浅析城市地铁隧道下穿既有建筑物施工技术

浅析城市地铁隧道下穿既有建筑物施工技术

摘要：城市地铁受车站埋深限制，区间隧道大多属于浅埋，与地面或地下原有建(构)筑物不可避免地要形成立体交叉关系。地铁隧道施工如何顺利下穿原有建(构)筑物并安全通过，同时又能确保原有建(构)筑物的安全、并且又不影响其安全运营或使用，需要采取较为复杂的安全施工技术。本文通过重庆轨道交通一号线下穿既有铁路隧道施工的案例，阐述了城市地铁下穿既有建（构）筑物施工技术可采用的相关新型技术。

关键词：新技术：静力切割开挖技术、长大管棚一次性穿越超前支护技术

Abstract: Urban subway station is limited by the buried depth, and interval tunnel mostly is shallow, forming the three-dimensional cross relations the with ground or underground original structures and buildings inevitably.How to smooth down through the original structures and buildings in the subway tunnel construction, at the same time, to ensure that the original structures and buildings, and the safety of the things and do not affect its safety operation or use, really needs more complex construction safety technology. This article is under the case of railway tunnel construction of Chongqing rail transit line , expounds the urban subway down through both structures and buildings construction technology and things can be adopted new technology related.

Keywords: new technology: static cutting excavation technology, pipe roof advance one-time grew up through support technology

一、工程背景

1、立体交叉关系

重庆轨道交通一号线马家岩～小龙坎区间新建地铁隧道下穿成渝铁路梨树湾～菜园坝段既有铁路隧道，两线在K15+031～K15+067位置相交，平面交角约为29°，立面垂直距离约5米。其立体交叉关系见图。

平面关系图

2、既有铁路隧道基本情况

既有铁路隧道为直墙圆拱，拱顶为混凝土衬砌，边墙为砂岩条石衬砌，

未设仰拱。洞跨4.8米，洞高7.0米，隧道埋深29.5米。隧道围岩为砂质泥岩，IV类围岩，岩体较完整。据物探测试资料显示，既有铁路隧道衬砌外侧厚度0.70～1.40米为超挖回填或基岩爆破松动带。既有铁路隧道洞顶无开裂、滴水和应力松弛迹象，洞壁稳定。

立面关系图

3、新建地铁隧道下穿段地质情况

下穿段位于沙坪坝背斜，单斜状构造，无区域性断层，地质条件简单，岩层倾向120°～140°，倾角7°～11°，围岩为Ⅳ级。场地属中丘斜坡地貌, 线路通过区为平顶山麓，场地不利于地下水赋存。通过钻孔水位观测，未发现有地下水赋存。

二、工程分析

1、两隧道间围岩厚度小，完整性差

既有铁路隧道和新建地铁隧道之间岩层厚度不足5米，既有铁路隧道修建时原爆破松动范围按最大1.4米计，两隧道间围岩的完整厚度在3.6米以内。

2 、既有铁路隧道结构差

既有铁路隧道是上世纪七十年代修建的，内衬为条石边墙和基础，拱部为混凝土，隧道整体性不好，自稳能力差，抗震动性弱，易开裂。

3、相互影响范围宽

新建地铁隧道与既有铁路隧道交角约29o，新建地铁隧道的施工对既有铁路隧道运营影响的长度约120米。为确保安全施工，确立新建地铁隧道约50米的长度范围内为影响区段。

4、工效低，进度慢

既有铁路隧道的加固进度受铁路运营时间限制，影响新建隧道的施工进度；确保既有铁路隧道运营安全，在新建地铁隧道加固区段内全部采用非爆破开挖，二次衬砌紧跟，施工进度大大降低。

