（武漢新業(yè)人力資源服務(wù)有限公司， 湖北 武漢 430063）

隨著國家地鐵建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，暗穿下挖即帶有隧道的地鐵結(jié)構(gòu)工程的建設(shè)也是越來越多，隨著城市軌道交通線網(wǎng)的日益密集，地鐵站的環(huán)境也是越來越復(fù)雜。而暗穿下挖式地鐵的建設(shè)對于軌道交通來說也是局勢所需。因此，國家應(yīng)加強(qiáng)對暗挖下穿既有隧道的地鐵車站重要程度認(rèn)知，分析有隧道的地鐵車站結(jié)構(gòu)對于地鐵工程的建設(shè)和發(fā)展有重要意義。

一、當(dāng)?shù)氐罔F工程概況

（一）以當(dāng)?shù)氐罔F工程為例，湖北省武漢市的地鐵四號線是武漢市地鐵開設(shè)的第三條運(yùn)營路線，也是國家第二個穿越了長江的地鐵路線。線路共途徑武漢市武昌區(qū)、漢陽區(qū)和洪山區(qū)這三個中心區(qū)域，一共銜接了武漢市火車站與武昌火車站兩大鐵路樞紐站。武漢地鐵四號線與武漢地鐵一號線和武漢地鐵二號線構(gòu)成了一個大大的“工”字。[1]武漢地鐵四號線與武漢地鐵二號線在武漢中南路站和武漢洪山廣場站實(shí)現(xiàn)了連續(xù)同站臺換乘運(yùn)營模式，成為中國首位同站連續(xù)運(yùn)營的換乘車站。

（二）通過相關(guān)專家分析得出，武漢四號線地鐵路口車站內(nèi)部分布的地質(zhì)層巖層傾角為 65。，傾向為 275。，車站的地貌屬于丘陵區(qū)斜坡式地貌，無具體統(tǒng)一的地下水位。地下水的組成主要是基巖層裂隙水和松散層孔隙水。由于地下水受氣候和降水因素影響使得孔隙水在填土厚度小的地區(qū)水量有限制，在填土厚度大的地區(qū)孔隙水較大。具體參考以下地質(zhì)情況表1。

表1 地質(zhì)地層情況表

（三）武漢市四號線地鐵工程的土層劃分情況為人工堆積層（Qml）、晚更新世紀(jì)沖洪積層(Q3pl+al)和全新世紀(jì)沖洪層（Q4pl+al）這三類土層。[2]其主要構(gòu)造為從上而下的順序：①粉制土—①1雜填土—③粉土—③1粉質(zhì)粘土—③2黏土—④粉質(zhì)粘土—⑥粉質(zhì)粘土—車站地板（注：文字前序號代表數(shù)量或份數(shù)）。場地范圍下四層地下水分布：上層滯水—潛水—車站樓板中間層—層間水—承壓水—車站底板1m。

二、暗挖下穿的地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

（一）結(jié)構(gòu)設(shè)計工序

暗挖下穿的車站結(jié)構(gòu)是帶有隧道的構(gòu)建結(jié)構(gòu)，對于這類地鐵的施工方案常用的有三種類型：蓋挖法、明挖法和礦山施工法。對于暗挖下穿的隧道施工工程，在保證設(shè)計施工的結(jié)構(gòu)安全前提，嚴(yán)格控制地層沉降的現(xiàn)象發(fā)生。湖北省武漢市地鐵車站為地下暗挖式車站，采用小導(dǎo)管注入漿體來加固整個地層和中洞施工CRD施工法，中洞開挖后進(jìn)行支護(hù)，之后鋪建防水底板層和架構(gòu)底縱梁與結(jié)構(gòu)底板，這個過程要注意鋼筋的搭接長度和防水層的預(yù)留；接下來，在中洞內(nèi)部構(gòu)建鋼管混凝土柱、底縱梁和中縱梁、中板，鋪設(shè)拱部結(jié)構(gòu)、拱部防水層和頂縱梁，把中洞內(nèi)原有臨時支護(hù)拆除，中洞的施工完成。兩側(cè)洞的實(shí)施辦法是采用臺階法進(jìn)行挖掘，用小導(dǎo)管輔助完成加固施工，在兩側(cè)洞內(nèi)布置邊墻防水層并鋪設(shè)底板，完成部分邊墻結(jié)構(gòu)和底板的建筑，側(cè)洞內(nèi)施工與洞內(nèi)連接的內(nèi)中板相連接，繼續(xù)增加兩側(cè)洞內(nèi)的邊墻和拱部防水層的結(jié)構(gòu)，與中洞內(nèi)部結(jié)構(gòu)完成銜接，當(dāng)兩次砌建完成后拆除之前所有的臨時支護(hù)結(jié)構(gòu)，最終完好主體結(jié)構(gòu)的構(gòu)建。[3]

