第３３卷第１期 ２０１３年１月 隧道建谨 Ｔｕｎｎｅｌ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｖ０１．３３ Ｎｏ．１ Ｊａｎ．２０１３ 浅埋暗挖隧道零距离下穿既有地铁车站施工方案优化研究 于 军 （中铁隧道集团二处有限公司，河北三河０６５２０１） 摘要：浅埋暗挖隧道近距离下穿施工会对既有结构产生显著影响，解决好下穿施工引起的既有结构沉降变形问题，对城市地下交 通的建设和发展具有显著意义。以北京地铁６号线东四站一朝阳门站区间隧道零距离下穿既有５号线东四站为工程背景，在施工 过程中开展数值模拟与现场监测相结合的研究工作，对隧道施工方案进行优化并总结分析零距离穿越施工对既有结构的影响。研 究成果表明：１）在隧道开挖轮廓线两侧２ ｍ内进行全断面注浆能够显著提高穿越段的土体强度，有效降低既有地铁车站的沉降变 形；２）千斤顶顶撑能够对既有结构底板提供支撑反力，不仅了既有结构的沉降变形，而且减小了穿越施工对既有结构的影响 范围，确保既有结构的最大沉降值控制在３ ｍｍ以内。 关键词：隧道；零距离下穿；全断面深孔注浆；千斤顶预加力；数值模拟 ＤＯＩ：１０．３９７３／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—７４１Ｘ．２０１３．Ｏ１．００４ 中图分类号：Ｕ ４５２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７２—７４１Ｘ（２０１３）Ｏ１—００２２—０５ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｓｃｈｅｍｅ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｈａｌｌｏｗ－ｂｕｒｉｅｄ Ｔｕｎｎｅｌ ｕｎｄｅｒｃｒｏｓｓｉｎｇ Ｅｘｉｓｔｉｎｇ Ｍｅｔｒｏ Ｓｔａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｚｅｒｏ—ｃｌｅａｒａｎｃｅ ＹＵ Ｊｕｎ （Ｔｈｅ ２ｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ Ｔｕｎｎｅｌ Ｇｒｏｕｐ，Ｓａｎｈｅ ０６５２０１，Ｈｅｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｒｕｎｎｉｎｇ ｔｕｎｎｅｌ ｏｎ ｌｉｎｅ ６ ｏｆ Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｍｅｔｒｏ ｕｎｄｅｒｅｒｏｓｓｅｓ Ｄｏｎｇｓｉ Ｓｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｌｉｎｅ ５ ｏｆ Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｍｅｔｒｏ ｗｉｔｈ ｚｅｒｏ ｃｌｅａｒａｎｃｅ．Ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒｕｎｎｉｎｇ ｔｕｎｎｅｌ，ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｍａｄｅ，ｆｉｅｌｄ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｉｓ ｃｏｎｄｕｃ— ｔｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅ ｉｓ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ．Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｕｃｔｒｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒｕｎｎｉｎｇ ｔｕｎｎｅｌ ｏｎ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｓｔｕｃｔｒｕｒｅ ｉｓ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ ｄｒａｗｎ ａｒｅ ａｓ ｆｏｌｌｏｗｓ：１）Ｆｕｌｌ—ｆａｃｅ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｃａｎ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｔｏ ｂｅ ｔｕｎｎｅｌｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ，ｗｈｉｃｈ ｉｎ ｔｕｒｎ ｒｅｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ Ｍｅｔｒｏ ｓｔａｔｉｏｎ；２）Ｔｈｅ ｊａｃｋｓ ｉｎｓｔａｌｌｅｄ ｃａｎ ｐｒｏ— ｖｉｄｅ ｓｕｐｐｏｒｔ ｔｏ ｔｈｅ ｆｌｏｏｒ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ Ｍｅｔｒｏ ｓｔａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈ ｇｕａｒａｎｔｅｅｓ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ ｏｆ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｓｔｕｃｔｕｒｅ ｔｒｏ ｂｅ ｗｉｔｈｉｎ ３ ｍｍ． ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｕｎｎｅｌ；ｕｎｄｅｒｃｒｏｓｓｉｎｇ ｗｉｔｈ ｚｅｒｏ—ｃｌｅａｒａｎｃｅ；ｆｕｌｌ—ｆａｃｅ ｄｅｅｐ—ｈｏｌｅ ｇｒｏｕｔｉｎｇ；ｊａｃｋ ｓｕｐｐｏｒｔ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ０ 引言 伴随着我国城市地下交通工程的迅速发展，城市 地下工程线路的网络化建设成为必然。由于网络化建 邻近建筑物的影响，提出了安全管理的程序、方法及建 筑物的一般保护措施；陈星欣等 对隧道下穿既有结 构引起的地表沉降标准进行了研究。根据已掌握的资 料，目前国内对于隧道零距离下穿既有结构的研究不 多，特别是零距离下穿地铁车站结构。鉴于此，本文以 设会引起新建线路和既有线路交叉，新建隧道近距离 甚至零距离下穿既有隧道的工程案例逐渐增多。为了 保证既有线路的安全运营，在施工过程中需要严格控 北京地铁６号线东四站一朝阳门站区间隧道下穿既有 ５号线东四站为背景，对穿越段施工方案进行了优化， 制既有结构的沉降。以北京地区为例，穿越施工引起 的既有结构最大沉降值要求控制在３ ｍｍ以内，这给 并分析总结了穿越施工对既有结构的影响，以期为类 似工程提供参考。 施工带来了很大难度。 目前，城市隧道近距离下穿对既有建筑物产生的 ｌ 工程概况 新建北京地铁６号线呈东西走向，其中东四站一朝 影响，主要是针对具体工程，通过现场监测、数值计算 等手段对下穿过程中的开挖支护方案、地层加固措施 等进行分析优化¨一 Ｊ。骆建军等 研究了地铁施工对 收稿日期：２０１２—１０一ｌ９；修回日期：２０１２一¨一１９ 阳门站区间隧道西起东四路ＶＩ，沿线下穿既有地铁５号 线东四站，沿朝Ｉ￣Ｅｌｆｌ内大街敷设，到达朝阳门站，新建区 作者简介：于军（１９８３～），男，辽宁营口人，２００９年毕业于河南理工大学土木工程专业，专科，工程师，现从事现场施工工作。 第１期 于军： 浅埋暗挖隧道零距离下穿既有地铁车站施工方案优化研究 间隧道覆土厚度为２０—２４ ｍ。