暗挖隧道极小净距下穿既有运营地铁线路沉降变形监理控制措施

张恒忠（上海地铁咨询监理科技有限公司， 上海 200032）

0 引 言

随着国内城市轨道交通的发展，在建地铁线路下穿既有铁路（公路）、河流、桥梁、运营地铁线路等重要建（构）筑物已是常态，但极小净距下穿既有运营地铁线路情况尚不多见，青岛在建地铁8号线青岛北站站-沧安路站区间暗挖段下穿既有运营地铁3号线（以下简称“该工程”）就属于极小净距下穿情况。该工程风险大，属于重大一级风险源，一旦出现沉降变形，则不仅会导致地铁3号线出现结构安全隐患、难以抢修，进而造成较大经济损失，还会导致地铁3号线无法运营，造成极大的不良社会影响，损失无法估量。以该下穿工程为例，监理通过工程风险分析，采取技术控制措施、管理控制措施及关键节点验收程序性控制措施，成功下穿既有运营地铁3号线，在建地铁8号线隧道内沉降值要求控制在10 mm以内，实际下穿过程中隧道内最大沉降值5 mm；既有运营地铁3号线沉降值要求控制在5 mm以内，实际最大沉降值1 mm。希望该成功案例能为其他类似下穿工程提供建设性意见。

1 工程概况

青岛地铁8号线青岛北站站-沧口站区间折返线暗挖段全长约870 m，原设计全部采用钻爆法施工，隧道以单洞单线敷设，隧道拱顶覆土厚约12.8 m～30.3 m，标准断面为7.20 m（宽）×7.34 m（高），初支厚度为350 mm，二衬厚度为350 mm。在建地铁8号线右线距离既有运营地铁3号线较远，属于侧穿，保持原钻爆开挖设计方案；左线下穿既有运营地铁3号线，下穿段约130 m。左线先下穿地铁3号线右线，平面角度约16°；后下穿地铁3号线左线，平面角度约17°。在建地铁8号线初支至既有运营地铁3号线结构最小距离为0.445 m，属于典型的“极小净距、长距离、小角度”下穿工程，为重大风险工程，因此为确保地铁3号线运营安全、在建地铁8号线工程风险可控及节点工期完成，不宜采用钻爆法和静态破碎工法，通过对地质水文、周边环境调查研究，优化调整工法，选择悬臂掘进机机械开挖工法。

2 工程地质、水文

2.1 工程地质

隧道地质自上而下为：第①层杂填土，厚2 m～3 m；第①1层素填土，厚6 m～8 m；第⑯0-下层强风化花岗岩，厚2 m～4 m；第⑰层中风化花岗岩，厚5 m～10 m；第⑱层微风化花岗岩，抗压强度最大约60 MPa。在建地铁8号线左线隧道洞身位于中风化花岗岩层，受沧口断裂带影响，部分地段穿插有煌斑岩、花岗斑岩、糜棱岩、碎裂状花岗岩局部发育。

2.2 水文条件

地下水分为第四系孔隙潜水和基岩裂隙水两类。水量较丰富，部分具弱承压性。地下水主要靠大气降水和地表水补给，水位受季节影响明显。

3 工程风险分析

该工程下穿段受沧口破碎带影响，破碎带附近节理发育较密集，基岩裂隙水较丰富，且岩层中夹杂有遇水融化煌斑岩层，地质环境较恶劣，并且周围岩体受过多次扰动。若因8号线施工而引起3号线沉降或者隆起，将会造成较大的社会影响，轻则导致运营故障，重则造成重大人员、财产损失。该工程风险分析详情见表1。

表1 该工程风险分析表

4 监理控制措施

4.1 监理控制技术措施

应暗挖隧道下穿既有运营地铁线路属于危大工程范畴，监理严格按照《危险性较大的分部分项工程安全管理规定》（中华人民共和国住房和城乡建设部令第37号）和《住房城乡建设部办公厅关于实施〈危险性较大的分部分项工程安全管理规定〉有关问题的通知》（建办质 [2018]31号）要求，对下穿施工专项方案、应急预案编制内容、审批程序、两级交底进行控制及全程旁站应急演练。监理要求下穿施工前设置试验段，收集相关施工参数，对不合理或者可以优化的技术参数进行优化。监理组对工法、工程技术参数及监测方式等进行认真研究，提出建设性优化意见并采用，降低了下穿工程风险。

4.1.1 工法调整

地铁3号线为爆破开挖，地铁运营对下穿段影响区域围岩已经造成扰动，通过对比在建地铁8号线试验段施工参数数据发现，控制爆破下穿风险较大。根据工程地质条件以及往期工程经验，监理提出意见并实施：8号线右线距离既有运营3号线较远，属于侧穿，保持原钻爆开挖设计方案；8号线左线下穿段钻爆开挖变更为悬臂掘进机开挖施工，为减少对围岩的扰动及运营线路的振动影响，悬臂掘进机开挖时预留掘进头作业空间（120 cm），加厚初喷混凝土厚度，防止围岩掉块，防止危及运营安全。