（二）地鐵總體結(jié)構(gòu)構(gòu)建方案

由于武漢市的地貌特點(diǎn)，為了有效控制隧道的沉降現(xiàn)象發(fā)生，將車站設(shè)計成拱頂式車站，在車站與隧道間留有一定的安全距離，隧道的底板深埋度約為13.5cm，留5cm的安全距離之后，車站的頂板深埋度就應(yīng)是18.5cm，這個數(shù)值的深埋量會使得車站樁基礎(chǔ)壓力過大和地基承載力f值的有限增長，最后結(jié)果會導(dǎo)致工程風(fēng)險和設(shè)計難度的增加。5cm的安全距離很難保證車站施工時隧道的沉降值≤55mm，隧道中墻與邊墻沉降值≤9mm。因此，可以將車站設(shè)計成平頂直墻斷面的結(jié)構(gòu)模式，將車站頂板緊密貼合隧道底板，這樣可以有效降低設(shè)計荷載和深埋的減小及車站結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸的減小。另外，車站頂板密貼隧道的結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅能夠形成隧道的主要支頂，同時有效減小了隧道的機(jī)構(gòu)沉降率。

（三）地鐵隧道結(jié)構(gòu)控制標(biāo)準(zhǔn)分析

圖1 地鐵車站施工對地鐵結(jié)構(gòu)的總體影響說明圖

由上圖的說明可以看出新地鐵工程的建設(shè)對原有的地鐵結(jié)構(gòu)會造成一系列的影響。在施工過程中由于地層的損失和挖掘機(jī)器的擾動以及地鐵隧道的移動和變形，會引起隧道的凈空產(chǎn)生變化，隨之而來的就是隧道內(nèi)的軌道發(fā)生變形和移動。因此，為有效避免線路的變形和軌道的移動現(xiàn)象發(fā)生，對于地鐵隧道結(jié)構(gòu)的變形進(jìn)行一定的控制是問題的關(guān)鍵，解決變形的沉降和兩側(cè)變形的差異沉降是地鐵軌道建設(shè)結(jié)構(gòu)變形控制的重點(diǎn)和核心。[5]為制定合理的地鐵建設(shè)結(jié)構(gòu)變形控制標(biāo)準(zhǔn)，在施工前通過對地鐵現(xiàn)有結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的評估和檢測，得出相關(guān)數(shù)據(jù)。對混凝土外觀、混凝土裂縫、混凝土碳化深度、混凝土強(qiáng)度、鋼筋保護(hù)層厚度、混凝土堿含量、混凝土氯離子檢測以及鋼筋銹蝕情況等各方面都進(jìn)行了仔細(xì)的檢查。依據(jù)相關(guān)評估結(jié)果顯示現(xiàn)有的地鐵結(jié)構(gòu)是基本完好的。參考國外相似工程相關(guān)經(jīng)驗并結(jié)合檢測報告結(jié)果以及安全核算結(jié)果，經(jīng)過專家們的研究討論，最終確定了地鐵的隧道架構(gòu)沉降標(biāo)準(zhǔn)控制在40.5mm以內(nèi)，36.5mm是地鐵隧道結(jié)構(gòu)沉降的最低標(biāo)準(zhǔn)值和目標(biāo)值。

（一）因暗挖下穿隧道地鐵的建設(shè)是一道涉及到多道工序和多次受力結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換測試的重大工程，地鐵的后期程序都是由前期諸多程序累加而來的，所以對前期的每一道程序、其中的每一個步驟都要嚴(yán)格把控。要依照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)來把控沉降值，36mm是對現(xiàn)有地鐵隧道結(jié)構(gòu)沉降值的標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)現(xiàn)有的地鐵隧道結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和變形過程以及結(jié)構(gòu)變化分配的方法和原理，結(jié)合數(shù)值模擬計算進(jìn)行實(shí)驗的多次修正，同時對現(xiàn)有地鐵隧道架構(gòu)沉降標(biāo)準(zhǔn)控制進(jìn)行相應(yīng)的分解，確定好每個施工步驟的控制值，最終實(shí)現(xiàn)地鐵隧道結(jié)構(gòu)沉降階段性的控制。

三、暗挖下穿地鐵隧道架構(gòu)檢測和相關(guān)控制措施

（一）監(jiān)測系統(tǒng)和道床沉降實(shí)測分析

傳統(tǒng)的檢測系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)反饋和采集，并且在車區(qū)間高密度的環(huán)境下也很難實(shí)施。選用高密度自動化遠(yuǎn)程靜力水準(zhǔn)監(jiān)測系統(tǒng)對現(xiàn)有的地鐵隧道架構(gòu)進(jìn)行不間斷的實(shí)時監(jiān)測，可有效解決數(shù)據(jù)的及時采集和真實(shí)性。結(jié)合新地鐵站施工引起的沉降情況和地鐵隧道結(jié)構(gòu)以及軌道的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在現(xiàn)有地鐵結(jié)構(gòu)上設(shè)計了隧道結(jié)構(gòu)沉降、兩軌之間水平間距、軌道結(jié)構(gòu)沉降以及變形膨脹等監(jiān)測點(diǎn)。同時實(shí)際的監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計中發(fā)現(xiàn)，軌道中兩軌間的水平間距、變形膨脹和高差值等數(shù)據(jù)變化并不大，都在要求的控制標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)。但道床與隧道結(jié)構(gòu)的沉降比較大，最大沉降值主要發(fā)生在變形縫隙處，因此，總結(jié)以上陳訴，軌道變形縫隙處的施工是整個施工中需要控制的重中之重。由于地鐵隧道結(jié)構(gòu)的變形縫隙處剛度很小，隨著施工的推進(jìn)，隧道結(jié)構(gòu)會呈現(xiàn)出剛體特征，變行縫隙處會出現(xiàn)最大沉降值，容易將沉降線分割成若干條類似直線的線段。另外，由于道床剛度較小，隧道與道床之間無連接，沉降曲線為非線性曲線，這些因素的不協(xié)調(diào)直接導(dǎo)致變形縫隙處附近與隧道結(jié)構(gòu)和道床之間出現(xiàn)脫離現(xiàn)象，最大脫離值達(dá)12.8mm,最大脫離區(qū)域為7.1mm。[6]

