暗挖车站近距离侧穿高层建筑物技术研究

张潇丹

【摘要】北京地铁17号线广渠门外站采用暗挖洞柱法施工，车站导洞近距离侧穿广泉小区14号楼，施工过程中通过一系列措施减少地面及建筑沉降。

【关键词】暗挖地铁车站;侧穿;沉降;隔离桩;注浆

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.11.078

1、工程概况

1.1  项目概况

广渠门外站位于广渠门外大街与广和里中路交叉口南侧，车站主体沿广和里中路南北向设置。新建M17广渠门外车站为岛式车站，站臺宽16m，车站总长279m，标准段为两层双柱三跨结构，南端为三层双柱三跨结构。采用暗挖洞柱法施工，车站两端接矿山法区间。车站设置2组风井、风道，3个出入口和2个疏散口、1条换乘通道。

车站邻近建筑物主要有广渠家园24号楼、广渠家园25号楼、光明小学（广渠校区）、广渠社区卫生服务中心、和平村1号楼、和平村4号楼、广泉小区13号楼、广泉小区14号楼。车站北端邻近既有7号线车站，车站端墙结构外皮与既有M7广渠门外站水平距离最小约7.8m，导洞与既有线最小距离约5.3m，为特级风险源。

1.2  水文地质情况

车站及广泉小区14号楼三层段拱部位于粉质黏土③1层，车站两层段拱部位于粉细砂④3层，车站底板位于中砂⑦1层和黏土⑦5层。

车站范围内地下水类型为：层间潜水（三）、承压水（四）和承压水（五）。

层间潜水（三）：主要分布于④3粉细砂层、④4细中砂、⑤1中砂层和⑤圆砾层中;水位埋深12.60～13.90m，水位标高在上层导洞底附近。

承压水（四）：主要分布于⑥2黏质粉土层、⑥3细砂层、⑦2层粉细砂、⑦1层中砂及⑦层圆砾和⑦3层砂质粉土层。水头埋深 16.45～17.80m，承压水水头标高4.4～11.95m，水位标高位于底板以上约11.4m。

承压水（五）：主要分布于⑨2层细砂层和⑨4黏质粉土层中;水头埋深20.00～20.58，水头17.80～18.42m。水头水位位于结构底板以上约7.8m。车站主要受层间潜水（三）、承压水（四）、承压水（五）影响。

1.3  车站临近广泉小区14号楼概况

广泉小区14号楼建于2006年，地上28层，建筑物高81.1m，地下两层，底板埋深约6.4m，为全现浇剪力墙结构。建筑物采用筏板基础，基础位于粉质黏土层，采用CFG桩，桩长16.5m，桩径420mm，桩间距1.35m，桩长16.43m，建筑物侧墙结构距离M17号线广渠门外站降水导洞水平距离980mm，距离导洞拱顶5270mm，车站覆土约10.5m。拱顶处为中砂层。风险等级为一级。

2、施工步续及措施

广渠门外站采用8导洞PBA工法施工，由于车站东侧及西侧部分位置不具备地面降水条件，因此施工采用洞内及洞外降水相结合的方式。

车站采用洞内降水，站内上导洞兼做降水导洞，车站及3A横通道部分采用封闭成环降水，保证施工前降水水位降至开挖面下1m，减少⑥粉质黏土层含水率，减小开挖过程中水土流失对沉降的影响;

车站PBA工法开挖主要施工步续：

开挖上层导洞和降水导洞并施作初期支护，降水导洞施做完成后打设降水井并敷设降水管线，待水位降至下层导洞开挖面以下0.5m，方可开挖下层导洞。

后退施作下边导洞内桩下条基，下中导洞内施工底纵梁、底板、和底纵梁防水层。施工车站边桩。中上导洞中施工钢管柱人工挖孔。降水导洞内降水井施做完成，底部2m范围内用C15混凝土回填。

