隧道近距离穿越既有地铁 构筑物关键施工技术,1 工程背景及技术难点 进入21世纪，我国的城市快速轨道交通得到快速发展，近年内北京将修建300km以上的地下铁道，2050年规划在市区建设693km的地下铁道,包括郊区支线达1000km以上，逐步形成快速轨道交通网, ，全国近期将有15个城市修建约1500km的城市轨道交通工程，投资数6000亿元。,如上所述，在各大城市地铁网的建设中必然会遇到众多的节点车站，也必然存在车站及区间隧道相互穿越的工程问题，如目前刚刚施工结束的地铁五号线在崇文门和东单车站分别下穿和上穿地铁环线（2号线）和复八线（1号线），以及正在建设的地铁四号线宣武门车站、西单站、十号线芍药居站、国贸站等。此外还有深圳地铁会展中心站、沈阳地铁青年大街站等。在既有线正常运营的情况下顺利地完成施工，并确保运营和施工的安全是该类工程所面临的主要难题。,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，当结构间距小于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。,节点车站的建设方式： 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,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下穿既有线、上穿既有线和侧穿既有线等3种穿越形式，其中以下穿既有线工程的技术难度最大。,崇文门下穿既有线结构,东单站上穿既有线结构,崇文门联络通道侧穿既有线结构,在很多情况下，由于交通规划的多变性以及城市的快速发展，前期建设中没有预留新线的接线，或者预留工程的标准和条件不够，则必然造成新建线路在既有地铁构筑物附近施工的实际问题。事实上，新建地铁施工与既有地铁结构之间是相互影响的，既有结构的存在影响到新建工程的施工和安全；而新线施工则又必然对既有结构产生影响。这样在新线工程建设中不仅要保证工程自身的安全，同时还要保证不致对既有结构造成破坏性的影响进而影响到运营安全，这是穿越既有线施工的主要技术难题。,隧道穿越既有线施工必然造成对既有结构的影响，严重时可能造成结构的破坏和部分使用功能的丧失，甚至影响到运营安全。因此新建隧道施工与既有结构的安全性保护构成一对矛盾体，结构损坏（广义上安全或部分功能的丧失）发生的充要条件是：新建工程施工的附加影响已经超过既有结构的强度（如承受变形的极限能力等），因此保护既有结构不发生破坏的主要措施有： 减小施工造成的附加影响，使其不超过结构所 能承受的强度极限； 加固既有结构，提高其抗变形能力和强度。,事实上，在施工过程中所有技术措施的制定也都是围绕这两个方面进行的，因此隧道穿越既有线工程的工作重点为： 既有结构的安全性评价，给出控制指标和标准； 制定合理有效的技术措施，尽量减小附加变形 对既有结构的影响； 在既定的施工方案下制定详细的阶段控制目标和措施，并保证实施到位，落到实处； 监控量测、信息反馈及过程控制； 工后评估和恢复措施的制定和实施。,穿越既有线结构所要解决的关键问题：针对隧道穿越既有地铁线结构工程的特点，应重点解决好以下几个方面的技术问题：,A . 保证既有线的安全运营新线施工不可避免地要对既有线的运营产生影响，但只要通过有效的工程措施，将这种影响降低到列车安全运营允许的范围内，施工即可正常进行。这里，问题的关键在于设定合理的、保证既有线安全运营所需要的各项指标及其管理值。 B. 保证施工过程的安全既有线结构的存在恶化了施工条件，同时还要考虑到结构荷载及其运营振动的影响，因此必须保证新建工程本身的安全，避免灾难性事故的发生。 C. 监控量测和信息反馈是工程安全的重要保证监控量测并实施信息反馈可使既有线结构和工程施工处于受控状态，使每一步的施工都有明确控制目标和要求。这在穿越既有线施工中具有尤其重要的意义。