（二）道床與隧道結(jié)構(gòu)問題處理措施

為了有效的保證地鐵隧道的施工順利和安全運(yùn)營，在隧道側(cè)洞施工前，可以對隧道與道床結(jié)構(gòu)之間的開脫部位進(jìn)行灌漿和加固。灌漿時采用漏斗法進(jìn)行高位灌輸，保證漿體有一定的壓力能夠進(jìn)入隧道與道床結(jié)構(gòu)之間開脫部位的縫隙之間，同時要注意灌輸期間不會出現(xiàn)因壓力過大而產(chǎn)生道床隆起現(xiàn)象。通過多次的實(shí)驗證明，漿液應(yīng)選擇經(jīng)過加工處理的CGM-3型高強(qiáng)和早強(qiáng)等無收縮性流態(tài)的罐裝漿液，在具有一定的擴(kuò)散性和流動性的環(huán)境條件下，在 2.5小時后滿足漿體強(qiáng)度≥16MPa。在整個灌漿實(shí)驗結(jié)束后，仔細(xì)觀察漿液是否完全填滿，加固效果是否良好，最后保證道床在車體運(yùn)營情況下是安全穩(wěn)定并且無任何問題的。

（三）地鐵隧道結(jié)構(gòu)沉降量問題處理措施

由于先期工程施工完畢導(dǎo)致的中洞結(jié)構(gòu)和中洞管棚之間的剛度過大，具備高壓性灌輸漿體條件，可以在新建地鐵車站結(jié)構(gòu)和地鐵隧道中的土體進(jìn)行抬升式灌漿，來彌補(bǔ)前期施工導(dǎo)致的損失。值得注意的是抬升式灌漿法要從導(dǎo)洞上的天梁兩側(cè)進(jìn)行實(shí)際灌輸漿體操作。注漿工程可以分五個區(qū)域進(jìn)行，一區(qū)和五區(qū)在軌道的外側(cè)，三區(qū)在軌道中間，二區(qū)和四區(qū)在軌道的正下方，運(yùn)用排灌進(jìn)行灌漿時灌漿管間距為0.6m,二區(qū)與四區(qū)之間灌漿管長2.6m,剩余區(qū)域灌漿管長度為3m。灌漿水灰比控制在0.95，漿體凝固時間為25分鐘左右，采用分階段式進(jìn)行低速度灌漿，將地鐵隧道車站結(jié)構(gòu)中側(cè)洞內(nèi)土體與中洞范圍內(nèi)土體進(jìn)行分割，對一區(qū)、三區(qū)和五區(qū)進(jìn)行再次灌漿，達(dá)到加固和止?jié){的作用。灌漿過程中出現(xiàn)漏漿情況時要及時補(bǔ)漿，防止土體沉降的現(xiàn)象發(fā)生，確保灌漿之后一個月時間內(nèi)地鐵隧道結(jié)構(gòu)最大抬升值達(dá)到16.5mm,并且左、右隧道結(jié)構(gòu)抬升率總體平穩(wěn)。

總結(jié)：

隨著國家各個城市地鐵建設(shè)的快速發(fā)展，對于暗挖下穿地鐵軌道的建設(shè)上，要保證建筑和人身安全以及地鐵運(yùn)營等多方面的安全性。暗挖下穿地鐵軌道的設(shè)計方案要充分考慮區(qū)域性條件、區(qū)域地質(zhì)和地形以及交通條件等多方面因素。

[1]焦健.暗挖下穿既有隧道的地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].工程建設(shè)與設(shè)計,2016(6):38-41.

[2]李國超.暗挖地鐵車站下穿既有地鐵隧道施工控制[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計,2015(36):1-2.

[3]李大為.暗挖地鐵車站下穿既有地鐵隧道施工控制[J].工業(yè) c,2015(29):343-344.

[4]趙英群.暗挖地鐵車站下穿既有地鐵隧道施工控制[J].信息化建設(shè),2015(8):2-3.

[5]王春希.暗挖隧道下穿既有站沉降控制措施[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計,2014(6):107-110.

[6]王興波.復(fù)雜條件下淺埋暗挖隧道下穿既有車站方案研究保留原生上標(biāo)[J].科研,2016(12):00166-00170.