中间导洞中施工钢管混凝土柱（柱挖孔护壁与钢管混凝土柱间空隙用砂填实），施工车站顶纵梁。

施工顶纵梁及回填，施工完成后进行进行车站扣拱开挖。

待主拱初支达到设计强度后，拆除永久结构断面范围内导洞格栅，施工主拱二衬、侧墙和防水层，然后进行土方开挖，盖挖逆作施工主体结构，直至车站主体结构全部完成。

车站的全过程施工对广泉小区14号楼沉降造成影响，为减小车站施工对楼房结构的影响，车站邻近广泉小区14号采取如下加固措施：

（1）楼降水导洞采用全断面深孔注浆加固，加固范围为初支外2m;下导洞采用深孔注浆加固，加固范围为初支外2m，纵向加固范围48.5m。车站大拱拱部采用采用深孔注浆加固，加固范围详。注浆浆液采用水泥—水玻璃双液浆，注浆压力0.3～0.5Mpa，地层注浆加固后单轴抗压强度应达到0.6～0.8Mpa。地层注浆加固后土体的渗透系数不小于1×10-6cm·s-1。为保证深孔注浆的成孔及所用浆液和注浆加固效果，注浆参数应根据现场试验进行调整。注浆应连续均匀。注浆孔全部注完后，钻2～3个孔对注浆效果进行检验，并取岩芯观察浆液充填情况，对注浆的薄弱部位采用小导管重新补充注浆。

（2）导洞内设置边桩，边桩采用φ1000围护桩，间距1.4m，边桩施工时应采用间隔开挖，相邻边桩跳挖的最小施工净距不得小于4.5m（隔二挖一）护壁混凝土采用150mm厚C30早强混凝土护壁，施工时护壁达到一定强度后（一般不小于12h），方可拆模板继续下一节施工，上层导洞底部开洞及下层导洞开洞部位采用洞口环形钢筋加固。见图3

（3）车站导洞和车站开挖完成后及时封闭，并增强初支背后注浆，减少地层损失。

（4）严格控制开挖进尺，并减小开挖步距，加密格栅间距。

（5）施工期间加强监测，尤其是加强注浆压力对建筑物结构的影响，并根据监测结果及时调整注浆压力。

3、施工步续及措施

3.1  沉降理论计算

计算采用MIDAS GTS NX 2021建模计算，土体模态采用修正-摩尔库伦，土层参数各项同性。

经过模拟分析计算，得出

（1）车站开挖完成后广泉小区14号楼最大沉降16.99mm。经过计算建筑物倾斜最大值为0.0004。

（2）上导洞、下导洞开挖对建筑物影响较大，顶纵梁完成后，后期初支扣拱和二衬扣拱沉降变形基本稳定，车站大开挖对建筑物影响较小。

（3）随时间位移会进一步发展，故在施工过程中要相关按规定做好监控量测。

3.2  现场实际沉降数据

（1）现场取用临近14号楼位置车站上方横剖面测点DB34数据（单位：mm）。见表2

（2）取临近14号楼车站顶部DB-34-6、DB-34-7、DB-34-8、DB-34-9四个测点的沉降区间。

表2  广泉小区14号周边地面沉降监测数据

上导洞、下导洞开挖过程中地面沉降较大沉降速率较大，下导洞完成到开始扣拱之间沉降较缓，初支扣拱后沉降缓慢发展。

（3）现14号楼建筑物南、北两侧倾斜分别是1.5‰、0.97‰，根据《建筑地基基础设计规范》、《北京地区建筑地基基础勘察设计规范》《城市轨道交通工程监测技术规范》，满足设计及规范2‰要求，但已经接近规范要求。

3.3  施工前与施工后数据对比分析

（1）地面沉降理论计算量最大为-36.83mm，实际施工完成至今最大沉降量为-69.5mm，建筑物理论计算最大沉降为16.99mm，实际施工过程中最大沉降量为-43mm，实际施工较理论计算值大，通过分析发现，理算计算沉降量各阶段分布较为均匀，实际施工过程中沉降发生主要集中在车站下层导洞施工期间。

（2）通过数据对比发现：在车站中部沉降最大，车站两端沉降较小，临近建筑物侧沉降比另一端沉降大。

（3）通过地层纵向对比发现，上层导洞施工期间地层主要为粉细砂④3层，下层导洞拱顶主要位于⑥粉质黏土地层，沉降阶段主要集中于下层导洞施工期间，上层导洞开挖、扣拱开挖及其他施工步续对地面及建筑物沉降较下层导洞影响相对较小，进一步印证北京东部地区粉质黏土等含水软土地层沉降控制效果较差。

