1、地鐵五號線xx站暗挖隧道施工方案1 工程概況北京地鐵五號線xx站位于xx內大街與xx北大街、xx內大街相交的十字路口東側，南北向布置。下穿交通繁忙的xx內大街，上跨一號線王（府井）東（單）區間，車站總長204.4m，車站中心里程k7+781.51。車站兩端是明挖框架結構，地下一層為站廳層，地下二層為站臺層，兩端部明挖長度分別約為69.2m和71.4m，開挖寬度為23.08m，覆土厚度2.3m。車站中部為單拱兩柱三跨暗挖隧道結構，單層站臺層，暗挖段長度為63.8m，開挖寬度為23.9m，最小覆土厚度5.5m。如圖1、圖2所示。車站暗挖隧道初支底部距xxxx區間隧道支護頂部的土層厚度僅0.5m，暗
2、挖隧道西側邊緣距下方的區間隧道隔斷門東側變形縫僅2.98m，暗挖隧道東側邊緣距一號線xx站西端變形縫為5.29m。如圖3所示。站區地處北京永定河沖洪積扇軸部，地勢平坦，微有起伏，地面標高在44.27m45.50m之間，車站范圍內地層主要為：表層為人工填土，厚度為3m6m，其下為第四紀全新世地層，厚度為15m20m，之下為晚新世地層，暗挖隧道穿越的地層自上而下主要有：人工填土、粉土、粘質粉土、圓礫層、粘土層、中粗砂層，其頂板位于粉土層，底板位于圓礫層，結構主體上半部分主要處于粉土層。沒有斷層活動跡象，地震基本烈度為8度。站區地下水有三層，第一層為上層滯水，位于地面下3.7m7.6m范圍，水位不穩
3、定，受地層結構，大氣降水和管線滲漏水影響而變化；第二層為潛水，位于地面以下16.50m20.10m之間。主要分布在粉細砂層、圓礫層中；第三層為承壓水，水頭埋深在19.8m22.19m,含水層為圓礫層以下的土層。車站暗挖隧道結構主要受上層滯水和潛水影響。2 工程特點及難點2.1 工程特點由地鐵五號線xx站暗挖隧道所處的地理位置和結構形式以及工程地質和水文地質情況，決定了本工程不同于其它工程的特點。地處市中心的交通要道，行車繁忙，確保交通行車安全十分重要。北京地鐵五號線是北京市重點工程，也是2008年第27屆奧運會配套工程，xx站暗挖隧道從交通繁忙的xx內大街下穿過，存在施工中出現坍塌引發交通事故
4、的巨大風險，故要求在xx站暗挖隧道施工中務必確保安全，做到萬無一失。暗挖隧道的結構形式決定了施工過程中維護隧道結構穩定性的難度和重要性。五號線xx站暗挖隧道初支結構是單拱大跨度，斷面尺寸大，形狀扁平，覆土淺薄，開挖初支步序繁多，各初支步序之間結構力學模式轉換復雜，增加了維護隧道結構穩定性的難度，隱含有襯砌結構出現縱向環向裂縫的風險，稍有不策，將釀成大禍。因此維護隧道結構的穩定性尤為重要。卸載以后對一號線區間隧道的影響不可輕視。五號線xx站暗挖隧道從一號線區間隧道上方跨過，底部開挖以后，既有區間隧道的覆土厚度僅為0.5m，而且下方區間隧道在五號線xx站暗挖隧道的東西側附近有一條變形縫。區間隧道處
5、于地下承壓水位中，在暗挖隧道開挖卸載以后，將產生向上推力，有可能引起區間隧道防水層破裂，對一號線行車產生大的影響，此風險級別較高。因此，區間隧道因卸載以后產生的危害應引起高度重視。工期緊迫，增加了施工組織的難度。五號線xx站市政、電力、電信及地面建筑物和設施繁多、復雜，許多設施的拆遷、改移、保護影響主線上的進度。為了確保工期，務必在施工過程中精心組織、合理安排，把確保安全質量放在首位，并確保建設工期。2.2 工程難點根據xx站暗挖隧道工程特點，施工中存在的風險決定了本站在施工中存在如下難點：需嚴格控制地面沉降，以確保xx內大街道路結構不遭破壞，同時確保行車交通安全。設計要求，地表允許最大沉降值
6、30mm。既有地鐵一號線在車站暗挖隧道開挖卸載以后，要確保一號線隧道及軌道隆起變形控制在20mm以內。大跨度扁平隧道在施工過程中，務必維護隧道結構的穩定性，確保隧道結構襯砌無縱向和環向裂縫。3 施工方案比選根據地鐵五號線xx站暗挖隧道工程的特點和施工中的難點，確定施工方案，既要考慮克服施工中的難題，將風險降低到最小，又要考慮工期需要和節省投資，因此，在決策時務必十分謹慎，本暗挖隧道先后經歷了幾個施工方案的比選，最終確定按“中柱法”施工。3.1 中洞法中洞法為初步設計推薦方案，中洞法將暗挖隧道的施工步序簡單地描述為先中洞后側洞施工，即先將隧道的中部含兩柱開挖初支襯砌完畢，以后再進行兩側側洞開挖初
