左翔中
中咨工程管理咨询有限公司北京100000
摘要：随着城市地铁轨道路线的新建与运营,出现了很多上穿或下穿既有路线建筑物的工程,产生新建与既有铁路的相互交错关系,必然会遇到新建地铁隧道近距穿越既有线路或既有车站、新建车站近距穿越既有线路或既有地铁车站以及平面交叉穿越或邻近侧穿等复杂工况,同时就会出现对既有建筑物、市政管线及地面附属设施产生沉降塌陷破坏等一系列环境问题尤其,新建盾构隧道下穿既有建筑物车站主体结构影响风险度高,微小的土体扰动将会对既有运营车站产生较大影响。为了有效预防和控制地铁隧道施工对既有地铁车站的不均匀沉降的影响，针对工程的具体地质状况，对既有车站的沉降做出可靠的预测，并依此来调整施工方案，采取有效措施控制沉降。随着城市轨道交通网络的密集化,地铁车站施工将越来越多地面临密贴下穿既有线的难题。基于此，本文以城市地铁既有线下穿隧道项目为例，对既有线情况进行介绍，分别从沉降预测、超前支护、加固注浆、隧道施工、测量监控等方面，阐述此项目施工技术的具体应用。
关键词：下穿既有线；地铁隧道；车站；施工技术
1项目概况
1.1项目介绍
此项目为某市地铁隧道下穿既有线施工项目。车站整体埋深为10m，既有车站和区间隧道的拱顶间距为0.55m，隧道平面和车站的方向垂直。在隧道施工环节使用暗挖喷锚方式。下穿隧道的宽度为6.3m，隧道高度为6.6m，隧道栅格间距为50cm，开挖施工环节使用临时仰拱和台阶法配合施工。使用C20的混凝土进行初支喷射，混凝土喷射厚度为300mm，内衬C40混凝土300mm，控制其防渗等级为P12。在防水卷材的选择方面使用1.2mm厚的自粘胶模。
1.2既有站介绍
该项目中既有站长度180m、宽度22m、埋深10.22m，为南北走向的岛式车站。整体结构为3拱2柱型复合衬砌支护结构，在初期支护施工时，使用栅格钢架、C20混凝土，以网喷形式展开支护，厚度30cm；在衬砌层中使用C30型防水混凝土，施工厚度为50cm两次支护、衬砌层间使用防水层，在顶梁部分使用型钢和混凝土组合结构，底梁使用钢筋混凝土，在柱结构方面使用双排管类型混凝土结构。经勘查，该车站地表下方50m范围内为间层潜水，有大量卵石层，因此具有良好的透水性，水位标高在20.46m～22.32m，缺少隔水层，导致地下水、卵石层之间存在连通承压水。
2地铁隧道近距离下穿既有车站施工技术
2.1加强地质审查预报
就当前新建地铁隧道下穿既有车站施工来讲，施工人员需要对地质调查、施工方案的制订审批、监控量测等环节进行质量控制，以保证地铁隧道施工的质量。而在地铁隧道下穿既有车站施工地质调查环节中，施工人员需要按照国家隧道施工修建标准进行地质调查，以提高隧道修建质量。施工部门在进行地铁隧道下穿既有车站施工前可先派遣专业的地质勘查人员对隧道施工地点地质情况进行勘察，了解施工地点的地质情况是否满足施工要求及施工中可能出现的地质问题，并将调查数据形成表格交给上级管理部门，为管理部门制订施工方案提供帮助。其次，地铁隧道施工部门应及时与高速公路隧道施工单位联系，寻求其当初高速公路隧道施工时的施工图纸以及施工预案，为地铁隧道施工提供帮助，避免地铁隧道下穿既有车站施工中出现影响高速公路的地质问题。通过这种加强地质调查预报的措施，可以有效提高地铁隧道下穿既有车站施工质量。
2.2沉降预测技术
既有站隧道施工环节，沉降预测环节十分重要，合理选择技术应用，可准确预测出隧道施工地表沉降情况。常用的分析方法有经验公式、理论分析、数值模拟三种，该项目使用经验公式方法。此方法最初由Peck教授1969年提出，根据实验数据，对隧道施工地面沉降展开预测，他认为横向沉降的分布和正态曲线相类似。并提出如下公式：
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上述公式中，S(x)代表距隧道中心x米位置产生的地表沉降值，单位是m；Smax代表隧道的中心线最大地表沉降量，单位m；iv代表单位长度的地层损失量，单位为m3；i代表地面沉降槽的实际宽度，单位m。
使用此公式计算沉降的关键参数是Smax和i，因此应对以上参数进行准确预测。沉降量和工程实际的水文、地质、施工方案、管理水平和技术水平等相关。其中最主要的因素是项目地质条件。对此Farmer提出使用公式：
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公式当中，K代表沉降槽的宽度参数，和工程土质相关，该项目中取值0.36～0.60；Z0代表隧道的轴线和地面之间的垂直间距，单位为m；H代表隧道实际的覆土厚度，单位为m，该项目中取值15.20m；R代表隧道的等效半径，单位为m，本项目中取值3.30m；Φ代表覆土内摩擦角，施工地层的损失率处于0.22%～3.00%之间。