,在系统研究的基础上，形成若干几个技术要点，针对不同的隧道穿越方式和主要技术难点进行研究和实践，形成相应穿越方式下的若干核心技术点和关键技术。最后通过技术整合，形成浅埋暗挖法穿越地铁既有线结构的系统关键技术。创造了浅埋暗挖法穿越既有地铁结构的模式地铁施工对既有地铁构筑物影响评价及危险性 鉴定标准隧道穿越既有地铁构筑物施工指南,有鉴于此，穿越既有线工程拟重点解决：（1） 既有地铁构筑物结构安全性评价体系及方法； （2）既有地铁构筑物状态变化监控管理指标及控制标准； （3） 既有地铁构筑物受施工影响的反应模式和评价方法； （4）新建浅埋暗挖隧道与既有地铁构筑物合理间距的确定； （5）浅埋暗挖隧道穿越既有地铁构筑物的合理施工方法； （6） 既有地铁构筑物与轨道系统变化的监测及控制管理； （7） 既有地铁构筑物分步开挖施工影响的变位分配原理、方法与控制研究； （8） 既有地铁线运营振动对浅埋暗挖隧道施工影响的评价方法和控制技术。,2 国内外相关工程分析在国内外，地铁施工中穿越既有铁路干线以及盾构法穿越既有地铁结构的工程实例均有报道，但采用浅埋暗挖法施工大断面车站穿越既有地铁构筑物在国内外尚无成功的工程实例，因此穿越既有线问题的研究具有开创性工作。就其本质而言，穿越既有地铁构筑物就是对其沉降量和沉降速率的控制，采用可靠的技术措施使沉降值控制在允许的范围内。,针对以上所述隧道穿越既有地铁线路的几个技术难题，对国内外有关类似工程及其处理的措施进行了调研和分析，其中包括美国波士顿中央交通主动脉隧道、伦敦地下铁道延长线、韩国汉城车站、意大利铁路车站站场、日本筑波、三之轮隧道，以及我国上海地铁上体场站、南京地铁穿越南京火车站等。以下分别作简单的介绍。,（一） 美国波士顿中央交通主动脉隧道C11A1标I-93洲际公路北向隧道段美国马赛诸塞州波士顿市的中央交通主动脉隧道工程是美国历史上规模最大、工艺最为复杂、耗资最高的一项基础设施工程。耗资高达108亿美元，被称为波士顿大开挖。该工程计划在波士顿港和劳恩国际机场之间构筑第二条隧道，还将建起世界上最大的一架悬索桥，以一条八车道的地下高速公路取代目前的一条六车道的高架路。其设计交通流量为每天通过245，000辆汽车，可望减少2小时的高峰期。工程预计2004年完工。C11A1标是该工程的一部分，包括一条长度为600m的四车道公路隧道和一些附属设施。在Atlantic Avenue与Summer street的交叉处，隧道与Redline地铁（车站）、MBTA电车隧道（车站）和两站的地下站厅层立交，见图。,该处隧道埋深约19m，其上部支护结构拱顶距既有地铁结构底约1.5m。其中的Redline地铁（车站）建于1916年，高峰期运量为每小时100,000人。工程要求在不影响既有线正常运营的条件下进行隧道施工。为了承托上部车站和周围土体的重量，施工中采取了强有力的支护体系，见图，同时对Redline地铁（车站）、MBTA电车隧道（车站）的动态进行24小时无间断监测。施工采用暗挖方式，在既有线下沿隧道方向平行施作两导洞（左洞长约46m，右洞长40m），对其下深18m的土体进行注浆，形成两道注浆墙。然后在墙体内分三层依次开挖导洞、施作混凝土墙体。在紧邻既有线的导洞中，沿导洞垂直方向以一定间距开挖小导洞，并在其中施作预应力钢筋混凝土梁，支撑在混凝土墙之上。至此，支撑体系完成，在它的保护下对隧道进行开挖。,在开挖上层导洞时曾进行注浆止水和施作横向小导洞时进行壁后注浆，为避免对其上地铁线造成危害，对既有线进行了水平仪和光学观测两种观测手段的监测，右图是两种监测方法取得的位移曲线对比图。图中显示，在前后两个月的施工中，既有结构因注浆而上抬了0.8英寸，约20.31mm。,（二）伦敦Jubilee Line 延长线英国的Jubilee Line 延长线工程是伦敦市地下交通网络的重要组成部分，于1994年开工。隧道在Waterloo地段从既有的Bakerloo 线和Northern 线下穿过。见图。其埋深在2030m，洞径为4.38m。