（4）上层导洞拱顶采用深孔注浆加固，沉降效果控制较好;下层导洞靠近广泉小区14楼采用注浆加固及超前小导管注浆补强，注浆主要加固⑥粉质黏土层，受地层孔隙率影响注浆效果较差，未达到控制沉降的目的。

（5）车站导洞施工期间，下层四个导洞不具备整体受力能力，同时受到地层开挖扰动，因此无法起到对周边土地及建筑物形成整体支护作用，开挖的断面就成为凌空面。在土压力的作用下，隧洞周围的土体就会向隧洞内滑移，导致变形，从而引起周边的结构物出现沉降现象，造成地面及建筑物沉降较大。

4、暗挖车站近距离侧穿高层建筑物总结分析

（1）由于施工沉降期間主要集中在下导洞施工期间，地层为软土地层，地层具有高含水率、大孔隙比、低强度和高压缩性等特，同时具有触变性和流变性，导洞开挖施工过程中土体扰动将出现大量沉降。因此施工前严格按照要求进行降水，保证满足施工情况下，减少降水期间对地层及地面沉降的影响。

（2）八导洞洞桩法施工先上后下导洞施工，由于导洞上方土体已受到上导洞施工扰动，再进行下导洞施工时，将对上导洞上方土体及上导洞造成扰动，不利于地面、风险源沉降控制，因此在地面沉降控制标准较高时，应优先先下后上施工或采用四导洞洞内机械成桩法施工，减少下层导洞开挖对地面及周边建筑物的影响。

（3）地面具备条件、或者采用洞内成桩方法采用隔离桩形式对建筑物和暗挖导洞进行隔离，通过隔离桩的受到的应力，防止周边土地向车站导洞位移，使得滑移面抗剪力得以提升，桩身还能够将侧向压力在传递的过程中阻止，使得桩后的土体不发生位移和变形，从而能够对建筑物起到保护作用，有效的防止建筑物的沉降。

（4）精细化施工，地层加固措施需结合地层采取相应措施，如砂层宜采取深孔注浆、超前注浆等措施，黏土层则宜采取管幕、劈裂注浆等措施，结合本项目近距离侧穿高层建筑物、正常段导洞施工经验，砂层采取深孔注浆、黏土层采取管幕施工，利于建筑物沉降控制。

（5）做好施工期间的工程筹划，合理安排施工步续错距施工，减少施工过程中群洞施工对地面及周边建筑的沉降影响。

（6）做好施工前对地层层的注浆加固，减小相邻导洞施工过程中对建筑物的影响。加强施工过程中背后回填注浆，少量多次，减少开挖对地面的影响。

暗挖车站施工步续较为复杂，尤其是近距离侧穿建筑物沉降控制比较困难，通过以上组合措施控制，可有效的减少地面及既有线内施工沉降，同时通过建模计算及对沉降监测曲线分析等结论分析，为后续类似施工提供了参考。

参考文献：

[1]贾世涛.PBA地铁车站施工过程引起的地层沉降分析[J].铁道建筑技术，2018（11）：72.

[2]翟和明.张显宇.地铁地下车站结构初期支护施工方案研讨[J].煤炭工程，2013（04）：50.

[3]孙充，后退式注浆技术在隧道突涌堆积体加固处治中的应用[J].铁道建筑技术，2019（6）：124-126.

[4]蒋青青，黄晓阳，周恺，等.复杂条件下地铁隧道马头门施工技术与监测分析[J].岩石力学与工程学报，2010（S1）.

[5]北京市住房和城乡建设委员会，北京市质量技术监督局.《城市轨道交通隧道工程注浆技术规程DB11/1444-2017》[S].

[6]北京市住房和城乡建设委员会，北京市工程建设标准.《地铁暗挖隧道注浆施工技术规程DBJ01-96-2004》[S].

[7]丁文娟.洞桩法施工的地铁车站导洞开挖所引起的群洞效应影响研究[D].北京交通大学，2010.

[8]姚军华，宋文杰，董军.PBA工法导洞不同开挖顺序对地表沉降的影响[J]公路，2013，（1）：298-302.

[9]马林林.四六导洞组合PBA法暗挖车站施工技术[J].铁道建筑技术，2016（7）：10-13.

[10]李铁生，郝志宏，刘军.PBA工法中导洞开挖顺序的优化分析与研究[J]市政技术，2016，34（2）：67-70.