陸海鋒

(中鐵上海工程局集團(tuán)有限公司,上海 201906)

隨著我國(guó)城市軌道交通建設(shè)的飛速發(fā)展,城市興建地鐵不可避免地鄰近各類民建、市政、鐵路結(jié)構(gòu),其中市政橋梁鄰近地鐵在工程建設(shè)中非常普遍[1-2]。地鐵隧道常用的施工方法有明挖法、盾構(gòu)法和礦山法等,其中礦山法工序轉(zhuǎn)換多,施工風(fēng)險(xiǎn)高,對(duì)鄰近的建(構(gòu))筑物的影響大,尤其是暗挖隧道鄰近既有地鐵結(jié)構(gòu)尤其是地鐵高架結(jié)構(gòu)時(shí),既有地鐵變形控制要求高,因此需要對(duì)暗挖施工采取嚴(yán)格的控制措施,保護(hù)既有地鐵安全。新建地鐵隧道鄰近既有地鐵高架區(qū)間的研究主要有:李志佳等[3]對(duì)暗挖大斷面隧道穿越既有地鐵高架區(qū)間的風(fēng)險(xiǎn)控制進(jìn)行了研究,推薦選取加固既有結(jié)構(gòu)、深孔注漿止水等措施來(lái)確保既有結(jié)構(gòu)安全;杜佳鵬等[4]對(duì)地鐵站后折返線暗挖大斷面隧道下穿既有地鐵高架橋影響進(jìn)行了分析,認(rèn)為超前加固和洞內(nèi)支撐相結(jié)合的措施對(duì)于保證既有高架結(jié)構(gòu)安全有利;唐汐[5]對(duì)比分析了不加固、僅洞外加固、洞外加固+橋樁底部加固3種工況下地鐵高架區(qū)間結(jié)構(gòu)豎向位移、水平位移、差異沉降變化特征,并比較了實(shí)測(cè)和計(jì)算結(jié)果,研究認(rèn)為穿越施工顯著影響范圍約為4倍暗挖地鐵隧道跨度、后施工隧道兩側(cè)承臺(tái)差異沉降大于先施工隧道兩側(cè)承臺(tái)差異沉降。此外,喬國(guó)剛[6]、郄向光[7]等對(duì)大斷面暗挖隧道近距離穿越運(yùn)營(yíng)地鐵高架橋樁基施工技術(shù)進(jìn)行了研究,認(rèn)為在注漿加固和合理工序轉(zhuǎn)化的前提下既有高架橋結(jié)構(gòu)安全可以得到保證。

綜上所述,目前對(duì)暗挖地鐵隧道下穿既有地鐵高架區(qū)間的研究較少,因此,本次開(kāi)展暗挖地鐵車站及區(qū)間鄰近地鐵高架區(qū)間相關(guān)工作,對(duì)于豐富此類問(wèn)題的研究具有重要意義[8]。

1 工程概況

1.1 大鐘寺站及大薊區(qū)間概況

北京地鐵12號(hào)線大鐘寺站為地下雙層島式車站,車站總長(zhǎng)282 m,標(biāo)準(zhǔn)段寬度23.7 m,車站頂板覆土15 m～18 m。車站采用暗挖PBA工法,施工風(fēng)道、出入口通道及換乘通道采用CRD和雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工。車站設(shè)置3個(gè)出入口、3個(gè)安全出入口、4組風(fēng)亭、3個(gè)無(wú)障礙電梯、1個(gè)換乘通道和1個(gè)新建換乘廳。車站為雙柱三跨拱形斷面,采用PBA工法施工,具體斷面布置如圖1所示。

大鐘寺站—薊門橋站區(qū)間左線、右線長(zhǎng)度均為835.10 m(其中左線含長(zhǎng)鏈0.549 m、短鏈0.684 m),線間距15 m～17.2 m。區(qū)間線路縱斷出大鐘寺站后以2‰的縱坡向下然后3‰向上,最后以5.645‰縱坡向下進(jìn)入薊門橋站,區(qū)間埋深25.4 m～32.6 m。區(qū)間為單線單洞斷面形式,標(biāo)準(zhǔn)段采用臺(tái)階法施工,人防段采用CRD法施工。具體斷面布置如圖2所示。區(qū)間施工采用臺(tái)階法,臺(tái)階法將隧道分為兩部分開(kāi)挖,開(kāi)挖順序?yàn)?在超前小導(dǎo)管預(yù)注漿加固地層施工完畢后,先開(kāi)挖上臺(tái)階,開(kāi)挖進(jìn)尺為一榀格柵間距,及時(shí)進(jìn)行初期支護(hù),上臺(tái)階進(jìn)尺5 m后,然后進(jìn)行下臺(tái)階的初期支護(hù)開(kāi)挖。上下臺(tái)階錯(cuò)開(kāi)長(zhǎng)度保持在3 m～5 m。