三、工程对策

根据工程分析，整个工程的实施的目标是确保既有铁路隧道运营安全、新建地铁隧道安全通过。所采取的施工技术中超前支护和开挖是施工的重点，控

制既有隧道的变形是整个工程的核心。实施中主要采取以下对策：

1、对既有隧道进行加固，采用36米长大管棚一次性穿越超前支护技术。

2、对既有隧道进行多方联动监测，动态指导既有隧道加固和新建隧道施工。

3、采用静力切割开挖技术，即在开挖上采用铣挖机开挖、水磨钻结合劈裂机掘进技术，最大限度地减小对围岩扰动。、

4、新建地铁隧道从弱影响区开始即采用超前支护，加强初期支护并尽快封闭，对被开挖的岩层稳步替换，以控制既有隧道变形为首要目标。

5、二次衬砌及时跟进，进一步减小既有铁路隧道变形的风险。

6、在确保安全、质量的前提下，加快施工进度，快速通过影响区

四、施工技术及施工方案选择

1、新建地铁隧道开挖方式的选择

新建地铁隧道分左右两线，在开挖方式上有以下三种工况：

工况1：先开挖右线，再开挖左线；

工况2：先开挖左线，再开挖右线；

工况3：同时开挖左、右线。

据西南交大安全评估小组对以上3种工况进行了模拟计算，3种工况对既有隧道的影响相差不大，而工况3更有利于加快工期，为此在实际施工中选择了第3种工况。

2、大管棚一次性穿越超前支护技术

新建地铁隧道影响区段长度约为50米，为安全通过该区段，施工中采取逐级加强支护措施的方案。在距两线交叉点约26米时，采用小导管超前支护，加固范围12米，作为管棚工作室，随即开展大管棚施工。管棚工作室末端设置1米厚（纵向）混凝土导向墙，墙内安装工字钢拱架以固定导向管，管棚以1°外插角进入岩层。通过经纬仪、激光导向仪定位，使36米大管棚一次性通过围岩，并进行双液浆灌注。

3、静力切割开挖技术

静力切割开挖技术综合表述为在开挖上采用铣挖机开挖、水磨钻配合劈裂机掘进、以最大限度减少围岩扰动的一种施工技术。

50米影响区内全部采用非爆破、上下断面开挖；采用水磨钻将隧道轮廓线范围内处的围岩取出，然后利用切割机将中部岩石从外向内逐层切割，每切割完一块，在割缝处打入楔子劈裂，人工撬落；局部欠挖部分，人工持风镐凿除。每循环进尺1米。

人工切割开挖示意图

4、加强初期，及时封闭支护

隧道初期支护按照“喷、锚、网、喷”的原则，由拱架＋锚杆＋钢筋网＋喷射混凝土构成。喷射混凝土在现场拌合站拌制，采用湿喷技术。考虑到本工程以控制既有隧道变形为最高原则，不能按新奥法考虑允许围岩变形、利用围岩的自成拱效应，故在施工中采取20b工字钢进行刚性支护，全断面封闭，钢架间距1米，喷射钢纤维混凝土。初期支封闭后随即用岩碴填平仰拱，以保证交通畅通。

5、二次衬砌紧跟

为降低安全风险，防止既有铁路隧道下沉变形，根据监控量测结果，在开挖支护完成后立即施作二次衬砌。拱墙混凝土采用6米模板台车衬砌，混凝土运输车运至台车旁输送泵处，泵送入模，人工振捣。

6、无轨运输出碴

出碴采用无轨运输方式，人工配合装载机和小型挖掘机装碴，密封式自卸汽车外运至指定的弃碴场。

7、第三方监测，确保信息安全施工

在新建地铁隧道施工前，通过扣轨、地表注浆加固边墙等措施加固既有铁路隧道，同时请有资质的第三方检测机构对既有和新建隧道进行监控量测，指导施工。新建隧道施工以控制既有隧道变形量为最高原则，确保既有隧道拱顶沉降量<3米米；边墙水平位移量<0.4米米。

结束语

经过建设项目部精心组织，严格管理，第三方检测单位及时提供检测数据，参建各方及成铁工务段的大力配合，下穿梨菜铁路既有隧道工程全部顺利完成，施工期间未发生一起报警事故，没有对铁路运营造成任何影响，圆满完成任务。通过本案例，可以将上述施工技术应用于类似工程的施工，也为其他隧道工程下穿既有建（构）筑物的施工提供借鉴和参考。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。