地铁暗挖区间下穿既有车站施工技术

地铁暗挖区间下穿既有车站施工技术

摘要：北京地铁6线朝阳门站—东大桥站区间从既有地铁2号线朝阳门站下方密贴穿过。施工中采用了预注浆加固和千斤顶顶升等措施,有效控制了既有结构的沉降。

关键词：地铁 既有线 沉降 密贴

1、工程概况

北京地铁6号线朝阳门站—东大桥站区间沿朝阳门外大街向东敷设，垂直下穿既有2号线朝阳门站。既有站南北向设置，全长141.18m，宽22.7m。主体为三跨矩形框架结构，底板厚1.3m，侧墙厚1.1m，顶板厚1.5m；车站共设有4道沉降缝。轨道采用整体道床，道床为外露混凝土结构，龄期均大于1万天。区间下穿结构位于既有车站同一段变形缝内，与既有线底板垫层底之间密贴，底板垫层厚度0.225m。下穿既有线段隧道总长62m，平顶直墙断面，采用CRD工法施工，初支厚350mm，二衬结构厚700-800mm。

图1过既有线段区间结构断面图

2、地质条件

2.1工程地质

下穿段结构顶板、结构边墙穿过粉质粘土⑥层、粉土⑥2层，围岩稳定性相对较好，围岩分级为Ⅵ级。结构底板围岩主要为圆砾卵石⑦层、粉细砂层⑦2层，圆砾卵石⑦层、粉细砂层⑦2层为承压水含水层，易发生涌水流砂和流土现象。

2.2水文地质

潜水（二）水位标高为26.15 m, 位于本段区间隧道结构顶板之上，含水层为圆砾卵石⑤层,渗透系数为60~70m / d。承压水（三）水位标高为19.31m，位于本段区间隧道结构底板之上4.0m，含水层为圆砾卵石⑦层、中粗砂⑦1层、粉细砂⑦2层,渗透系数为100~110m / d。

3、降水方案

为防止既有线两侧回填区域因失水导致沉降仅设置减压井控制承压水（三），不考虑疏干潜水（二）。对潜水（二）层采用洞内阻水方案。

4、施工重难点分析

4.1确保无水施工

隧道底板处地基土大部分为砂层，隧道结构大部分处于粉质粘土层，若降水效果不好，隧道仰拱难以成环，饱和的粉质粘土层自稳性很差，拱顶及掌子面容易出现坍塌。

对于既有线两侧圆砾卵石回填层内的潜水，不能采取降水处理，否则降水引起的地层沉降将很大，威胁既有线车站的安全。故降水方案未考虑对潜水进行疏干，仅能控制承压水水位；对潜水采取洞内阻水方案。因此合理选用堵水方案，确保无水施工，保证既有2号线朝阳门站的安全是最大难点。

4.2确保既有结构沉降不超标

区间下穿既有线段采用平顶直墙结构与既有线垫层刚性接触、CRD工法通过的设计方案。平顶直墙结构本身的受力特点不利于施工期间控制结构本身的沉降变形，而CRD工法施工存在多次扰动及结构变形叠加；另外受上部运营车站动载的影响很大。设计采用初支结构设置千斤顶预顶工艺减少既有结构变形，该工艺尚处在起步阶段，因此隧道下穿施工确保既有结构沉降不超标是又一大难点。

5、过既有线总体施工方案

从注浆工作室向西进行既有线穿越施工。

（1）下穿施工前对既有线开挖范围及其周边土体进行阻水注浆加固。从注浆工作室向西对既有线土体进行超前注浆止水加固，下穿段注浆加固在纵向上分两次进行，第一次加固35m，第二次加固30m，两次注浆搭接3m，注浆范围为隧道开挖线范围内及外2.0~4.5m范围内土层。

（2）下穿段结构为平顶直墙结构，CRD工法开挖，左右线对称施工。具体施工步序：先开挖外侧1、2洞室，前后错开10m，待1、2洞室封闭成环25m后，进行内侧3、4洞室开挖，3、4洞室前后错开10m。