1.2 既有地鐵13號(hào)線高架區(qū)間概況

北京地鐵13號(hào)線高架橋?yàn)橐淮涡詽仓?跨連續(xù)混凝土板梁,南端與大鐘寺車站相接,北端與區(qū)間路基相接。橋體由基礎(chǔ)樁及承臺(tái)、橋臺(tái)、橋墩、梁板及橋面組成,橋?qū)?0.6 m,橋墩為倒梯型板式墩,最大跨度2號(hào)—3號(hào)墩(18.130 m),最小跨度6號(hào)—7號(hào)墩(10.030 m)。承臺(tái)高度為2.0 m,墩臺(tái)基樁樁長(zhǎng)26 m～29.5 m,采用旋挖鉆孔灌注樁,1號(hào)墩臺(tái)基樁樁徑1.5 m,其余墩臺(tái)基樁樁徑1.0 m。12號(hào)線大薊區(qū)間右線在2號(hào)、3號(hào)墩間下穿,左線在3號(hào)、4號(hào)墩間下穿。

1.3 12號(hào)線與13號(hào)線位置關(guān)系

大鐘寺車站大里程端頭臨近地鐵13號(hào)線,與地鐵13號(hào)線區(qū)間高架橋的最小凈距為17.2 m。大薊區(qū)間左右線橫穿既有13號(hào)線高架下部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),處于2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)樁基中間,區(qū)間左線線路中心距2號(hào)樁基距離為6 570 mm,距3號(hào)樁基中心距離為8 483 mm,區(qū)間右線線路中心距3號(hào)樁基距離為5 697 mm,距4號(hào)樁基中心距離為5 952 mm,見(jiàn)圖3。

2 工程風(fēng)險(xiǎn)分析

北京地鐵12號(hào)線大鐘寺站臨近地鐵13號(hào)線、大鐘寺站—薊門橋站區(qū)間線路下穿既有地鐵13號(hào)線。施工會(huì)影響既有地鐵13號(hào)線的下部結(jié)構(gòu);施工過(guò)程中如果不注意控制,會(huì)導(dǎo)致既有線路的下部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不均勻沉降,對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)可能造成的損傷有以下幾個(gè)方面:

1)橋梁上部結(jié)構(gòu)為連續(xù)現(xiàn)澆梁,基礎(chǔ)縱向不均勻沉降會(huì)破壞橋面板及橋梁伸縮裝置,影響橋梁的使用功能,引發(fā)行車不平順、橋頭跳車等現(xiàn)象;同時(shí)還會(huì)改變橋面縱坡,對(duì)行車舒適度及橋面排水造成不利影響?；A(chǔ)橫向不均勻變形過(guò)大則會(huì)對(duì)橋梁橫向聯(lián)系產(chǎn)生危害,影響主梁間的共同受力。

2)基礎(chǔ)不均勻沉降會(huì)使主梁梁體出現(xiàn)偏移或擾度過(guò)大等情況,使主梁的內(nèi)力和變形都發(fā)生改變,并加速梁體混凝土裂縫產(chǎn)生的速度,直接影響到橋梁主體的安全穩(wěn)定性,情況嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致橋梁整體垮塌。

3)基礎(chǔ)不均勻沉降會(huì)使上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)連接支座處的梁底產(chǎn)生過(guò)大的拉力或壓力,使梁底支座和主梁都發(fā)生破壞。

4)橋臺(tái)傾斜變位,支座脫空,梁體變位會(huì)引起橋面鋪裝變形,伸縮縫錯(cuò)起,欄桿位移,對(duì)行車帶來(lái)影響。

5)對(duì)橋下道路影響。路面沉降過(guò)大將影響橋下行車的舒適性及路面排水效果。

3 關(guān)鍵施工技術(shù)

車站上層導(dǎo)洞、下層導(dǎo)洞、初支扣拱、活塞風(fēng)井、活塞風(fēng)道、區(qū)間等施工對(duì)13號(hào)線高架區(qū)間存在影響,各項(xiàng)施工除針對(duì)性保護(hù)措施外,一般的保護(hù)措施包括對(duì)既有線高架橋進(jìn)行現(xiàn)狀調(diào)查、檢測(cè)、評(píng)估,確定合理的變形控制指標(biāo);加強(qiáng)暗挖關(guān)鍵工序控制,嚴(yán)格控制地層沉降;施工過(guò)程中加強(qiáng)監(jiān)測(cè),做到信息化施工;加強(qiáng)初支背后注漿和二襯背后注漿,根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行多次補(bǔ)注漿,嚴(yán)格控制注漿壓力和注漿量,保證注漿效果。