既有５号线东四站呈南 壁导坑法等开挖方法，并辅以超前小导管注浆、大管棚 北走向，南北两端为单层三跨明挖结构，中部为单层三 连拱暗挖结构，结构最大高度１０．６１ ｍ，最大宽度 ２３．８６ ｉｎ，上部覆土１２．６８ ｍ，北高南底呈３％ｄ９￣度。 新建隧道下穿既有地铁５号线下穿段里程为Ｋ１３＋ １１９．３～＋１５３．１，共约３３．８ ｍ，和既有车站的平面交角 为９１。０１ ２Ｏ ，基本呈垂直下穿。穿越位置位于既有车站 注浆、帷幕注浆等辅助地层加固方法。 新建６号线东四站一朝阳门站区间隧道采用浅埋 暗挖法施工，在穿越既有结构时，设计断面为平顶直墙 形式，开挖尺寸为７．１ １ＴＩ Ｘ ８．７ ｍ（宽×高）。虽然开挖 断面尺寸相对较小，但是根据《北京地铁６号线穿越 既有地铁５号线东四站结构及轨道安全性影响评估》 报告，施工过程中，需要将既有结构底板的最大沉降值 暗挖段偏南侧，距离南侧变形缝约７ ｍ，采用区间隧道 顶部紧贴既有车站底部方式零距离下穿。新建隧道与 既有线路的位置关系如图１所示。 和最大水平变形值分别控制在３ ｍｍ和ｒ １．５ ｍｍ。高 等级的控制要求给施工带来了挑战，施：［方案的确定 ：：ｌ 新建６号线东四站 【ｂ）剖面图 图１ 新建隧道与既有线路的位置关系 Ｆｉｇ．１ Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｒｕｎｎｉｎｇ ｔｕｎｎｅｌ ａｎｄ ｅｘｉｓｔｉｎｇ Ｍｅｔｒｏｓｔａ— ｔｉｏｎ 根据勘察资料，下穿段地层主要为：隧道顶部及 上半断面为粉细砂、中粗砂层，下半断面为圆砾一卵石 层，底板局部穿越粉质黏土、黏土及粉土层。新建区间 隧道位于承压水以下，结构底板位置的承压水头高达 ６～７ ＩＴＩ，且承压水含水层透水性好，补给充分，需要降 水并通过全断面注浆止水。 ２施工方案优化 ２．１设计方案 由于地下结构采用的开挖方式不同，对地层和既有 结构产生的扰动也不同，进而产生不同的地层或结构变 形。浅埋暗挖隧道施工方法比较灵活，可以根据地层条 件、开挖面积、隧道埋置深度、周围环境条件和地层或既 有结构变形控制要求，采用全断面法、台阶法、中隔壁法 （ＣＤ法）、中隔壁交叉临时仰拱法（ＣＲＤ法）和单（双）侧 首先必须满足结构变形的控制要求，确保既有车站的 安全运营，然后再考虑施工进度和工程造价。 根据设计要求，隧道穿越段需要采用全断面帷幕 注浆加固地层，注浆孔长３４ ｍ。隧道上半段粉细砂地 层注超细水泥浆，下半段砂卵石地层注普通水泥浆。 注浆加固范围为开挖轮廓线两侧２ ｍ，开挖面内注浆 孔间距５０ ｍｍ，开挖面外注浆孔间距２５０ ｍｍ。双线隧 道采用ＣＲＤ法开挖，先后施工，单洞通过，即左线开挖 贯通后再开挖右线。 ２．２优化方案 由于工期紧张，为了加快施工进度，需对设计方案 进行优化，即采用双线对称同时开挖穿越既有车站。 考虑到双线隧道同时施工对既有车站影响的相互叠 加，为了控制既有车站底板结构的最大沉降值，优化后 仍进行全断面注浆、ＣＲＤ法开挖隧道。开挖步距 ０．５ Ｉｎ，注浆孔深度、间距不变，注浆范围扩大至隧道 两侧３ ＩＴＩ，同时间距２ ｉｎ设置型钢拱架，并在侧墙和中 隔壁顶部设置千斤顶，待初期支护一侧封闭成环后，立 即施加预顶力，控制后续沉降。双线隧道右线与左线 沿中心线对称布置，双线隧道净距为１０．５ ｍ，千斤顶 的最大顶力不超过８０ ｔ。注浆范围和垂直断面内千斤 顶、锁脚锚管的布置如图２所示。 既有车 底板 千斤顶一，｜ ／ ① ③ 锁 ９锚管／ 围轮 紫 ⑦ ④ 图２左线隧道开挖顺序及千斤顶布置 Ｆｉｇ．２ Ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｏｆ ｌｅｆｔ ｔｕｎｎｅｌ ｔｕｂｅ ａｎｄ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ ｏｆ ｊａｃｋｓ 隧道通过后进行回填注浆，同时根据既有结构沉 降值监测情况进行动态补偿注浆。