浅埋暗挖法近距离穿越既有地铁构筑物区间与车站关键技术

浅埋暗挖法近距离穿越既有地铁构筑物

（区间与车站）关键技术研究1立项背景

近年来我国城市快速轨道交建设得到了迅速发展，逐步形成地下铁道网。在地铁网的建设中必然会遇到众多的节点车站（即换乘车站），仅北京市线网规划中节点车站就达118处，因此换乘车站的设计和施工通常是城市地铁建设中的难点和重点工程。

换乘车站的建设方式：A.同期建设—4、10号线黄庄车站B.前期建设预留如2、4号线西直门站C.穿越既有线施工,如崇文门、东单、宣武门站等显然,在以上3种建造方式中，显然是以穿越既有线结构的方式技术难度和风险最大。

序号新建线既有线穿越情况穿越类型最小间距/m152崇文门暗挖车站下穿地铁2号线区间下穿1.98021东单暗挖车站上穿地铁1号线区间上穿0.632雍~和暗挖区间穿环线雍和宫站下穿0.3442宣武门暗挖车站下穿2号线宣武门车站下穿1.951西单暗挖车站上穿1号线区间上穿0.5462西直门站改造（预留)

7101国双区间下穿1号线区间下穿1.245813北芍区间下穿13号线芍药居站下穿9.2159机场线13东直门站穿13号线东直门折返线下穿、侧穿0北京地铁在建线路近距离穿越既有地铁线工程汇总表

通常认为，当结构间距大于5.0m以后两者的影响就非常明显，即5.0m以下可以认为是小间距，上表中除穿越芍药居城铁站外，其他间距均小于2.0m，因此均为近距穿越。

隧道穿越既有线的主要形式:

