ZA、ZB、ZC断面尺寸分别为10.6m×9.2m、12.8m×10.25m、15.2m×11m（宽×高），由车站向区间方向开挖，在施工中存在由小断面进大断面外扩、挑高现象，施工风险大。区间ZA、ZB、ZC断面施工顺序，平、纵剖图分别见图3-2、图3-3。
图3-3 区间ZA~ZC断面结构纵剖图
为保证施工顺利进展及施工安全，做好卵石地层下大断面施工措施，我项目部结合现场实际及现场施工经验，经反复讨论，借鉴各方意见及建议，制定了在区间隧道内设置施工通道来施工大断面存车线区间的优化方案。
3.2 优化后施工筹划
优化方案后左线ZA、ZB、ZC大断面暗挖施工顺序如下图3-4：
图3-5 优化方案后右线挑高段纵剖图
第二步：右线挑高段内进行超前加固，破除施工通道马头门，然后进行施工通道施工至封端。施工通道分为4层采用台阶法施工，上下台阶错开6m。
第三步：施工通道完成后进行洞门加固及超前加固，破除ZC断面马头门施工ZC断面至结束。待ZC全断面初支封闭8m后，依次施工ZB、ZA断面至结束。施工通道与ZC、ZB断面关系见图3-6。
图3-6 施工通道与ZC、ZB断面关系图
3.3 优化后主要安全保证措施
3.3.1针对右线挑高段安全保证措施
右线挑高段断面最大尺寸为6.6m（宽）×17.1m（高），为大断面矿山法隧道。挑高段底板标高不变，拱顶挑高坡度较大为16°，平均每榀格栅上挑15cm。隧道拱顶处于卵石地层，土体自稳能力差，且卵石地层中含有大量漂石，卵石多粒径大，超前小导管打设困难，小导管超前注浆效果差。挑高段在开挖过程中均存在较大施工风险。
为保证挑高段施工安全，在过程中严格遵循“管超前，严注浆，短进尺，强支护，早封闭，勤量测”的原则，做到随挖随支，及时成环。为保证卵石地层中超前支护效果，隧道拱顶180°范围内采取深孔注浆超前加固拱部土体。挑高段深孔注浆示意图见图3-5、图3-7，深孔注浆具体参数如下：
①深孔注浆纵向12m为一循环，搭接2m。深孔注浆前需要在上台阶核心土范围外的掌子面设置止浆墙，止浆墙厚度为0.3m，采用C20喷射混凝土，并设双层φ6@150*150钢筋网片。
②采用后退式注浆，注浆浆液为水泥-水玻璃双液浆，扩散半径为0.5m。
③注浆压力控制在0.8MPa~1.0Mpa。
④加固范围为初支结构外1.5m，初支结构内0.35m。保证注浆后土体加固强度连续均匀，无侧限抗压强度0.5~0.8MPa，具体可根据现场地层条件确定。
图3-7 右线挑高段拱顶深孔注浆示意图
3.3.2针对新增施工通道马头门破除施工安全保证措施
新增施工通道的马头门施工需对右线挑高段初支侧墙破除，侧墙破除后挑高段内4层临时仰拱悬空，挑高段整体结构不稳定。且马头门施工处于断面交叉口处，此处应力集中，故施工中应引起足够重视，做好受力转换。
为保证横通道马头门破除时的施工安全，马头门开洞处及两侧各1m范围内的挑高段临时仰拱连接筋加密至双层φ22@500，提高临时仰拱整体刚度。
同时在马头门洞门设置门型框架，门型框架采用25a工字钢作为横梁及立柱；在立柱及横梁掖角处采用25a工字钢作为牛腿，连接横梁及立柱；立柱左右两侧通过φ22连接筋与横通道初支连接成整体，同时与立柱工字钢进行可靠焊接；立柱下方采用1cm厚钢板，平铺在临时仰拱处，钢板通过φ20膨胀螺栓进行固定；同时对立柱及横梁喷射C20混凝土，让临时仰拱与门型框架形成一个整体，共同受力。施工通道马头门破除措施示意图见图3-8。
图3-8 施工通道马头门破除措施示意图
3.3.3针对ZC、ZB断面马头门破除施工安全保证措施
为保证ZC、ZB断面马头门破除时的施工安全，马头门洞口10m范围内的施工通道侧墙连接筋加密至双层φ22@500，提高侧墙整体性。
同时在马头门洞门设置50cm厚（底板85cm）贴壁框架梁，贴壁框架梁顶板及底板在洞口处通长设置，同时设置两道顶部纵梁，四道环梁，在掖角处设置八道斜撑；侧横通道墙及仰拱初支在遇各环梁处预留钢筋接头，各预留钢筋接头与贴壁框架梁焊接连接。最后喷射C20混凝土，让横通道侧墙及仰拱初支与贴壁框架梁形成一个整体，共同受力。对ZC、ZB断面马头门破除措施示意图见图3-9、3-10。
图3-10 ZC、ZB断面马头门贴壁框架梁配筋图
4．方案优化研究
大断面隧道内增设施工通道相比优化前方案，施工风险大大降低，解决了复杂环境地面无条件设置竖井横通道情况下的大断面渡线施工安全，施工安全及质量均得到保证，加快了工程进度，工期节点得到保证。通过建立有限元模型计算，贴壁框架梁受力满足要求具体见图4-1~4-4。
5．施工小结
根据我单位在北京地铁以往施工经验，为保证施工安全及施工进度，大断面渡线施工需在渡线区设置单独的地面竖井及横通道，且需在横通道衬砌后方可进行正线施工。我项目经过反复讨论分析，借鉴专家论证咨询意见采取了洞内增设横通道的优化方案，同时在新增横通道内设置贴壁框架梁来保证施工安全。相比地面竖井横通道衬砌进洞，设置贴壁框架梁不仅加快了本工程施工进度，且有效减少经济投入，具有较好的安全性和经济性。
该方案得到了专家的高度肯定，也得到了业主及北京市相关部门的一致认可和支持，同时也为我单位在以后类似复杂环境条件下大断面渡线施工积累了丰富的施工经验。在北京地铁越来越复杂的环境条件下，征占地困难越来越大，此方案可推广借鉴。
论文作者:张志伟
论文发表刊物:《房地产世界》2019年1期
论文发表时间:2019/5/20
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