采用开敞式机械开挖，复合式衬砌。穿越段Bakerloo 线为地铁车站，其洞径为6.81m6.86m，与Jubilee Line 延长线相距8.08m。穿越段Northern 线包括车站和区间，洞径分别为6.68m和3.57m，与Jubilee Line 延长线相距分别为6.40m和5.66m，见图。,施工过程中对既有线进行了沉降、扭转等广泛的监测，其中Bakerloo 线沉降控制在10mm以内，Northern 线沉降控制在15mm以内，见图。,（三）韩国地铁车站穿越既有地铁线该工程位于一交通繁忙的十字路口下方，且管网密布，通讯电缆、自来水管和污水管道等纵横穿插。所以只能采用暗挖法。该车站宽23m，高8.6m，拱顶距既有地铁线4m，结构断面见图。图中柱体纵向上为墙状连续结构，以隔离行车时的噪音和空气污染。,车站所赋存地层上部为风化软岩，下部为硬岩。为控制既有线的沉降和工作面的稳定，采用钢管复合注浆支护技术。在隧道拱顶轮廓外3m范围内高压注浆，所用钢管长度26m，中洞上方布置五层，侧洞上方布四层，见下图。,车站开挖方法见下图,采用先挖侧洞，后挖中洞的方法，初支为厚度25cm的加钢筋喷射混凝土配以锚杆。经量测，侧洞开挖时拱顶沉降34mm，初支中应力达4.6Mpa，且主要沉降发生在上导坑开挖过程中。中洞施工时，拱顶沉降3mm，初支应力达0.5Mpa，柱体中应力为0.35Mpa。,（四） 意大利的Ravone铁路车站(含高速铁路线和专用线)站场下面的两个平行的地下通道，断面呈拱形，每个通道的内径为13m，长约400m，两通道中心距离仅有17m。地层主要为软弱的淤泥砂卵石，偶有黏土夹层。在限定速度80km/小时的站内行车条件下，每对铁轨在40m长度内均匀下沉量不得超过3cm，两根铁轨的不均匀下沉在3m，7m，10m长度内分别不得超过5，4和3。隧道采用矿山法全断面开挖，钢拱架和加钢筋网喷射混凝土支护。开挖前施行地层加固，措施是用40个长15m、搭接长度5m的超前玻璃纤维构件，并通过30孔喷射注浆在隧道轮廓的周边形成一或两层长度分别为10m和7m的注浆加固壳。,开挖过程中，两隧道工作面距离基本上保持在75m。量测结果表明，地表最大变形，隆起58mm，下沉810mm，均未超过规定的警戒限值，见图。,（五）筑波、三之轮隧道纵穿既有铁路线日本的筑波、三之伦地铁隧道在软弱地层中纵向穿越三条既有地面运营线达300m，该处地层的N值为4，成分为砂70，粉砂16，粘土13，土质软弱，易产生流动、坍塌。隧道埋深412m，洞径为10m。采用泥水式盾构法施工。施工前对穿越区进行了注浆加固，以二重管柱塞灌注工法和NS喷射工法，在土层中隧道位置上方预先施作注浆加固层和机械搅拌桩。同时，在地面沿铁路线纵向，对施工影响范围内的路基施作轨道施工梁进行加固，见图。施工初期，为防止喷泥，泥水压设定较低值，为自然水压20kpa，掘进速度为25mm/min，注浆压力设为工作面泥水压+150kpa。观测地表初期沉降值达到15mm。修正后的泥水压改为自然水压+35kpa。隧道通过后，地表最大沉降达到7mm，最终沉降为20mm。,（六）上海地铁4号线上体场车站穿越既有线结构,上海地铁4号线上海体育场车站穿越段结构紧贴地铁1号线上体馆站底板，穿越施工过程中，需保证原地铁1号线的围护结构、车站的底板不受影响，并保证1号线能正常运营；此外，由于地铁1号线上方有高架、立交道路，且其它建筑物离基坑亦非常近，要求车站穿越施工时，以上建构筑物不允许有大的地层变形，因而其施工难度极大。,总体施工方案因地铁4号线的上体场站与地铁1号线的上体馆车站几乎直交，为进行穿越施工，地铁4号线车站除先将穿越段以外的结构施工完成外，再借助人工地层水平冻结技术，对地铁1号线底板下土体进行加固，形成了强度高、封闭性好的冻土帷幕，然后在冻土帷幕中进行分区、分层开挖构筑施工。 穿越车站的综合施工技术 托换加固技术的应用； 碳纤维加固补强技术 悬吊加固技术的应用； 地层冻胀和融沉防治措施,