依据新建隧道与既有线结构的位置关系可分为以下3种穿越形式：下穿既有线

上穿既有线

侧穿既有线

宣武门下穿既有有线结构东单站上穿既有有线结构崇文门联络通道道侧穿既有线结结构在3种穿越方式中以以下穿既有线工工程的技术难度度最大。而在北北京在建的穿越越既有线工程中中，以五号线崇崇文门车站下穿穿既有线工程条条件最为复杂，，难度和风险最最大，同时也是是最先建设的穿穿越工程。因此本课题重点点以崇文门车站站作为工程北京京开展研究工作作，并在该工程程建设中进行本本成果的应用。。以五号线东单单车站作为上穿穿既有线的工程程应用。北京地铁五号线线崇文门车站工工程概况北京地铁五号线线崇文门车站和和东单车站隧道道穿越工程的规规模之大、条件件之复杂以及控控制标准之高是是国内外罕见的的，其中崇文门门车站以24.2m×11.42m的大断面下穿既既有环线地铁结结构，结构最小小间距仅为1.98m；东单车站开挖挖断面为23.66m××9.87m，以最小间距0.5m上穿既有地铁一一号线区间。在在如此复杂的环环境下实现施工工过程中的安全全运营，其风险险性非常之大。。崇文门车站的主主要技术难点：：崇文门车站是重重要的换乘车站站，在整个交通通线网中具有有不可替代性。。施工技术难度大大，国内外尚无无成熟的经验可可资借鉴，需要要通过技术创新新来完成。周围环境及其复复杂，而且地处处交通要道，一一旦出现工程环环境事故，将造造成非常恶劣的的社会影响；如如果造成既有线线结构破坏迫使使环线地铁停运运，将使整个北北京地铁交通瘫瘫痪。在如此复杂的条条件下施工，要要同时保证既有有线和新建工程程的安全，技术术要求高。2主要研究内容和和总体思路成功穿越既有线线结构，要解决决好以下关键问问题：A.保证既有线的安安全运营B.保证施工过程的的安全C.监控量测和信息息反馈是工程安安全的重要保证证隧道穿越既有线线的核心问题是是如何控制既有有线结构的变形形量和变形速率率(防止灾难事故发发生)，因此从研究思思路上可以采取取以下3种方法：结构托换，即通过托换手手段对既有结构构进行预支护，，如美国波士顿顿中央交通主动动脉公路隧道工工程穿越既有地地铁线时使用了了此方法。减小开挖断面，即在满足工程程要求的条件下下尽量减小隧道道断面，或将大大断面隧道分解解成小断面，如如4号线宣武门站拟拟采用的方法。。隧道分部开挖，即将大断面隧隧道分多次开挖挖完成，从而减减小对既有结构构的扰动和变形形，如5号线崇文门车站站、东单车站以以及穿越雍和宫宫车站所采用的的方法。安全穿越既有线线结构的基本思思路穿越既有线工程程主要包括以下下5个环节，课题研研究也是围绕这这5个环节的关键技技术问题进行的的，并且重视成成果的实际应用用。Ⅰ既有结构物的现现状评估和安全全性评价。由此可确定出既既有结构的沉降降和变形控制标标准，即既有结结构所能够承受受的极限变形值值。Ⅱ施工附加影响的的分析及施工方方法优化。实际上为施工方方法以及辅助施施工方法的优化化，并且包括工工法的优化以及及细部优化（如如到洞开挖以及及支护顺序等细细节问题）。Ⅲ过程控制方案制制定与实施。考虑到隧道开挖挖对地层影响的的时空效应，依依据地层和结构构的变位分配原原理，初步拟定定相应施工方案案下的既有结构构变形及稳定性性控制方案并实实施。方案制定的依据据主要包括：既往往经验及资料、、数值模拟及理理论分析、工程程特点等。Ⅳ施工过程监测及及信息反馈。基于信息化施工工的原理，通过过监测结果与既既定控制方案的的对比，可及时时对施工方案和和控制标准进行行调整，以及在在必要时对地层层和结构进行加加固，以达到预预期的目标。加固地层—其作用是减小施工工对结构的附加加影响；加固结构—其作用则在于提高高结构的抗变形形能力。Ⅴ工后评估及恢复复方案制定。无论采取怎样的的施工方案和技技术措施，施工工结束后都会或或多或少地对既既有结构造成影影响，因此待施施工完成后应对对既有结构的损损坏状况进行检检测和评估，并并据此制定恢复复方案和具体措措施，包括恢复复的必要性、恢恢复程度以及工工后沉降和变形形的预测等。依据上述原理和和方法，在浅埋埋暗挖法穿越地地铁结构成功实实践的基础上，，目前已在北京京地铁施工的环环境安全风险管管理中得到了推推广应用，取得得了很好的效果果。由此可对地地铁及城市地下下工程施工的环环境控制提供直直接的指导，从从整体上提高了了信息化施工的的技术水平。