小间距浅埋暗挖工法在地铁车站邻近施工中的应用

严一清　郭玲

摘 要：为实现更好的服务功能，郑州地铁5号线京广南路站选用了端头厅车站方案，因此在车站中部的站台层须以小间距隧道下穿的方式通过即有的京广南路隧道，在郑州尚缺少较大断面的浅埋暗挖隧道的地区经验，而本站更具有周边环境复杂、超浅埋、隧道间距小、小净距下穿的特点，结合类似案例的设计及施工经验，通过对整个施工过程的关键点分析和数值分析，采用了以超前大管棚减隔土体受到的扰动、加固中夹土、加大初支及二衬断面并选用CRD工法施工，使工程顺利付诸实施，可为类似工程提供参考。

关键词：环境复杂；小间距隧道；小净距下穿；浅埋暗挖

中图分类号：U231.4 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）09-0077-04

地铁工程处于城市复杂环境条件下，周边建、构筑物众多，常需要进行邻近施工，常用工法有明挖法、盾构法、浅埋暗挖法；浅埋暗挖工法避免了明（盖）挖法对地表的干扰，较盾构法具有更强的适应性和灵活性，越来越多地应用于城市地下工程建设中，为了保证施工安全及即有结构物的正常使用，设计中需要考虑马头门设计、超前支护选取、即有结构物防护、施工工艺比选、沉降控制等一系列复杂问题。

有关浅埋暗挖邻近施工的资料文献很多：如王梦恕院士通过计委大楼地下停车场工程案例（12.9m×9.35m，覆土3m，洞间距4.7m，距计委大楼约12m），详述了工法选取、台阶长度及洞室封闭早晚对沉降及水平位移的影响、采用注浆加固中夹土柱及迎大楼侧土体，以CRD工法施工[1]；孔恒、宋克志通过北京地铁5号线区间零间距下穿2号线雍和宫站工程，论述了新建隧道与即有隧道间夹层土厚度的影响，受车站埋深影响选用了零间距下穿方式，该工程使用辐射井降水，以优选的HSC浆液预加固拟穿越的肥槽段，采用CRD工法施作[2]；孔恒、宋克志在北京地铁4号线西直门站-动物园站区间下穿西直门桥墩（扩大基础，桥基下12m正穿）工程中，以数值分析模拟优选施工方案指导施工监测指标，采用对桥基加固、全断面前进式超前深孔注浆，并以CRD工法施作[2]。

通过文献资料对比，浅埋暗挖的下穿施工因结构物形式、周边环境、地层、水位等条件差异，其方案重难点不同，应对措施也不尽相同。下穿市政干路隧道，在保证自身施作安全的前提下仍需保障即有隧道、干路及路下管线的安全、正常使用，需要根据工程实际情况解决一系列难题，才能保证顺利实施。

京广快速路是南北贯穿郑州中心城区的快速通道，是缓解中心城区交通压力的重要道路，在航海路口处以下穿隧道形式通过，路口周边交通繁忙，房屋众多，管线复杂。为实现更好的服务功能，地铁5号线京广南路站选用端头厅车站方案跨路口设置，中部站台层以小间距隧道下穿即有快速路隧道，设计方案采用了在较强的超前支护的保护下以CRD工法施作，加强初支及二衬强度并加固中夹土的措施，有力的保证了工程安全，经施工单位精心配合，保障了施工的顺利进行和周边环境安全。

1 工程概况

郑州市地铁5号线京广南路站位于市政主干道——京廣路与航海路交叉口路下，沿航海路东西向设置；京广南路路下设有新建市政快速路隧道，周边为住宅、大学、商业综合体、饭店及长途车站。车站总平面图及与即有隧道相对关系详见图1-图3。

受地面交通疏解宽度及管线迁改影响，西端头厅退开即有隧道较远。拟建暗挖段总长40.2m，隧顶埋深约15.8m，与即有隧道间夹层土厚约3m，中部设一道联络通道。即有隧道节段长38m，节间设沉降缝，距本结构较近的沉降缝在拟建隧道北侧初支外边缘附近。