补偿注浆仍利用回 填注浆管，采用水泥浆，压力不大于１ ＭＰａ。 第１期 于军： 浅埋暗挖隧道零距离下穿既有地铁车站施工方案优化研究 可见，由于全断面注浆加强了区间隧道穿越段周 围地层的黏聚力、内摩擦角和弹性模量，因此，能够显 算结果进行了对比验证，得到了以下结论。 著控制既有车站结构的沉降，使其最大沉降值 （２．６４ ｍｍ）比不注浆（３．９８ ｍｍ）降低了３３．７％。 在侧墙和中隔壁顶部以２ ｍ间距设置千斤顶后， 对既有车站底板施加了顶力，因此，采用双线对称开挖 仍能使既有车站底板的最大沉降值比单洞开挖低，降 幅约为１ １．７％，不仅使既有车站结构的最大沉降值满 足３ ｍｍ的设计控制要求，而且加快了施工进度。 由图４可知，单洞通过全断面注浆加固地层时， １号、３号导洞开挖引起的既有车站结构沉降值分别 占最终沉降值的１９．７％和３８．６％。由于隧道开挖 对既有车站影响的相互叠加，后行洞开挖将会使既 有结构的最大沉降值增大约２２％。采用对称开挖， 千斤顶顶撑支护后，３号导洞开挖引起的车站结构沉 降值占最终最大沉降值的５０．６％，是施工过程中沉 降控制的关键。 隧道穿越施工对既有车站结构的影响范围约为隧 道开挖轮廓线外３０ ｍ左右，约为４．２ Ｄ（Ｄ为区间隧道 洞径），采用全断面注浆加固地层能够显著减小穿越 施工对既有车站结构的影响范围。 ４现场监测结果分析 北京地铁６号线东四站一朝阳门站区间隧道零距 离下穿既有５号线东四站，采用了优化后的施工方案， 即全断面注浆加固地层，左右线同时对称开挖，并以 ２ ｍ间距在侧墙和中隔壁顶部设置千斤顶。施工过程 中，在既有车站结构底板布设测点进行监测，监测结果 不仅可以预判施工过程中可能出现的问题，确保既有 车站结构的安全运营，而且能够指导施工。 千斤顶的存在，一方面保证了初期支护和既有车 站结构底板密贴，起到了传力作用；另一方面通过施加 预顶力对既有结构底部土体的应力释放进行弥补，进 而有效地控制了既有结构的沉降。施工过程中，根据 既有车站结构沉降的监测结果，及时对千斤顶的预顶 力进行调整，最大值约为６０ ｔ。 图６为穿越段施工结束后，通过数值模拟计算出 的既有车站结构底板沉降值与实际监测结果的对比。 比较可知，数值计算结果和现场监测数据得到的既有 车站结构沉降规律基本一致，数值计算中，车站结构的 最大沉降值（２．３３ ｍｍ）比现场监测结果低约８．２％， 验证了数值计算结果的可靠性。 ５结论与讨论 本文以北京地铁６号线东四站一朝阳门站区间隧 道零距离下穿既有５号线东四站为背景，通过数值计 算，对施工方案进行优化，分析了浅埋暗挖隧道零距离 穿越施工对既有结构的影响，通过现场监测，对数值计 图６现场监测数据和数值计算结果对比 Ｆｉｇ．６ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｔｒａｓｔ ｂｅｔｗｅｅｎ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｄａｔａ ａｎｄ ｃａｌ— ｃｕｌａｔｅｄ ｄａｔａ １）全断面注浆能够显著提高穿越段的土体强度， 有效地降低了既有地铁车站的沉降变形。 ２）采用千斤顶顶撑对既有结构底板提供支撑反 力，了既有结构的沉降变形，减小了穿越施工对既 有结构的影响范围，确保既有结构的最大沉降值满足 控制要求。 ３）双线隧道对称开挖施工时，内侧上导洞开挖引 起的既有车站沉降值占最终最大沉降值的５０．６％，是 施工过程中沉降控制的关键。 ４）数值计算结果和现场监测数据得到的既有车 站结构沉降规律基本一致，这不仅验证了数值计算结 果的可靠性，而且证实了采用双线隧道对称开挖辅以 全断面注浆和千斤顶顶撑能够确保穿越施工对既有车 站的影响满足控制要求。 对于采用千斤顶顶撑控制既有结构拘沉降，目前 均采用经验估算千斤顶撑力，并通过实际监测调整。 为了控制既有结构的沉降，尚需开展千斤顶撑力大小 的理论计算模型研究。 