3.1 導(dǎo)洞施工

車站上層小導(dǎo)洞和端部橫向?qū)Ф淳捎门_(tái)階法施工,上層小導(dǎo)洞開(kāi)挖尺寸為4.5 m×5 m,端部橫向?qū)Ф撮_(kāi)挖尺寸為3.7 m×3 m,初支厚度均為0.25 m。車站下層小導(dǎo)洞和端部橫向?qū)Ф淳捎门_(tái)階法施工,下層小導(dǎo)洞開(kāi)挖尺寸分別為4.5 m×5 m和4.5 m×5.25 m,端部橫向?qū)Ф撮_(kāi)挖尺寸為3.7 m×1.85 m,初支厚度均為0.25 m。

上層、下層小導(dǎo)洞端墻封堵與既有線高架橋樁凈距為17.682 m～22.7 m。橫向?qū)Ф磁c既有線高架橋樁凈距為17.682 m～20.581 m。車站小導(dǎo)洞采取加固措施,加固布置如圖4所示。采用深孔注漿超前加固上層小導(dǎo)洞拱頂及拱頂掌子面以及導(dǎo)洞封端、橫向?qū)Ф垂绊攤?cè)壁;采用深孔注漿超前加固下層小導(dǎo)洞拱頂,導(dǎo)洞封端,橫向?qū)Ф垂绊敗？v向加固范圍10 m,注漿范圍小導(dǎo)洞外1.5 m、內(nèi)0.5 m。

超前支護(hù)采用DN32×2.75,L=2 m小導(dǎo)管(隔榀設(shè)置)對(duì)小導(dǎo)洞拱部地層超前注漿預(yù)加固(下層導(dǎo)洞卵石層采用DN25×2.75,L=2 m,每榀打設(shè)),小導(dǎo)管環(huán)向間距300 mm,縱向每榀格柵打設(shè),外插角度10°～15°設(shè)置。深孔注漿處取消超前小導(dǎo)管支護(hù)。小導(dǎo)洞施工順序如圖5所示,圖5中1代表超前小導(dǎo)管加固并預(yù)注漿;2代表拱部環(huán)形開(kāi)挖預(yù)留核心土;3代表初期支護(hù):初噴5 cm混凝土,架設(shè)格柵鋼架,拱腳處打設(shè)2根鎖腳錨桿,掛網(wǎng),噴混凝土;4代表核心土開(kāi)挖;5代表下部土體開(kāi)挖;6代表初期支護(hù):接邊墻、仰拱格柵鋼架并掛網(wǎng)、噴混凝土封閉成環(huán)。

3.2 初支扣拱施工

車站邊樁與橋樁最小凈距18.5 m(與端墻19.55 m),初支扣拱前采取加固措施,加固布置如圖6所示。具體措施包括:1)采用深孔注漿超前加固上層大拱拱頂及封端墻;扣拱的深孔注漿縱向加固范圍10 m。注漿范圍大拱初支外2 m,內(nèi)0.5 m。2)端墻圍護(hù)樁加密1.35 m,控制結(jié)構(gòu)變形。

大鐘寺站主體為兩層三跨三聯(lián)拱結(jié)構(gòu),扣拱分中跨扣拱和邊跨扣拱,采用臺(tái)階法開(kāi)挖保留核心土(見(jiàn)圖7),超前支護(hù)采取深孔注漿加固或DN32×2.75 mm超前小導(dǎo)管加固地層,再進(jìn)行初支扣拱馬頭門開(kāi)挖,在馬頭門連立三榀初支扣拱格柵鋼架,被截?cái)鄼M通道格柵鋼架與初支扣拱格柵鋼架應(yīng)進(jìn)行有效焊接。邊導(dǎo)扣拱跨度3.3 m,中跨扣拱跨度為2.5 m。先中跨施工,再兩側(cè)邊跨同步施工,相鄰導(dǎo)洞內(nèi)初支扣拱施工距離錯(cuò)開(kāi)不小于15 m。

3.3 活塞風(fēng)井、風(fēng)道施工

2號(hào)活塞風(fēng)井尺寸為10.3 m×5.8 m×30.14 m,開(kāi)挖深度約38 m～39 m,采用倒掛井壁法施工,支護(hù)采用鋼筋網(wǎng)+注漿錨管+格柵鋼架(間距400 mm～750 mm)+噴射混凝土。2號(hào)活塞風(fēng)道開(kāi)挖尺寸8.7 m×9.8 m,采用CRD工法施工,開(kāi)挖順序如圖8(a)所示,1號(hào)洞室超前2號(hào)洞室5 m,2號(hào)洞室超前3號(hào)洞室10 m,3號(hào)洞室超前4號(hào)洞室5 m,4號(hào)洞室超前5號(hào)洞室10 m,5號(hào)洞室超前6號(hào)洞室5 m。2號(hào)活塞風(fēng)井、風(fēng)道施工時(shí)打設(shè)小導(dǎo)管注漿加固。此外,2號(hào)活塞風(fēng)道采用深孔注漿超前加固風(fēng)道拱頂、側(cè)壁及拱頂掌子面(見(jiàn)圖8(b)),加固范圍為初支外2 m內(nèi)0.5 m。

