吴利君
北京方达工程管理有限公司100044
摘要: 研究目的:近距离穿越既有线工程施工过程中，要保证既有隧道的安全运营，同时不破坏既有隧道结构安全性，这就要求施工对既有构筑物的影响减到最小，以保证工程施工和既有线运营的安全。本文结合北京地铁4号线宣武门车站超近距下穿既有2号线宣武门车站暗挖施工，分析开挖支护施工对既有线的影响。
研究结论:(1)开挖支护施工对既有车站变形影响的控制效果总体良好，所有变形值未超出下穿既有车站施工目标控制值;(2)严格遵循对称原则，左右线同时、同步、对称进行;(3)型钢拱架能及时快速地对地层产生支护阻力，同时采取跟踪补偿注浆技术可达到主动控制沉降的目的，实践证明非常有效;(4)管棚注浆系统和既有结构底板的支撑作用显著;(5)本研究成果对城市地铁邻近既有线施工具有借鉴意义。
关键词:下穿地铁车站;既有线变形;影响分析
前言
随着我国经济的飞速发展和城市化进程的加速，城市轨道交通得到了巨大发展，而大规模建设必然会带来各条线路的交叉、换乘问题，产生很多车站和地铁区间的穿越，这对地铁的设计和施工都提出了挑战。
在穿越既有线的工程中，如何维护既有线的安全运营是工程施工的关键。要实现安全穿越，就必须采取相应的措施，如既有结构的加固、强化施工支护措施等。同时提供新线穿越既有线的设计和施工方法。
近距离穿越既有线工程施工过程中，要保证既有隧道的安全运营，同时不破坏既有隧道结构安全性，这就要求施工对既有构筑物的影响减到最小，以保证工程施工和既有线运营的安全。本文结合北京地铁4号线宣武门车站超近距下穿既有2号线宣武门车站暗挖施工，分析开挖支护施工对既有线的影响。
1.工程特征
1.1工程概况
北京地铁4号线宣武门车站与既有2号线宣武门站呈“十”字交叉，2号线在上，4号线在下。车站为两端双层岛式站台，中间单层侧式站台暗挖站。车站总长度187．9m，总宽度24．4m。既有车站结构长172．33m，宽19．7m，高7．85m，于1971年建成运营。
1.2与既有地铁车站位置关系
新建站的车站主体单层段及换乘通道下穿既有站，车站主体单层段拱顶距既有站底板净距1．9m，单层段为两个矩形断面，单个矩形断面的开挖尺寸宽×高为9．85m×9．0m，两个矩形断面之间的净距4．1m，车站中心线正上方有一条既有车站的变形缝，单层断面与环线位置关系如图1所示。
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图1地铁4号线宣武门站与地铁2号线宣武门站断面关系图
1.3地质条件
车站单层断面拱部位于粉土层内，与既有车站底板之间从上而下为卵石圆砾层、粉质黏土层、粉土层;边墙穿越地层为砂层、卵石圆砾层、黏土层;底部位于含层间水的卵石圆砾层。地下水属层间水，含水层为卵石圆砾⑦层，中粗砂充填，渗透系数大，为强透水层，水位标高为24．19～26．38m(水位埋深为20．50～24．30m)。
2.工程重难点
2.1地层岩性差
单层断面拱部位于粉土层内，与既有车站底板之间从上而下为卵石圆砾层、粉质黏土层、粉土层;边墙穿越地层为砂层、卵石圆砾层、黏土层;底部位于含层间水的卵石圆砾层。
2.2地下水丰富
该段地下水相当丰富，地下水属层间水，含水层为卵石圆砾⑦层，中粗砂充填，渗透系数大，为强透水层，水位标高为24．19～26．38m(水位埋深为20．50～24．30m)，地下层间水进入车站4m左右，由于车站底板位于地下水位以下，所以对车站施工影响很大。
2.3超近距下穿运营车站
4号线宣武门车站顶板与既有车站的底板之间垂直距离只有1．9m，由于既有宣武门车站是运营车站，如果施工不当，就可能引起既有车站的过大沉降或者不均匀沉降，进而影响既有线的安全运营。
3.下穿既有地铁车站暗挖施工
为了保证既有线宣武门车站的结构安全和正常运营，下穿既有宣武门站采用双排300管棚超前支护，“CRD”工法施工单层结构。
3.1超前支护施工
两侧暗挖双层段开挖至端墙后，待支护结构基本稳定后，注浆加固端墙和既有线间的土体。
车站两端双层段向单层段施作300钢管管棚并分段式注浆，填充钢管及加固管棚周边土体，如图2所示。
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图2管棚布置纵断面图
单层断面顶部与既有站底板间，开挖轮廓线外2m、内1．5m土体，4．1m土柱通长施作Ｒ32自进式管棚，注浆加固结构间土体。
3.2开挖支护施工
按“CRD”工法分步开挖支护单层段平顶直墙结构，如图3所示。
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图3CRD开挖步序
先对称开挖1部，贯通后再开挖其余各部。每部开挖时台阶长度控制在2m左右，1、3部上台阶留核心土，核心土面积不小于开挖面积的50%。2、4部分上下台阶开挖，上台阶不必留核心土。
两洞对称进行施工，长度差异不超过1．5m，逐榀开挖，及时立拱喷浆封闭，及时打设锁脚锚管，注水泥浆，增加初支与地层结合力，减小沉降。初支背后及时补偿及回填注浆。
4.监控量测及分析
4.1既有结构沉降
开挖初支施工时既有结构沉降如图4所示。