该项目隧道顶部含有中砂层，分析地表沉降环节，按照土体不排水的抗剪强度情况进行分析。开挖环节使用台阶法，控制台阶间距为5m。先进行隧道左线的开挖施工，控制栅格间距0.5m，并且左右线的撑子面间距为20m，因此施工环节地表沉降量为隧道沉降叠加值。使用上述计算方法，计算轴线位置的地表沉降值为42.33mm；距离轴线2m位置的地表沉降值为41.17mm；距离轴线4m位置的地表沉降值为39.67mm；距离轴线6m位置的地表沉降值为35.58mm；距离轴线8m位置的地表沉降值为32.63mm；距离轴线10m位置的地表沉降值为30.81mm；距离轴线12m位置的地表沉降值为29.42mm[1]。
2.3超前支护技术
施工环节，防止开挖隧道过程导致施工区周围岩体发生松动，导致既有站出现大幅度沉降，使用大管棚对于掘进开挖作业面上方的外轮廓进行超前支护。使用长度为25m、厚度为6mm、直径为108mm的管棚，相邻管棚之间的间距控制在300mm。先将其打入土体当中，之后向管内注浆，保证其和周围岩体之间紧密连接，同时注浆工序还可增强管棚刚度。实际施工时，应按照试验的参数值，合理控制钻进施工，保证钻进深度和角度合理，防止出现塌孔问题。使用型号为φ108mm×6mm的无孔钢管以及钢花管、I18型钢作为支架，内衬C25砼套拱、C25砼作为衬砌材料。
2.4加固注浆技术
施工到下穿隧道工段之前，需要使用深孔注浆方法，对既有站周围土体展开加固，施工区域为隧道轮廓向外侧加固3m，纵向位置的加固程度为35m，底板位置向下加固3m。注浆之后，保证开挖面的土体侧方强度>0.5MPa，周围强度>1.0MPa。在底板位置使用细泥浆，下方使用普通泥浆。施工环节使用双管注浆，在距离端头位置的2m位置设置止浆墙，保证循环施工长度为12m。2次加固2次循环，首次加固底板上方位置，二次加固底板下方位置，所有的加固泥浆都使用普通泥浆工。在深孔注浆环节，应将注浆位置设置在掌子面上方，并设置成“扇形”，以环向位置设置4排注浆孔，周围孔和上方倾斜角处于0～12°之间，间距控制在距离末端1m之内，确保每个断面的拱部结构符合注浆设计要求。
2.5隧道施工技术
隧道施工环节，应保证技术参数的选择合理，防止施工环节影响既有站的运营。下穿隧道施工之前，应先展开>15m的试验施工段，合理确认管棚支护加固参数。针对既有站相邻10m范围的隧道，使用栅格钢架，设置纵向加密筋，同时在台阶位置增设临时仰拱。在拱脚、侧墙的连接位置设置锚管锁脚，设置过程控制锁脚长度、角度、间距和数量等，并在其中注入泥浆，控制注浆压力为0.4～0.6MPa之间。完成初期的支护施工之后，形成封闭环，及时在初支位置压住泥浆。边开挖、边注浆，施工环节遵循注浆紧贴初支围岩的原则，控制纵向注浆距离3m，横向注浆间距2m，保证压力≤0.5MPa。待二衬的混凝土强度超过设计强度75%时，展开初支、二衬间注浆。注浆环节选择和二衬施工相同型号的泥浆，保证注浆管的纵向间距为5m，横向间距为3m，控制注浆压力≤0.2MPa。此外，还需注意所有注浆管需要使用DN25型号的管材，并按照“梅花形状”设置。
隧道施工时，还需使用轻型的地质钻机钻孔，对存在异常的掌子展开探测，确认开挖施工区域周围的土体是否存在地质突变、孔洞、水囊等灾害。钻探环节控制每个钻孔直径为100mm，1个断面中设置3个钻孔。此外，隧道施工时，应控制开挖距离，保证开挖距离为栅格钢架之间的间距，不可超挖，以免发生沉降风险。
2.6测量监控技术
既有线临近隧道施工过程的测量监控十分重要，可对隧道沉降、变形等进行实时监测。监测之前，需在既有站周边设置测控点，在隧道施工通过既有站时，增加监测频率，及时将监测数据向相关人员反馈，结合数据结果，合理调节隧道施工设计参数。具体的监测流程为，先进行测量放样，在既有线附近的区间隧道将测点位置放出，之后标记出来，安装测试元件和仪器，落实仪器的保护工作。
收集仪器的初始读数，安装、调试测点之后，在距离隧道工作面20m的距离，测量各个测点初始读数，及时记录。施工到距离测点10m的距离时，按照设计频率，测试测点数据，分析隧道结构沉降、变形等情况，获得拟合曲线，结果和经验公式预测的曲线值具有高度的相似性，能够保证施工安全。
3结语
总之，临近地铁既有线的隧道施工环节，应根据项目实际需求，合理选择沉降预测方法。该项目在施工环节利用经验法，完善施工方案的优化，合计施工环节，落实关键技术控制，保证施工的规范性，强化测量监控，提高项目的施工安全和质量。
参考文献
[1]马腾飞.新建地铁车站及隧道对临近既有地铁车站稳定性的影响研究[D].云南大学，2018.
[2]王斌.区间隧道下穿既有地铁车站的设计方案研究及施工技术分析[J].工程建设与设计，2017.