2 工程地质、水文条件

暗挖穿越市政隧道处地面高程约105.9m，暗挖段顶、底缘标高约在90.0m及80.8m，主要穿越地层为③34黏质粉土（Q3al）、③22粉质黏土（Q3al）、③35黏质粉土（Q3al），岩土施工工程分级除粉砂外均为Ⅱ级。其余上覆及下卧土层主要为第四系上更新统（Q3）粉质黏土、黏质粉土局部夹粉砂。各土层特性如下：

③34黏质粉土（Q3al）：褐黄色，稍湿，密实。局部夹粉砂薄层，稍湿、稍密～中密。

③22粉质黏土（Q3al）：黄褐色、局部红褐色，可塑～硬塑，切面有光泽。局部夹黏质粉土，湿，密实。

③35黏质粉土（Q3al）：黄褐色，湿，密实。局部夹粉质黏土薄层，黄褐色，可塑。

车站附近无河流分布。详勘期间，稳定地下水位埋深介于20.1～21.2m（水位高程约84.5～85.8m），地下水类型为第四纪松散岩类潜水。地质纵断面详见图4，地层参数表详见表1。

3 项目实施重难点分析及应对措施：

城市地下工程具有以下主要特点：地质条件差；周边环境复杂；结构埋深浅；与邻近结构相互影响；围岩稳定性不易判断[2]。拟建隧道上覆土仅厚3m，覆土上方为快速路隧道及其4.5m覆土，地面为干道交叉口，结构物及道路重要性高、车流量大，不宜进行交通管制，路下管线众多，即有隧道考虑为一级环境风险源，各管线考虑为三级风险源。项目重难点考虑如下：

（1）超前支护选取：超前支护对工程的安全性及造价的影响较大，即有结构物重要性高、风险等级高，夹层土厚度仅3m，对于减隔上部行车振动有利，但覆跨比约在0.3，自成拱能力不足，需要较强的超前支护。

超前大管棚可以隔断地层位移向地表传递，将沉降曲线变的平缓，减少地层沉降，且增加其长度时，可以明显减少地层沉降，于是将超前支护选为超前大管棚（φ=108、t=6mm，环向间距0.3m，拱部120°设置），管棚间隙加设小导管（φ=42×3.5超前小导管，L=3.5m，环x纵间距0.3×1.5m）进一步稳固土体。结合车站内部构造，东端头厅接口位置可以在初支外侧预留约300mm的打设空间，管棚设置为自东向西一次打设。

然而，暗挖段长度约40m，且需要穿越遗留的诸桩，一次性通长打设大管棚的精度难以保证；经考虑，大管棚自东端头厅打设至即有隧道西侧遗留围护桩即可，而西端头厅与即有隧道间夹土宽度约9m，拟建隧道顶部覆土约15.8m，覆跨比1.6，条件较好，改用双排超前小导管防护，与大管棚的搭接段应不小于2m。

（2）即有结构物防护：需防护的主要结构物是即有隧道及各种管线，其中即有隧道在拟建隧道北侧拱墙外边缘处设有一道沉降缝，主要管线为军用光缆、DN800雨水管、DN800给水管、DN500污水管。即有隧道的监测控制值：竖向位移：<20mm，变化速率：<2mm/d；各管线：竖向位移：<20mm，变化速率：<2mm/d，差异沉降：<0.003Lg（Lg为管节长度）。端头厅施工时扰动已开始，沉降控制在明挖基坑阶段就应介入，暗挖结构的设计应根据先前的监测结果进行合理的修正。

为更有效的控制沉降，将控制值细分，对即有隧道，竖向位移：<20mm，其中明挖基坑施工时<10mm，暗挖段施工时<10mm；对各管线：竖向位移：<20mm，其中明挖基坑施工时<10mm，暗挖段施工时<10mm。

明挖基坑阶段，采用了如下措施：1）与即有隧道两侧紧邻的端头厅结构段采用分层、对称开挖，避免其受到不平衡的土侧压力；2）首道支撑使用砼支撑；3）采用大刚度的围护桩；4）测点及监测频度均加密；如发现位移超限、发展过快时应有加密支撑、追加支撑道数、注浆加强等应急预案、应急物资储备。

