热力隧道下穿既有地铁线施工综合防护技术

熊建红，李 锋

(北京中铁隧建筑有限公司，北京 510250)

1 工程概述

崇文门热力隧道由南向北下穿北京2号线地铁区间，热力隧道为双洞布置，平顶直墙箱型封闭结构，隧道顶板与地铁结构底板垫层刚性接触，即两结构之间不保留土体，直接接触。单洞断面尺寸1.8 m×2.5 m。地层由上至下分别为杂填土、素填土、粉土、粉质黏土、粉砂、细砂、圆砾、黏土等，热力隧道顶板结构位于粉土层，侧墙及底板结构位于中粗砂及粉细砂层。隧道范围内主要为上层滞水和潜水。上层滞水水位埋深约5.5 m，潜水水位埋深约14.3 m。

根据既有线结构沉降控制要求，隧道上方地铁结构沉降及差异沉降应控制在2.5 mm之内，在施工期间，既有地铁2号线不减速运营。

2 施工流程及要点

热力隧道与地铁2号线相交位于北京站西街正下方，热力隧道为双跨矩形框架结构，顶板覆土为3～5 m，由于覆土厚度不具备明挖法施工的条件。为了确保不扰动既有线结构，将对既有线影响降到最低，经专家论证，隧道采用浅埋暗挖法施工，同时采取全断面注浆和增设千斤顶支撑的措施。在隧道下穿前必须做好初支，首先对地铁结构下方不小于开挖宽度范围的土体进行超前地质探测，如发现空洞、水囊、地下不明物体时，采用注浆加固、填充空洞等有效措施进行处理。在开挖下穿断面时，应先进行全断面注浆加固地层，同时在型钢拱架上利用千斤顶对上部地铁结构进行保护，确保施工中2号线地铁控制在沉降范围内。隧道下穿地铁既有线开挖初支施工工艺流程见图1。

图1 开挖初支施工工艺流程

2.1 全断面超前深孔注浆施工

在穿越地铁2号线区间段采用长23 m超前长管注浆，预加固隧道开挖面及两侧2.0 m、底板下2.0 m范围内土体。注浆长管水平间距500 mm，竖向间距500 mm，呈梅花型布置，于既有2号线区间南侧单向进行，注浆管采用φ83×5 mm热轧无缝钢管。浆液初定为超细水泥浆，施工过程中根据注浆实际效果进行调整、更换。水灰比根据现场实际情况确定，浆液加固后的土体无侧限抗压强度应达到0.8 MPa。φ83超前注浆长管布置及加固范围见图2。

1)注浆管成孔施工。注浆长管施工采用TT40水平定向钻机，根据勘察资料及周边工程揭露的地层显示，既有2号线区间下方的地质情况主要为粉细砂层，为减少或避免钻孔施工对车站下方土体的扰动，采用跳孔施作且施工完毕一根立即开始注浆，注浆完毕后再钻下一眼。为防止浆液窜流，长管部位的施工先后顺序为断面外两侧、断面底部，最后再由上而下施工隧道开挖范围内的长管，长管施工顺序示意图见图3。

图2 超前注浆长管布置及加固范围(单位:mm)

图3 注浆长管施工顺序示意(单位:mm)

2)长管注浆施工。注浆采用后退式分段注浆工艺，每1 m设一个注浆段，由内向外逐段压浆，注浆段内采用DYS气囊式止浆塞封闭增压，为避免浆液回流，在管身各环注浆孔部位车槽并采用袖阀式弹性橡胶止浆阀封堵。注浆前，使用清水清管，同时观测清水回流情况，存在回流的部位在后退式分段注浆前先对其注浆封堵，尽量做到低压扩散注浆，确保地层预注浆加固效果。注浆压力控制在0.5～0.6 MPa，并根据现场地层进行适当调整。

注浆选用SYB-60/5型(ZBSB-70/5)双液注浆泵、DYS气囊式止浆塞。深孔注浆顺序与打管顺序一致，单管注浆施工流程为安装注浆芯管→整体清管→回流部位注浆封堵→分段压浆→ 清管→整管注浆→孔口处理→检验。