（3）通过千斤顶顶升法及背后回填注浆对既有线沉降进行控制。

（4）待1、2部开挖贯通后，进行1、2部衬砌；1、2部衬砌完成后，进行3、4部衬砌。

（5）做好施工过程中的沉降监测，制定应急预案，沉降变形达到报警值应快速反应，

将过既有线施工对运营的影响降至最低。

5.1注浆方案

为保证注浆操作空间，确保注浆作业效果，在下穿段10m前设置注浆工作室8980mm高×9000mm宽，CRD法施工，从注浆工作室进行第一段注浆加固。

5.1.1加固顺序

注浆总体顺序自下而上，自远及近，自两侧向中间。第一段加固35m，第二段加固30m（待开挖到达相应注浆位置后进行），两段注浆区段搭接3m，注浆前临时封端。

第一段注浆范围（35m）为隧道开挖线范围内及外2.0~4.5m范围内土层。

第二段注浆范围（30m）为隧道上半断面及开挖轮廓线外2m范围内土层。

5.1.2注浆工艺特点

袖阀管注浆：适应性强, 可用于50 m以内注浆，具有分序、分段、 定深、定量、均衡、间歇、根据加固效果重复灌注的特点。

深孔注浆：采用无收缩注浆工艺，后退式注浆，从钻孔到注浆完成可以连续作业，具有易成孔，注浆土体内无注浆管，操作控制好，施工快速、经济的特点。

5.1.3工艺及浆液选择

依据过既有线加固要求，确保开挖面土体无侧限抗压强度达到0.5MPa，周边土体加固区达到1.0MPa，根据工艺特点，结合现场实际情况及施工经验，注浆工艺选取如下：

（1）第一段注浆范围（35m）

①上部开挖轮廓线外

深孔注浆：上部开挖轮廓线外加固长度较短，仅10m；

浆液类型：化学浆液，水玻璃（20Be’）+磷酸（掺量8~10%）+乙二醇化学浆（掺量3~5%）；

该加固区域位于原车站施工回填区域下方，可能存在滞水现象，为保证下穿既有线无水作业，减小施工中沉降，选取止水效果较强，加固强度可以达到1MP的水玻璃+磷酸+乙二醇化学浆。

②两侧及下部开挖轮廓线外

袖阀管注浆：一次加固长度35m，加固长度较大且可多次注浆，保证土体加固区1.0MP要求。

浆液类型：硫铝酸盐水泥500 kg、水500 kg、XPM 60 kg、硫酸铜12.5 kg、明矾12.5 kg；

为保证开挖时作业面周边土体加固区达到1.0MPa，选用加固效果较好的硫铝酸盐水泥，并掺加XPM（减水、增强、促凝、微膨胀）、硫酸铜与明矾（减水剂），加强浆液整体

性能。

③开挖轮廓线内

深孔注浆：开挖面无注浆管，连续作业，快速经济。为保证注浆效果，将开挖轮廓线内第一段注浆（35m）分两次进行注浆，即每段注浆长度约17.5m，并在中间位置设置止浆墙。

浆液类型：单方浆液由A液体（普通水泥300 kg、XPM 36 kg、水510 kg）、C液（20Be’水玻璃411 kg）组成；添加XPM的双液浆满足阻水施工和加固土体达到0.5MP要求。

（2）第二段注浆范围（30m）

上部开挖轮廓线外及开挖轮廓线内

深孔注浆：本段注浆已完成既有线结构正下方穿越施工，注浆目标为洞内阻水、加固土体减少沉降、快速、经济的完成土体加固。为保证加固效果，将第二段注浆（30m）分两次进行注浆，并设置止浆墙。

浆液选择：同上A、C双液浆。

图2第一、二段注浆加固范围

图31-1注浆断面图图42-2注浆断面图

图53-3注浆断面图

5.1.4注浆孔布置

根据浆液扩散半径（0.25m），确定注浆孔间距0.4*0.4m梅花型布设。

5.1.5注浆结束标准

①达到单段或单孔设计注浆量②注浆压力1-2MP，吸浆量<1～2L/min，稳压15min结束或发生串浆。

5.1.6注入量

化学注浆加固粉质粘土256 m3，注入浆液89m3；袖阀管注浆加固粉质粘土、粉细砂、圆砾卵石土体2048 m3，注入浆液804m3；深孔双液注浆加固质粘土3704m3，注入浆液1508m3。

5.2千斤顶顶升方案

为补偿区间初支结构本身的沉降变形造成的初支顶部空隙，既有线正下方采用CRD法＋千斤顶方案，保证初支与既有结构刚性接触。

5.2.1隧道初支

初支为350mm厚 C20喷砼，钢架有Φ25格栅钢架和H270*440*12mm对称焊接型钢钢架两种。隧道纵向每2m设置每3榀格栅钢架和1榀型钢钢架，型钢钢架为千斤顶