4.1.2 可靠的超前地质预报

超前地质预报方法主要采用地质雷达（常规）和超前地质探孔成像（新增）方法。

（1）地质雷达：采用地质雷达进行精确探测，每次预报长度为15 m～30 m，两次搭接不少于5 m。

（2）地质探孔成像：直观探测前方地层及地下水发育情况，掌握掌子面近前方情况，采用加深探孔成像法，每次探孔应不少于3孔，孔深5 m，搭接2 m。

4.1.3 优化初支参数

监理在试验段全程旁站并收集各工序施工参数、工序时间等，一旦发现问题应及时解决。例如，发现原设计每循环双排小导管施工时间太长，违反早封闭原则且风险极大，监理建议并实施由双排变单排，最终将φ42 mm、壁厚3.5 mm、长3.5 m、环纵间距0.4 m×1 m的双排小导管，改为φ48 mm、壁厚6 mm、长3 m、环纵间距0.4 m×0.5 m的单排超前小导管，大大地缩短了单循环封闭时间。再如，下穿区域岩层当中含黄斑岩，遇水融化，而下穿区段存在基岩裂隙水，因此上台阶拱脚沉降成为监理的一个控制重点，监理要求：清理拱脚底部虚渣漏出基岩→喷射早强C25混凝土→再垫设拱脚钢板；加强拱脚锁脚锚杆，由普通锚杆改为涨壳式预应力锚杆，以抑制沉降变形。

4.1.4 增加地铁3号线隧道内自动化监测

地铁3号线内的监测数据原来采用的是人工采集的方式，但是由于其运营时间为6：00～23：00，在地铁运营时间段开展监测点数据采集工作难度很大，而在非运营时间进行数据采集，对数据变化不能够做到及时、有效、全面掌控。监理建议并实施：采用自动化监测技术，实时、有效掌握地铁3号线隧道内的结构、道床等监测数据。自动化监测项目监测频率及预警值，如表2所示。

表2 地铁3号线内自动化监测项目监测频率及预警值

4.1.5 降低地铁3号线列车运营速度

地铁3号线运营在下穿段影响区域的载客量大、速度过快都会对周围岩体造成较大的扰动，进而增加下穿的施工风险。监理建议建设单位与地铁3号线运营单位协商，3号线列车在下穿影响区段降低运营速度。建设单位采纳该建议，通过与运营单位协商，将下穿影响区段3号线列车的运行速度控制在15 km/h。

4.2 监理控制管理措施

4.2.1 加强关键节点验收监理管控措施

按照《住房城乡建设部办公厅关于加强城市轨道交通工程关键节点风险管控的通知》（建办质 [2017]68号），由青岛市市政工程管理处及青岛地铁公司对关键节点进行施工前验收，要求做好监理管控。

（1）下穿段开挖施工前条件验收监理管控。监理按照验收要求逐条复核，核查准备工作是否全部到位，重点核查：施工方案、勘察设计交底、人员机械设备、应急演练及应急物资、原材料等是否到位；悬臂掘进机截齿等备品备件是否配备到位，洞内、地面以及地铁3号线内监测点是否布设完成并取初始值；超前地质探测及报告签字确认；勘察、设计、建设、监理、施工、第三方咨询六方驻场人员是否到位等。条件合格，监理组织条件验收会议，各方同意后方可开挖施工。

（2）下穿段二衬施工前条件验收监理管控。二衬施工前，监理应做好基面验收管控工作，基面处理的好坏直接关系到二衬施工的质量。对渗漏水、基面平整度、初支背后雷达扫描等进行把控，要求验收段初支背后无空洞、无明流水、渗水面积及程度满足要求、基面平整无尖锐物、无侵限等。二衬施工前条件验收合格，方可允许施工单位防水铺设施工。

4.2.2 过程中监理控制管理措施

（1）加强施工过程中的监理旁站及巡视检查管控措施。由于下穿施工风险极大，总监理工程师组织监理部成员召开内部会议，确定下穿段监理旁站重点和巡视检查频率。

监理旁站内容。开挖施工监理旁站，重点为核心土的预留、悬臂掘进机截割方式、开挖地质情况变化；超前小导管及格栅钢架施工监理旁站，重点为格栅间距（0.5 m）、小导管角度、锁脚锚杆焊接质量、拱脚钢板支垫；超前小导管注浆监理旁站，重点为注浆压力（≤0.4 MPa）、水灰比（1∶1）、注浆量；初支喷混凝土监理旁站，重点为喷混凝土顺序、喷射厚度、初支背后空洞。

监理巡视检查频率。总监理工程师及总监理工程师代表每天不少于两次巡视检查工作面；工点负责人每天不少于4次；专业监理工程师每4 h巡视检查一次；监理员在开挖工作面洞内24 h全程监理旁站。监理组成员建立信息共享微信群，对巡视时间、内容、发现问题及处理情况及时上传。除监理员外，其他监理成员现场巡视检查时间错开，确保每小时都有专业监理工程师级别以上人员巡视现场。