参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）： ［１］ 李俊光，黄鑫，杨小礼．城市隧道下穿电缆隧道时的数值计 算分析及变形沉降预测［Ｊ］．铁道科学与工程学报，２００８ （１）：７２—７５．（ＬＩ Ｊｕｎｇｕａｎｇ，ＨＵＡＮＧ Ｘｉｎ．ＹＡＮＧ Ｘｉａｏｌｉ． Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓｕｂｗａｙ ｌｏ— ｃａｔｉｎｇ ｕｎｄｅｒ ｃａｂｌｅ ｔｕｎｎｅｌｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｒａｉｌｗａｙ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００８（１）：７２—７５．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）） ［２］ 午向阳，蒋全宗，飞，等．大断面隧道下穿高速公路施 工方案优化研究［Ｊ］．铁道建筑，２０１０（１ １）：４４—４６． ［３］汪春生．新建地铁隧道下穿既有地铁施工技术［Ｊ］．都市 快轨交通，２０１０，２３（１）．：９２—９４，９８．（ＷＡＮＧ Ｃｈｕｎｓｈｅｎｇ． Ｎｅｗ ｍｅｔｒｏ ｔｕｎｎｅｌ ｔｏ ｕｎｄｅｒ—ｐａｓｓ ａｎ ｅｘｉｓｔｉｒ￣ ｇ Ｍｅｔｒｏ ｔｕｎｎｅｌ ［Ｊ］．Ｕｒｂａｎ Ｒａｐｉｄ Ｒａｉｌ Ｔｒａｎｓｉｔ，２０１０，２３（１）：９２—９４，９８． （ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）） ２６ 隧道建设 第３３卷 港珠澳大桥创多个世界之最 最长：港珠澳大桥全长５ ６６４ ｍ的海底隧道，由３３节钢筋｝昆凝土结构的沉管对接而成，是世界上最长的海底沉管隧道。 最大：沉管隧道浮在水中的时候，每一节的排水量约７５ ０００ ｔ，而辽宁号航母满载时的排水量也只有６７ ５００ ｔ。 最重：沉管预制由工厂化标准生产，使用钢筋量相当于埃菲尔铁塔。在这７５ ０００ ｔ的沉管下面，是预先安装好的２５６个液压千 斤顶。 最精心：海上的气候条件，很大程度上决定了沉管浮运和对接的成败。工程方一年多前就与国家海洋局海洋环境预报中心合 作，做精细化、小区域的海洋环境预报，每天坚持监测预报，花费达３ ０００万元，只为每个沉管找两三天的作业时间。 最精细：在沉管隧道安装之前，还要在挖好的基槽中做碎石基床基础，即要在４０ ｍ深的海底，铺设一条宽４２ ｍ、厚３０ ａｍ平坦 的“石褥子”，而这条“石褥子”的平整度误差要控制在４ ａｍ以内。 最精准：春节过后，一旦找到合适的时间，堪称世界最大难度的“深海之吻”就将开始，沉管在海平面以下１３—４４ ｍ的水深处 无人对接。对接在环境复杂的海底进行，受多种环境介质影响，共需对接３３次，耗时３年。沉管连接处橡胶止水带可用１２０年，对 接误差控制在２ ｃ：ｍ以内。 （摘自中国土木工程学会网站ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｃｅｓ．ｎｅｔ．ｃｎ／ｇｕｉｌｄ／ｓｉｔｅｓ／ｔｍｘｈ／ｒｅａｄ—ｚｈｘｗ＿３８１４７．ｈｔｍｌ ２０１３—０ｌ一２８） 济南计划投资４１０亿元建轨道交通 在４２０１３年全市重点前期项目计划安排表》上，济南市轨道交通建设项目位列７个基础设施建设项目第３位。该安排表上还注 明，轨道交通建设对泉水影响研究和轨道交通线网规划已经完成并通过专家评审，总规模１０８ ｋｍ，待批复市轨道交通近期建 设规划后，将尽快办理前期各项手续，争取早日开工建设，该建设项目计划总投资４１０亿元。 （摘自济南时报ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｊｎｔｉｍｅｓ．ｃｏｎ．ｃｎ／２０１３一ｏ１—０９）