提供支点。格栅钢架节点处设锁脚管，与格栅钢架焊接牢固。

5.2.2千斤顶设置

（1）千斤顶采用100t液压自锁式千斤顶，左、右线横断面共计6台，既有线结构22.3m下纵向每2m设置一榀千斤顶型钢钢架，共11个断面66台千斤顶。

（2）千斤顶安装到竖向钢架钢板围槽内，对顶部型钢钢架形成初步固定；因千斤顶顶升需要，将顶部型钢钢架与两侧格栅分离，故型钢钢架顶部不设连接筋，其它部位型钢内外侧均设置纵向连接筋Φ22@500，与相邻格栅主筋可靠焊接。；

图6千斤顶安装示意图

5.2.3千斤顶顶升

单个移动液压泵站负责对12台千斤顶施加顶力（可对单个或多个千斤顶同时进行顶升）。顶力施加顺序：1部洞室上台阶施工完成后，调节千斤顶行程，使其与既有线底板垫层密贴；1部洞室下台阶闭合成环后，按5t分级加载的方式对千斤顶施加初顶力30t；2部洞室上台阶开挖时，提前1m将相应位置的千斤顶顶力卸载，保证上部顶力不影响2部洞室开挖；待2部洞室成环后，再按5t分级加载的方式对千斤顶施加顶力30t，并根据监测情况进行千斤顶顶力调整（最大顶力80t），保证对既有线结构的顶升效果。3、4部洞室千斤顶加载顺序同1、2部洞室。

5.3初支背后回填注浆

注浆管布设间距：顶板0.5m（环向）×0.5m（纵向），侧墙及底板1.0（环向）×1.0m

（纵向），施工过程中根据既有线沉降情况，进行多次注浆，压力不大于0.5MP。

注浆顺序为仰拱→侧墙→拱顶。浆液类型:普通水泥660KG+XPM80KG +水710KG。

5.4顶升和注浆效果

二衬施工前，在既有线夜间停运期间使用部分千斤顶对既有线结构进行顶升，并实时监测，顶升效果不明显，后来通过千斤顶顶升同时进行背后回填注浆，部分道床抬升在0.5mm左右，最大值为1.27mm。

5.5衬砌施工

既有线正下方二衬结构，自西向东后退浇筑，先衬砌外侧半幅，再衬砌内侧半幅；半幅结构分2次施工（底板一组，侧墙、顶板一组）；纵向分3段，长度为9m+8.9m+8.9m，临时仰拱拆除与侧墙施工段对应。二衬混凝土达到强度后，拆除模板，并架设临时竖撑（ φ400*5钢管，间距3m）。其余部位二衬结构，采用全断面法浇筑，环向分两次施工（底板一组，侧墙、顶板一组），纵向按8.9m一段，跳仓施工。侧墙、顶板模板体系采用组合钢模＋满堂红架子。

临时结构拆除按照二衬施工顺序进行，每段不大于12m，并根据监测情况调整。

图7既有线正下方外侧洞室衬砌支撑体系图

6、监测结果评价

采取以上方法及措施施工，既有线结构沉降最大值位于区间隧道中间线与既有线西侧

道床交叉点位置，最大沉降值为2.19mm，满足既有线安全运营要求。

7、结语

朝阳门—东大桥区间能够成功密贴下穿2号线朝阳门车站主要做到了以下几点：

①通过预加固措施，达到加固土体减小土体变形和形成止水帷幕无水施工的效果；

②千斤顶顶升对初支施工时减少结构沉降有效，初支结构形成后顶升效果不明显，和背后注浆的配合可以减小既有结构沉降值；

③合理进行施工组织，暗挖初支迅速封闭成环，及时进行回填注浆；衬砌结构分幅施工，使其对既有线底板形成有效支撑；

④通过既有线自动化监测仪器数据反馈，及时掌握监测数据变化，用以指导各道工序施工，采取有效措施控制沉降。

只要采取合理的施工方案和有效控制措施，下穿既有车站的施工沉降是可以控制在允许范围之内的。随着轨道交通建设规模的扩大，穿越既有线施工不可避免，本工程的成功经验可以为其他密贴下穿既有结构的施工提供参考。

参考文献

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[3] 詹浩伟，杨党校. WSS工法注浆技术及其应用［J］《科技创业月刊》2009年 第5期

[4]北京地铁6号线一期工程设计图纸 朝阳门站~东大桥站区间第一分册结构工程《下穿2号线朝阳门站专项施工图》