距地铁4号线中心距离/m
图4开挖初支施工时既有结构沉降纵向分布曲线
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由图4可以看出，北线最大0．83mm(正值表示隆起)，该点距离新线中心距离为27m，最小－0．76mm(负值表示沉降)，该点距离新线中心距离为36m;南线最大－3．88mm，该点距离新线中心距离为27m，最小0mm，该点距离新线中心距离为90m。开挖初支引起既有结构产生明显沉降，距离新线越近，变化幅度越大，由于开挖支护是从南北端同时进行，因此南北线沉降变化趋势相近，但是变化幅度不同，北线最大沉降－0．76mm，控制很好，南线最大沉降达到－3．88mm，接近该阶段控制值。
4.2既有结构变形缝胀缩
既有结构变形缝胀缩曲线如图5所示。
从图5可以看出，北线结构变形缝减窄到－0．20mm(负值表示减窄)，该点距离新线中心距离为0m，距离新线中心距离西侧27m，变形缝减窄到－0．1mm;而距离新线中心距离东侧27m处，变形缝没有胀缩。南线结构变形缝增胀到0．20mm(正值表示增胀)，该点距离新线中心距离为0m，新线中心距离两侧27m，变形缝没有胀缩。
距地铁4号线中心距离/m
（a）北线结构变形缝胀缩曲线
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距地铁4号线中心距离/m
（b）南线结构变形缝胀缩曲线
图5既有结构变形缝胀缩曲线
4.3轨道沉降
既有轨道沉降曲线如图6所示。
距地铁4号线中心距离/m
（a）北线轨道沉降曲线
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距地铁4号线中心距离/m
（b）南线轨道沉降曲线
图6既有轨道沉降曲线
由图6可知，开挖支护施工中，南北线轨道总体为沉降，其中北线最大沉降－3．45mm(负值表示沉降)，该点距离新线中心距离为0m，最小沉降0mm，距离新线中心两侧90m;南线最大沉降－3．44mm，该点距离新线中心距离为0m，最小0mm，该点距离新线中心两侧90m。
开挖支护阶段，由于开挖卸荷作用，引起上方的既有轨道出现沉降，且抵消在管棚施工阶段引起的轨道隆起后，出现了最大－3．45mm的轨道沉降。
4.4轨道水平间距
轨道水平间距变化曲线如图7所示。
距地铁4号线中心距离/m
（a）北线轨道水平间距变化曲线
距地铁4号线中心距离/m
（b）南线轨道水平间距变化曲线
图7轨道水平间距变化曲线
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由图7可知，开挖支护施工中，北线最大2mm(正值表示轨道水平间距增大)，该点位于新线中心东侧22．5m，最小－0．5mm(负值表示轨道水平间距减小)，该点位于新线中心西侧31．5m;南线最大0．2mm，该点位于新线中心西侧4．5m，最小－0．8mm，该点分别位于新线中心东侧22．5m，西侧31．5m。
开挖支护施工阶段，由于开挖卸荷作用，引起上方的既有轨道间距减窄，且抵消管棚施工阶段引起的轨道间距增宽后，出现了最大－1．3mm的轨道间距减窄。
4.5开挖支护对既有线影响评价
通过对既有车站远程自动监测及成果分析，并对比该阶段的既有车站变形目标控制值，汇总如表1所示。
表1开挖支护阶段各监测指标控制效果汇总表
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结束语：
北京地铁4号线宣武门车站工程经过施工技术人员精心设计、精心组织，严格管理、严格工艺、严格纪律，依据十八字方针施工，通过大量监测分析，周边环境处于安全状态。
(1)开挖初支施工对既有车站变形影响的控制效果总体良好，所有变形值未超出下穿既有车站施工目标控制值。
(2)科学优化的施工步序。严格遵循对称原则，左右线同时、同步、对称进行。
(3)严格按照设计施作初期支护。型钢拱架能及时快速地对地层产生支护阻力，研究显示，比较格栅拱架，型钢拱架具有支护强度上升快、支护阻力作用及时等特点。
(4)既有结构下的跟踪注浆技术。采取跟踪补偿注浆技术可达到主动控制沉降的目的，实践证明非常有效。
(5)通过掌子面排管注浆超前加固了地层，有效控制了开挖面前方土体的变形;在开挖Ⅱ、Ⅳ部时，先在仰拱部位注浆，加固下方土体，使结构处于稳固的基础上。
(6)管棚注浆系统和既有结构底板的支撑作用。开挖初支阶段，拱顶下沉和地层纵向沉降最大值达到－30．18mm、－38．76mm，而既有结构和轨道沉降最大值为－3．88mm、－2．12mm，二者之比5．47%～12．86%，可以看出，管棚注浆支护系统和既有结构自身的强度对控制沉降的作用非常巨大。
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，2015．
［2］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．
［3］杨会军，刁天祥，王志刚，等．大跨浅埋暗挖地铁车站超近距下穿运营地铁车站施工技术研究报告［Ｒ］．洛阳:中铁隧道集团有限公司，2018．