暗挖段施工阶段，采取了如下措施：1）优选支护及结构形式并采用沉降较小的工法。2）强调对沉降影响较大的施工细节：掌子面留核心土开挖，快挖不超挖，每次进尺0.5m，并快支、快闭合；注意拱脚、钢架连接处是否密实，如超挖则应回填密实，并垫钢板或木板，锁脚锚管的施作应及时、到位，喷砼后及时进行后背填充注浆；3）若开挖面要暂停，工作面须临时封闭，采用锚喷支护；4）加强监测，准备应急预案及物资。

降水控制：由于暗挖段较短，且需在车站主体结构基本完成后才能开展施工，考虑共用车站明挖基坑的降水井，在隧道两端的车站接口段处各设三个降水井，明挖基坑时启用1-2处，施工暗挖段前，根据水位监测及即有隧道监测结果合理调整措施。

（3）沉降控制：土体的沉降及变形直接影响着邻近建、构筑物的变形量及安全性，随着周边环境的复杂化，对沉降的控制值就会更加严格，对平交道口的地面监测控制值：竖向位移：<20mm，变化速率：<2mm/d。

为减少地层沉降，正洞隧道选用了对沉降控制较好的CRD工法，并以较长的超前支护限制掌子面前方先行沉降；开挖时留核心土并快挖、快支、快闭合，限制地层的变形时间，减少对地层的扰动程度。联络通道在比较了台阶法及CD法后选用了CD工法。

（4）中夹土柱保护：隧道间距小，施工过程中两隧洞间的中夹土经受多次扰动，密实性将会变差，导致两隧洞相邻侧的墙体上受到的土压力偏大，土体的稳定性也会大幅下降，处理不当易发扰动塌方；后行隧道施工时会引起先行隧道偏压，对其受力不利，也会引起先行隧道发生更大的变形。

参考类似案例后，经研究考虑，采用了以下方式：1）在拱腰处使用水平倾斜45°的超前导管加强[3]；2）拱顶大管棚外侧加设双排超前小导管至拱顶150°范围；3）先行隧洞完成二衬后再施作后行洞；4）适当加大初支及二衬的刚度抵抗地层变形，正洞选用了300厚C25喷砼初支，500mm厚C35模筑砼二衬。中夹土加固示意详见图5。

（5）马头门设计：明暗挖结合处及开设联络通道位置，开挖时周围土体被多次扰动，易出现塌冒事故引起较大的结构变形和地面沉降，同时马头门处的防水施工困难，破桩时易遭破坏且补救困难，是设计及施工的重点部位。

大管棚须在接口端墙处打设，受限于车站内部布置，仅在东端头厅预留了330mm作为打设管棚的工作空间；在端墙接口开孔部位加设拱部环梁及底板横梁，以保证端墙受力需求；接口采用了上半断面后浇，下半断面预留接驳器的方式进行衔接，以免底板下沉过多，同时在防水图册中完善了该节点的设计。

正洞马头门的施工主要包括三个步骤：超前支护打设，围护桩凿除及马头门进洞阶段初支架立；拆桩时时应采用扰动较小的方式，并间隔拆除，拆除时必须考虑掌子面土体的稳定性，应按洞室施工需要分次拆除，进洞处的钢架密排布置，上台阶破桩进洞1D后封闭掌子面，然后进行下台阶凿桩及进洞施作。

联通道处的马头门施工步骤主要为：在正洞开口处两侧加设临时型钢支架，打设超前小导管后密排初支进洞按CD法施工。马头门处预留及加强做法见图6、图7。

此外，正洞的初支钢架在马头门两侧加密设置，马头门及邻近的2m结构段的二衬主筋间距由150mm加密至100mm；在施工中应特别注意对防水接槎的保护。

（6）土层中遗留有大量桩体，影响超前支护打设及正常的施工流程，使得施工复杂化。

密排桩处破拆方式参照马头门处施作；独桩处控制扰动拆除即可，如开挖面要暂停，工作面须采用网喷支护临时封闭；各破桩处初支钢架均密排加强；如少数大管棚遇到临时立柱桩难以继续施作，后续开挖时应以双排超前小导管补强。

（7）明挖主体施工期间，区间工筹调整为本站两端盾构始发，暗挖施作及区间盾构施作均在车站明挖主体施工基本完成后进行，须进行妥善安排。

结合现场状况，前、后站的施工进度不同，经与施工单位对接商讨，在两个端头厅均开设8m×5m的出土孔，盾构始发可与暗挖错开端头厅施作，必须同厅施工时，可以错开左右线施作，以避免相互干擾。