3.4 區(qū)間隧道施工

暗挖區(qū)間下穿13號(hào)線的保護(hù)措施如圖9所示。1)對(duì)隧道輪廓線外2 m內(nèi)0.5 m以及掌子面全斷面范圍內(nèi)進(jìn)行洞內(nèi)深孔注漿,注漿范圍為橋樁前后各10 m,共22 m。注漿加固土體時(shí)應(yīng)結(jié)合監(jiān)測(cè)反饋,及時(shí)調(diào)整注漿壓力。2)采用臺(tái)階法+臨時(shí)仰拱施工,減少開(kāi)挖面高度,嚴(yán)格控制地層沉降,臨時(shí)仰拱里程同深孔注漿里程。3)區(qū)間施工至距離大鐘寺站端頭5 m時(shí),應(yīng)停止施工,并及時(shí)封閉掌子面,掌子面封閉同永久封底或封堵。待大鐘寺站初支扣拱完成后,貫通隧道左右線。4)施工中采取降水措施,保證無(wú)水施工。

區(qū)間隧道下穿13號(hào)線時(shí)超前支護(hù)措施采用DN25×2.75,L=2 m小導(dǎo)管(每榀設(shè)置)對(duì)小導(dǎo)洞拱部地層超前注漿預(yù)加固,小導(dǎo)管環(huán)向間距300 mm,縱向每榀格柵打設(shè),外插角度10°～15°設(shè)置。如圖10所示,超前小導(dǎo)管預(yù)注漿加固地層施工完畢后,先開(kāi)挖上臺(tái)階,開(kāi)挖進(jìn)尺為一榀格柵間距,及時(shí)進(jìn)行初期支護(hù)+臨時(shí)仰拱,上臺(tái)階開(kāi)挖至10 m～15 m后進(jìn)行下臺(tái)階的初期支護(hù)開(kāi)挖。上下臺(tái)階錯(cuò)開(kāi)長(zhǎng)度保持在10 m～15 m,開(kāi)挖后及時(shí)進(jìn)行封閉。

4 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果

為保證13號(hào)線高架區(qū)間安全,在大鐘寺站鄰近和大薊區(qū)間下穿施工時(shí),對(duì)暗挖隧道拱頂沉降和凈空收斂以及13號(hào)線高架結(jié)構(gòu)道床沉降、軌道沉降、軌道幾何行位軌距、軌道幾何行位水平、軌道水平位移、靜力水準(zhǔn)、橋樁沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè),現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖11,圖12所示,各類監(jiān)測(cè)結(jié)果最大值列于表1中。

表1 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果

地鐵隧道的位移控制值均為10 mm,13號(hào)線高架區(qū)間和豎向位移和水平位移控制值分別為3 mm和2 mm,從位移監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)看,各項(xiàng)位移指標(biāo)均小于控制值,結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)。

5 結(jié)語(yǔ)

依托北京地鐵12號(hào)線大鐘寺站及大鐘寺站—薊門橋站區(qū)間隧道下穿13號(hào)線高架區(qū)間,闡述車站鄰近和區(qū)間下穿施工時(shí)13號(hào)線高架區(qū)間綜合保護(hù)措施,對(duì)復(fù)雜環(huán)境條件下導(dǎo)洞施工、初支扣拱、深孔注漿、超前支護(hù)等關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)進(jìn)行分析,明確其設(shè)計(jì)施工中的技術(shù)要點(diǎn),并對(duì)施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,得出結(jié)論如下:

1)暗挖車站及區(qū)間施工影響較大,因此需要采取綜合控制措施,同時(shí)加強(qiáng)暗挖施工自身控制和監(jiān)測(cè),確保既有高架結(jié)構(gòu)及地鐵運(yùn)營(yíng)安全。

2)從現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)看,暗挖地鐵隧道下穿施工是既有地鐵高架結(jié)構(gòu)施工控制的關(guān)鍵階段,同時(shí)要注意先施工、后施工隧道的影響差異引起的高架結(jié)構(gòu)不均勻沉降。

新建暗挖車站及區(qū)間隧道鄰近既有地鐵高架結(jié)構(gòu)工程案例較少,經(jīng)驗(yàn)不足,目前研究?jī)H依靠零星工程案例,并未形成系統(tǒng)性的研究手段。建議今后應(yīng)考慮地質(zhì)條件、位置關(guān)系、施工步序等因素優(yōu)化穿越保護(hù)方案及措施,達(dá)到降低造價(jià)、控制安全的目的。