3课题技术成果及及其应用分析了穿越工程程中合理结构间间距的主要影响响因素及评价方方法，并由此确确定了一般工程程条件下的合理理结构间距。综合考虑列车振振动对新建结构构的影响、夹层层土体变形对既既有结构沉降的的影响以及地下下空间的合理利利用等，下穿越越既有线时结构构间距以2~3m为宜。（一）既有结构构的现状评估与与安全性评价根据现状评估结结果，结合施工工过程中可能发发生的沉降模式式的综合分析，，同时考虑到列列车运营条件（（竖曲线、过超超高等）的要求求，最后以既有有隧道结构变形形缝处的最大沉沉降量最为控制制指标，控制标标准为不超过40mm，考虑到一定安安全储备，将既既有结构的最大大沉降量控制标标准拟定为36mm。东单车站既有线线复八线的上浮浮量控制标准为为12mm,考虑安全储备后后，最大上浮量量为10mm。东南施工场地西北施工场地崇文门车站周边边实景图平面图横剖面图西1.98m（二）地铁施工工的附加影响分分析及工法优化化针对大断面浅埋埋暗挖地铁车站站常用的中洞法法、柱洞法和侧侧洞法对既有结结构沉降附加影影响进行分析，，由此实现对施施工方法的优化化。施工方法的附加加影响分析及优优化，包括工法法的优化和施工工步骤的细部优优化。既有环线区间隧道新建车站Ø600大管棚柱洞法中洞法侧洞法不同施工方法的的塑性区分布柱洞法中洞法侧洞法综合既有结构沉沉降以及塑性区区范围的影响分分析，可以得出出以下结论：柱洞法以最小的挖土量量，提供了前期期衬砌的施作空空间，其永久衬衬砌结构施作最最早，支撑作用用发挥得最早，，所以对土体沉沉降和既有结构构的变位控制最最为有利，应是穿越施工的最最佳方案。导洞开挖顺序的的细部优化1234123412341234方案Ⅰ方案Ⅳ方案Ⅱ方案Ⅲ既有结构分步沉沉降预测结果-40-35-30-25-20-15-10-50024681012141618施工步步序累计沉沉降量量（mm）导洞贯贯通中洞顶顶层衬衬砌侧洞支支撑侧洞贯贯通中洞衬衬砌侧洞衬衬砌中洞管管幕施施工结结束（三））环境境风险险安全全控制制方案案的制制定和和实施施依据地地层及及结构构变为为分配配的原原理和和方法法，拟拟定出出不同同施工工阶段段的既既有结结构变变形控控制目目标值值，形形成控控制方方案。。φ600超前管管幕◆设计参参数φ600咬合管管幕，，钢管管管径径φ600mm，壁厚厚16mm，长度度为36m。沿车车站隧隧道单单层断断面拱拱部布布设一一环，，钢管管之间间采用用10号槽钢钢和工工10相互咬咬合（（双扣扣为槽槽钢，，单扣扣为工工钢））。◆施工方方法超前φ600管幕采采用水水平液液压钻钻孔顶顶管机机施工工，施施工时时采用用先顶顶进后后出土土的施施工工工艺，，钻头头落后后钢管管前端端10-15cm，该施施工工工艺能能够有有效的的控制制地层层沉降降，其其主施施工设设备为为液压压系统统，施施工中中振动动和噪噪音较较小◆施工参参数管幕布布置在在既有有环线线区间间隧道道和车车站拱拱顶之之间，，距离离车站站初支支30cm。在钢钢管支支座施施工完完成后后，钢钢管内内再填填充无无收缩缩水泥泥砂浆浆，用用来提提高钢钢管刚刚度。。钻孔顶顶管机机施工工示意意图φ600超前管管幕现场钢钢管柱柱施工工（四））施工工过程程中的的监测测和控控制与其他他的暗暗挖地地铁车车站工工程相相比，，监测测工作作的主主要创创新点点为：：采用先先进的的高精精度静静力水水准自自动化化监测测系统统，实实现了了实时时监测测和及及时的的信息息反馈馈；采用光光栅系系统对对典型型管棚棚进行行了隧隧道施施工过过程的的全过过程实实时监监测；；对地铁列车振动在在地层中的传播规规律进行了监测，，为振动影响分析析及减振措施制定定提供了依据。常规监测项目——地表布点图测点布置原则为：：沿纵向每5米布设一个断面，，每个断面布设5个测点。常规监测项目——洞内布点图既有线监测布点纵纵剖面图既有线监测布点纵纵剖面图既有线监测方案既有线监测设计就就是结合既有隧道道的结构特点和已已制定的监管指标标，选择相应的量量测仪器和设备。。监测系统的布置置也是监测设计的的重要内容，包括括仪器安设位置的的选择，仪器安装装的数量、密度、、分布方式和范围围等。梁式倾斜仪变位计（五）工后评估和和恢复方案制定和和实施隧道施工完成后，，客观上不可避免免地要对既有地铁铁构筑物造成影响响，也可能对既有有线的安全运营和和使用功能造成一一些损害，因此应应对所造成影响的的程度作出评价；；同时根据损