2.2 开挖初支

待全断面超前深孔注浆结束以后，立即现场取芯送实验室进行注浆工艺鉴定，如地基承载力不能满足设计要求，则应对地层进行二次补充注浆。经监理和设计确认达到设计要求的强度后，方可进行开挖作业。在开挖过程中，可能出现局部注浆加固效果欠佳的情况，应立即封闭掌子面，对相应部位进行补充注浆，经各方确认鉴定合格后，方可继续施工。

开挖方法采用浅埋暗挖法施工，先施工左侧隧道，待左侧隧道开挖初支施工完毕后方可进行右侧隧道施工。由于隧道在下穿既有2号线地铁结构时为刚性接触，开挖时如发现两结构间存在少量土体，则应将其全部挖除，再采用喷混凝土、初衬背后回填注浆等措施填满空隙。开挖过程中，对掌子面范围内的φ83×5 mm注浆长管按每米一次采用金刚绳锯进行切割，并运送至地面。

2.3 用千斤顶控制沉降

在型钢拱架上利用千斤顶支撑对上部地铁结构的沉降进行控制，千斤顶最大顶力不大于450 kN，行程不小于100 mm，随型钢架架立，封闭下部初衬后，进行预加顶力，单个断面设置4台，纵向间距1 980mm，千斤顶纵断面布置见图4。

图4 千斤顶纵断面布置(单位:mm)

1)施工工艺。

千斤顶安装及施加顶力工艺流程见图5。

图5 千斤顶安装及施加顶力工艺流程

2)施工方法。布置千斤顶的隧道断面上部初衬施工完毕后，立即将钢牛腿焊接在型钢钢架上，间隔5榀格栅设置一道。钢牛腿施工完毕后，通过人工进行安装固定千斤顶。千斤顶断面下部封闭成环后，立刻采用移动泵站对顶部工字钢施加顶力，顶力按每50 kN分级逐步进行施加。顶力施加完毕后，采用钢楔子将顶部工字钢与立柱之间的缝隙楔死。下穿段共设有6个千斤顶断面，每个断面备一台移动泵站负责对该断面的4台千斤顶施加及补偿顶力。每台移动泵站均由2人轮班进行不间断看管，并做好阶段检查及交接班记录。若千斤顶顶力衰减或发生突发事故，及时由工作面其他工种人员协助对顶力进行补偿，同时楔紧钢楔子。

图6 隧道下穿既有线段二衬施工工艺流程

3)技术要点。在隧道开挖过程中要防止机械或人为破坏千斤顶支撑体系，避免千斤顶失稳，造成事故。千斤顶支撑体系的拆除施工应特别注意分级释放轴力，避免瞬间预加应力释放过大而导致结构局部变形、开裂，对既有线造成影响。

2.4 二衬施工

隧道初衬贯通后立即进行二衬施工，先浇筑全段底板，再由两端向中间同步进行侧(中)墙和顶板二衬，到达千斤顶断面时，两侧二衬结构需达到设计强度，在同时拆除两端各两个断面的千斤顶，二衬结构继续向前施工一步，步距与拆除千斤顶的长度相协调，待二衬结构达到设计强度后，拆除最后两个千斤顶，施做二衬结构，施工工艺见图6。

3 结语

热力隧道施工过程中对地铁2号线进行了监测，主要监测地表沉降、隧道内拱顶沉降、结构收敛、轨道结构轨距、水平、高低、方向变化及线路方向偏差、道床与结构剥离情况、道床裂缝等内容。监测数据分析结果表明，按照以上的技术方法，下穿段施工对既有线结构的影响可在控制范围之内，地铁2号线结构的最大累积沉降为1.7 mm，满足相关规范要求。

[1] 中华人民共和国建设部.GB50208—2002 地下工程防水技术规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，2006.

[2] 北京市轨道交通建设管理有限公司.QGD—007—2005 轨道交通隧道工程施工质量验收标准［S］.北京:北京市建设委员会，2005.

[3] 王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论［M］.北京:中国铁道出版社，2005.

[4] 田家琳.地铁新线区间隧道下穿地铁既有线的二衬施工技术［J］.铁道建筑，2008(6):60-62.

[5] 杜建华，高谦，宋卫东，等.间隔土层厚度对新建隧道垂直下穿既有地铁线影响的研究［J］.铁道建筑，2008(6):37-40.