馮振魯，衣紹彥，楊景超

（1.中鐵十四局集團有限公司，山東 濟南 250014；2.北京市建設工程安全質量監(jiān)督總站，北京 100161）

隨著城市地鐵線網逐漸加密，新建地鐵線下穿既有線情況普遍增多，北京市2050 年軌道交通線路規(guī)劃圖中，地鐵車站、區(qū)間隧道等空間交錯結構的節(jié)點高達118 處。如何保證結構、道床、軌道及運營安全成為一項重點內容。

1 工程概況及工程難點

1.1 工程概況

北京地鐵16 號線蘇州街站與10 號線蘇州街站十字交叉點換乘，新建車站沿蘇州街路下南北向設置，與東西向10 號線蘇州街站呈十字交叉，見圖1。蘇州街站為端廳結構，中間段為單層雙跨平頂直墻結構，密貼下穿10 號線中洞法單層段，結構斷面寬度27.1m。下穿位置關系見圖1、圖2。

圖1 蘇州街站總平面圖

圖2 北京地鐵16號線密貼下穿既有線剖面圖

1.2 工程難點

1）為保證既有線運營安全，既有線變形控制值為沉降小于3mm，隆起小于2mm，且變形值為工程整個建設期的總體控制值，密貼下穿既有線施工階段變形控制值為沉降小于2.2mm，隆起小于2mm，變形控制難度非常大。據了解，某地鐵1 號線衛(wèi)星廣場站密貼下穿既有線底板最大沉降8.9mm，無法滿足北京地鐵運營公司的相關要求。

2）本工程下穿部位為10 號線車站單雙層段變形縫部位，結構變形更加復雜，差異變形控制難度很大，對于變形控制提出了更高要求。

3）本工程下穿既有線為平頂直墻單層雙跨結構，斷面寬度27.1m，高度8.7m，拱頂埋深23m，屬于超大斷面密貼下穿既有線，既有線變形控制難度很高。

2 類似下穿工程關鍵技術分析

通過搜集國內外文獻資料及工程調研，并對其關鍵技術優(yōu)缺點進行分析，部分密貼下穿既有站案例如表1 所示。

3 蘇州街站密貼下穿既有地鐵站

3.1 密貼下穿既有站方案模型比選

綜合已完成的多個密貼下穿案例，本工程采用“深孔注漿+1 000t 級千斤頂+超細水泥漿補償”技術控制既有線變形，通過專家調查，提出了兩種方案，第一種方案（即“L 型”冠梁方案）為將冠梁尺寸擴大，將千斤頂放置于冠梁頂部，頂板結構一次施作；第二種方案（即直接支頂方案）為頂板結構兩次施作，首先施作導洞內頂板結構，并將千斤頂放置于結構內，具體下穿形式見圖3、圖4。

為挑選更有利于既有線結構變形的方案，我們采用邁達斯Civil 有限元計算軟件，建立三維“荷載-結構”模型。其中既有線單層段結構全長26.0m；雙層段考慮邊界效應，自變形縫處取7 跨進行計算。由于變形縫的存在，認為二者在邊界上是獨立的，分別采取不同的邊界約束條件。

圖3 “L型”冠梁方案斷面圖

圖4 直接支頂方案斷面圖

通過計算對比發(fā)現當采用“L”型冠梁方案時，雖然結構傳力途徑簡單，施工上也能很快形成支頂，但該方案加大了既有線結構的跨度，且容易造成千斤頂的偏心。從結構受力和撓度變形的角度分析，均會引起二者不同程度的增大，不利于既有線結構的安全性和穩(wěn)定性，故我們采用直接支頂方案。

3.2 工程施工步序

工程主要施工步序如圖5。

表1 部分地鐵下穿既有線工程典型案例

圖5 主要施工步序示意圖

d～h 過程中千斤頂進行智能主動頂升控制既有站變形。

4 關鍵技術

4.1 全斷面超前深孔注漿

開挖期間，由于對地層的擾動，導致地層應力重分布，對既有線變形產生了很大影響，此時千斤頂智能控制系統(tǒng)未成形，必須利用一定措施減弱開挖影響。全斷面深孔注漿施工工藝簡單可靠，主要目的是固結地層，注漿壓力不宜過大，防止造成既有車站隆起。

4.2 智能千斤頂控制變形

4.2.1 智能千斤頂控制的理論基礎

智能千斤頂利用大量級千斤頂，布置于既有站底板梁下，通過支頂既有站底板梁，達到控制既有站變形的目的。按照全土柱和既有站結構本身自重進行荷載驗算，要求千斤頂頂力能夠滿足將上述荷載要求。