4 设计方案介绍

4.1 隧道结构设计

经研究调整，断面尺寸及车站方案得以稳定，拟建隧道顶部埋深约15.8m，与即有隧道间的夹层土厚度约3m，断面宽9.80m，高9.25m，开挖面积约75m2；横向联络通道宽5.88m，高5.75m，开挖面积约28m2。最终拟定的断面详见图8。

4.2 施工工艺比选

根据断面尺寸，正洞拟采用三层六洞的CRD工法，该划分方式，常见以下两种施作顺序（图9），经分析，方式1为先后开挖左、右半幅洞室，主要目的是变大跨为小跨，原理上偏向于CD工法；方式2重在步步封闭，上方洞室封闭后，能有效的支撑拱顶，减少开挖下部洞室时的竖向群洞效应，对沉降的控制更佳。使用MIDAS GTS做简化模型计算比较时（图10），计算结果也印证了该分析；因此，设计方案中选用了方式2。

4.3 地层结构模型计算

为进一步了解即有隧道的变形规律，进行了二维的地层-结构模型分析，土层参数及厚度按勘察资料取值，即有隧道等效为I型截面梁。计算模型及结果详见图11、图12。

根据计算结果，由于即有隧道的刚度较大，各位置处的位移都不大，其位移差也很小，如能够按照设计方案正常施作，应当可以满足其位移控制需求。

5 工程实施及效果

5.1 主要施工步骤

主要施工步骤为：超前支护打设、洞室分步开挖、先后施工左右线正洞、施工联络通道，见图13。

5.2 实施效果

车站暗挖段施工自2017.04.02开始，2017.11.26结束，历时约8个月，施工单位基本能够按照设计方案实施，根据施工单位提供的监测纪录，施工过程中，支护变形、即有隧道沉降、地面沉降等各值均较小，掌子面通过后的沉降后续发展也不大。

经整理监测结果，暗挖施做期间，即有隧道最大沉降量为6.25mm（东北侧边墙沉降缝处）、5.92mm（西南侧边墙处）、5.94mm（两洞间中墙处），自联通道开挖至施工结束共增加0.37mm，至2018年1月底仅再增加0.04mm，已趋于收敛，沉降缝两侧结构沉降差约1.5mm；各管线最大沉降值为4.85mm～5.86mm不等；较好的完成了暗挖段施工。

6 结论与体会

根据以上论述及施工反馈，可以得出以下几点结论和认识：

（1）“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”是进行浅埋暗挖设计及施工的有力指导方针；合理选择支护形式及工法；严控对施工质量影响较大的关键点如快挖、快支、快封闭、注意拱脚保护、及时回填注浆等，同时应密切关注各监测数值，才能保证工程安全、顺利实施。

（2）城市浅埋暗挖隧道往往伴随邻近施工，应充分考虑各风险因素的合理处治措施以确保安全。本次设计针对小间距隧道及小净距下穿的特点，从多方面分析入手，采用了在较强的超前支护、加强初支及二衬强度、加固中夹土的措施，以CRD工法施作，经施工检验，各项措施有效的保障了施工的安全、顺利进行。

（3）由于即有结构物控制要求高，且缺少地区经验，设计中的超前支护、初支、二衬均选取了较强的措施，并顺利实施，但仍有一定的优化余地，与新建隧道刚度大，整体性及市政干道限制重车通行都有一定的关系，设计中应结合具体的边界条件进行综合考虑及优化。

（4）本次设计的马头门接口同时存在环向、水平向及竖向施工缝，设计及施工复杂，也不利于防水的施作，西端头厅的接口不考虑管棚打设空间，可优化为仅在端墙处的竖向接口。

（5）经查询更多类似案例，中夹土柱的加固应当可优化为仅在先行洞中加固一次即可。

（6）經施工单位反馈，联通道的工法偏保守，应当可以采用正台阶法更快更便捷的完成。

参考文献

[1]王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论[M].合肥：安徽教育出版社，2004.

[2]孔恒，宋克志.城市地下工程邻近施工关键技术与应用[M].北京：人民交通出版社，2013.

[3]王梦恕，等.中国隧道及地下工程修建技术[M].北京：人民交通出版社，2010.