（2）强化过程验收及隐蔽工程验收监理管控措施。下穿地铁3号线风险重大，在确保施工安全质量的前提下，应当以最快速度完成开挖支护以及二衬施工。为了避免在验收环节发现问题导致整改时间长的问题，监理组增加了中间验收环节，在过程中发现问题立即下发指令，在最终的报验验收中如果发现类似的问题大量存在或者下发的整改通知单没有整改完成立即下发处罚建议书，以此来监督施工单位加强自身的安全质量管控力度；监理组成员严格执行安全质量管控标准，不接受任何以工期紧为借口降低标准的意见，做好事中控制。

（3）加强监控量测监理管控措施。下穿地铁3号线施工重难点之一就是过程中的施工监测，这需要监理加强对监控量测工作的监控。

监测点的布设及验收。洞内及地面监测点监理重点：查看及验收监测点布设深度及点位选择；地铁3号线内自动化监测除对监测点及初始值验收之外，监理要求开挖前完成对原隧道结构裂缝情况进行标记及三维扫描等工作。

监测数据对比与分析。专业监理工程师每日收集施工监测以及第三方监测数据，并进行对比分析，当两者数据相差较大时，立即组织召开监测数据分析会。监理要求施工单位及自动化监测单位每周两次对自动化监测设备进行检查维修及检核，监理全程监督旁站，确保监测数据能够真实有效地反映现场实际情况。

监测数据信息共享。监理建立监测数据信息共享平台，将每日的施工监测、第三方监测以及两者的对比分析数据上传到群里，并要求自动化监测单位将自动化监测数据平台的账户及密码在平台上共享，确保施工、设计、勘察、监理、业主、运营单位等均能够实时查看自动化监测数据和人工监测数据。

（4）组织召开现场专题会。监理于每天16：00组织召开现场专题会，施工、监理、勘察、设计、业主、风险咨询等参建方负责人参会，对当天巡视检查发现的问题、监测数据变化、第二天的开挖计划及注意事项等进行讨论分析。监理通过专题会对现场实际发生的问题做到了及时解决，例如地质变化引起的设计变更会，在会上就进行了解决。

（5）各类记录明确各方主体责任。为了能够明确每个人的责任，便于责任追溯，监理提出以下要求：每段超前地质预报告由施工、监理、勘察、设计以及总部共同签认，各参建方针对报告结果提出相关要求；超前小导管、格栅钢架、喷混凝土等每道工序施工作业班长、施工单位自检责任人、监理单位验收责任人共同签字，明确验收参数并录制视频；设立专门的巡视检查记录本，各参建方责任人每天巡视检查下穿工作面后，在记录本上写下检查人、检查时间、现场施工工序、发现问题、处理及建议等。将上述内容纸质资料同下穿施工相关的勘察设计交底、设计图纸、施工方案及交底、监理细则及交底、专题会会议纪要等纸质资料共同悬挂于下穿施工工作面部位的值班室，便于各方查阅及责任追溯。

（6）工序之间无缝对接。通过数据收集发现，从开挖到封闭耗时较长，主要原因之一是工序之间衔接不紧密以及机械故障维修时间长。为了做到工序之间的无缝衔接，监理提出采取以下措施：上一道工序即将完成时，下一道工序的人机料等需要提前到达工作面做好准备；现场储备悬臂掘进机的备品备件，尤其是截齿，根据悬臂掘进机工作机理，损耗量大部位采用刚度较高截齿，一般部位可采取普通截齿，截齿更换及时补充；加强悬臂掘进机的日常维修保养工作，要求设备厂家配置专门的维修人员，确保在机械发生故障时，维修人员能够第一时间到现场排除故障。

5 效果检验

在监理组成员的共同努力及其他参建单位的大力配合下，上述监理技术措施和管理措施得到了严格落实，24 h盯控掌子面，加强超前地质预报管控，强化过程各环节验收，每一环节验收从领导到工人层层落实责任，确保质量追溯、责任追溯，严肃认真开展隧道内及地铁3号线内自动化监控量测并进行数据对比分析，历时319 d安全顺利完成下穿既有运营地铁3号线工程。在建地铁8号线隧道内沉降值要求控制在10 mm以内，实际下穿过程中隧道内最大沉降值5 mm；既有运营地铁3号线沉降值要求控制在5 mm以内，实际最大沉降值1 mm，得到了业主及青岛市相关行政主管部门的高度认可。

6 结 语

综上，当遇到重大工程风险时，监理部要发挥团队力量和智慧，认真分析工程风险，针对工程风险提出详尽的技术措施和管理措施并认真落实、执行和监督；同时要调动其他参建单位，发挥其技术力量和作用，落实其责任，从而形成齐抓共管、责任明确且可追溯的局面，确保重大工程风险处于可控状态。