由于工程埋深大、斷面大、上部荷載大，故本工程采用了1 000t 級千斤頂，在拱頂二襯結構內設置20 臺1 000t 級千斤頂，通過PLC 系統(tǒng)智能控制。首先，對暗挖工程范圍內的主體進行深孔注漿加固，減少前期既有線變形。開挖導洞完成后，在導洞內施作樁基、冠梁。隨后安放千斤頂并進行導洞內二襯結構施工，達到設計強度后，通過控制系統(tǒng)對千斤頂進行頂升操作，如圖6。

圖6 千斤頂主動變形控制斷面圖

4.2.2 千斤頂的主要性能

1）同步頂升設備同步精度小于0.2mm，且應滿足監(jiān)測方案提出的精度要求，千斤頂須具備電磁球閥保壓鎖定裝置。

2）具備同步頂升、獨立頂升、聯調聯動、同步伺服施工條件。

3）千斤頂工作參數：噸位不小于1 000t，行程不小于10cm。

4.2.3 千斤頂主動控制方案

1）邊導洞千斤頂預壓頂升階段 邊導洞內圍護樁、樁頂托梁、襯砌結構施工完成且達到設計強度后，進行邊導洞內千斤頂頂升作業(yè)，主要目的是使千斤頂頂緊既有線結構，通過PLC 控制系統(tǒng)對結構進行預壓，減少后期施工過程中既有線結構沉降。頂升結束標準為既有線結構底板（軌道）對應位置自動化監(jiān)測點產生向上位移響應（累積位移量≥0.2mm，≤0.5mm），此時立刻停止加載，利用千斤頂油管處電磁球閥進行保壓，千斤頂頂升完畢泄壓松弛前，向頂板（托梁）與既有線結構間注入微膨脹超細水泥漿漿液，填充頂升空隙，漿液硬化后千斤頂可泄壓。預壓頂升完成后進行中導洞開挖支護。如圖7 所示。

圖7 千斤頂及其控制系統(tǒng)

2）整體頂升階段 中導洞中樁基、樁頂托梁、襯砌結構施工完成且達到設計強度后，進行整體頂升控制沉降階段，中導洞新安裝的9 臺千斤頂接入PLC 控制系統(tǒng)，通過PLC 系統(tǒng)進行聯動聯調、同步伺服控制，同步對既有線結構進行頂升，頂升結束標準為當監(jiān)測數據反饋既有線結構底板（軌道）產生向上位移響應（累積位移量≥0.2mm，≤0.5mm），及時停止加載。

3）新建單層主體施工結束沉降補償階段 新建車站單層主體結構施工完成后，為發(fā)揮千斤頂主動控制優(yōu)勢，通過PLC 系統(tǒng)控制所有千斤頂進行同步頂升，補償施工過程中既有線結構產生沉降，頂升位移根據實際壓力和千斤頂位移情況確定，最多不超過既有線結構產生沉降量。頂升完成后利用千斤頂油管處電磁球閥進行保壓，千斤頂頂升完畢泄壓松弛前，向頂板（托梁）與既有線結構間注快硬型漿液，填充頂升空隙，完成既有線結構沉降補償。

5 既有站變形監(jiān)測

通過既有線內自動化監(jiān)測數據，在邊導洞千斤頂預壓頂升階段前既有線變形數據整體最大，最大沉降2.09mm，千斤頂主動控制發(fā)揮作用后，既有線變形數據總體穩(wěn)定可控，最終變形值為沉降1.91mm，沉降曲線如圖8 所示。

圖8 既有線內自動化監(jiān)測點沉降曲線

6 結論及展望

本文以北京地鐵16 號線蘇州街站樁基托換法密貼下穿既有線為案例，重點介紹了千斤頂主動控制既有線變形的方案及主要效果。

利用千斤頂主動控制既有線變形具有精準可控、智能控制的特點，可實現同步頂升、獨立頂升、聯調聯動、同步伺服等多種控制要求，是一種先進、穩(wěn)定、可靠的下穿既有線控制方式。同時，需要注意千斤頂主動控制系統(tǒng)成形前的變形控制，可利用深孔注漿、超前注漿等方式減弱既有線變形。

本工程雖然實現了主動控制既有線變形，但后續(xù)可進一步將既有線內遠程自動化監(jiān)測數據與千斤頂主動頂升控制系統(tǒng)實現互聯互通，并根據反饋的數據，通過軟件自動化控制千斤頂的頂升。