7、支和襯砌。中洞初支分成6塊，襯砌分4部完成；側洞初支分成6塊，兩邊各三塊，對稱施工，襯砌分側洞底板和拱墻2部施工。參見圖5。3.2 側洞法側洞法為施工圖設計推薦方案。側洞法將暗挖隧道的施工步序簡單描述為先側洞后中洞。即：先將隧道的兩側含柱洞開挖初支襯砌完畢，然后再進行中洞的開挖初支襯砌施工。側洞初支分12塊對稱施工，襯砌分4部。中洞初支分3塊從上往下施工，襯砌分2部施工，先頂拱后底板。參見圖6。3.3 中柱法中柱法為專家調研推薦方案，中柱法將暗挖隧道的施工步序簡單描述為先中柱后中洞再側洞施工。即：先將隧道的兩柱洞開挖初支襯砌完成，然后進行中洞初支襯砌施工。中柱初支分6塊對稱施工，襯砌分底梁和中
8、柱天梁2部完成。中洞初支分上中下3塊，襯砌上下2部施工，側洞初支分成6塊對稱施工，襯砌分側洞底板和拱墻2部施工，中柱法實際是由中洞法演變而成的施工方法。參見圖7。 3.4 方案比較三種施工方案的比較參見表1。表1 施工方案比選表Tab.1 Comparison of different construction schemes項目中洞法側洞法中柱法主要特點1中洞先行，建立起梁、柱支撐體系，然后施作側洞。2分塊多，工序多，多次擾動，地面沉降大。3廢棄工程量大，造價高。1有5個洞室，兩個側洞先行，然后施作中洞。2分塊多，工序多，多次擾動，地面沉降適中。3廢棄工程量大，造價高。1有5個洞室，兩個柱洞
9、先行，快速建立起梁柱支撐體系，然后中洞扣拱可較早形成中間相對穩定的結構。2分塊多，工序多，沉降較小。3廢棄工程量最大，造價高。適用范圍1適用于少水的軟巖或土質地層。2適用于單層或高度不大的雙層中小跨度隧道。1適用于少水的軟巖或土質地層。2適用于大跨度地下工程。1適用于上穿或下穿重要建筑物的隧道工程。2適用于大跨度地下工程。防水質量柱頂防水工程施作困難。柱頂防水工程施作難度較大。柱頂防水工程施作難度較大。施工難度對空間較大的地下結構，施工難度大對空間較大的地下結構，施工難度大天梁的施工空間較小，難度大。施工速度施工場地小，工序多次轉換，進度慢。施工場地小，工序多次轉換，進度慢。施工場地小，工序多
10、次轉換，進度慢。沉降及抗浮較大，防止既有線上浮速度較慢。稍大，不能快速防止既有線上浮。稍小，能快速防止既有線上浮。廢棄工程量工序多次轉換，廢棄工程量較小，約22.3m3/延米。工序多次轉換，廢棄工程量大，約25m3/延米。工序多次轉換，廢棄工程量大，約25m3/延米。造價高高高類似工程已完工的日本東葉高速線習志野臺隧道，國家計委停車場。已完工的北京地鐵“復八線”西單站。北京地鐵五號線東四站暗挖段優越性一般一般較優越通過上述三種工法比較，各有其優缺點，也都有一定的不足，“側洞法”是修建大跨隧道常用的方法，由于初次揭露的是兩個側洞，跨度小，且左右同步施工，對地表擾動較小，安全性較強，但側洞法在中洞
11、施工時，隧道側洞所承受的偏壓不利于隧道結構的穩定性，甚至可能引起二次襯砌開裂。“中洞法”采用“CRD”工法，按照“小分塊、短臺階、早成環、環套環”的原則，穩扎穩打，步步為營，施工安全度高，但是地面沉降及影響范圍與“側洞法”相比要大。“中柱法”本身由中洞法演變而來，在繼承了中洞法優點的同時，利用中柱洞二次襯砌形成穩定的支撐體系，可控制地表的沉降，使地層的沉降較小。但由于先期施工的左右柱洞內的底梁、鋼管柱、天梁均為獨立支撐體系，穩定性難以保證，可以通過在左右天梁之間架設拉壓桿形成統一受力體系保證其穩定性。通過地層-結構模擬計算，側洞法、中洞法和中柱法在結構受力等方面均能滿足施工要求，結合站位環境地
12、處繁華路口、地下管線密集、且要過既有環線等重要地下構筑物，要求控制地層沉降嚴格，施工須要選用一種較穩妥的方案。綜合比較認為，中柱法在具有中洞法優點的同時，利用中洞先形成拱蓋，這樣就形成了穩定的支撐體系，可控制地表的沉降，使地層的沉降較小，且采用中柱法使二襯及時形成穩定的受力體系，可以保證施工總是在安全的環境中進行著，風險相對較小。因此，選擇中柱法作為實施的施工方案。4 中柱法在實施中回避風險的重點措施為了回避施工中可能發生的巨大風險，克服施工難點，采取中柱法施工時，在實施過程應采取的重點措施：a.嚴注漿。自從在北京開始有“淺埋暗挖”工法以來，在施工中遵循“管超前、嚴注漿、短進尺、強支護、快封閉
13、、勤量測”的十八字方針，重點體現該嚴格認真的就必須抓落實。嚴注漿是控制地面沉降的最行之有效的重要手段，其理由如下：合理的注漿可以提前加固土層，提高圍巖自穩能力；及時的回填注漿可抑制因空隙所引起的土體下沉；適當的洞內注漿可人為的抬高結構以上土體，使其整體上升；注漿壓力過小可能達不到注漿效果，壓力過大又有可能引起地上隆起或者破壞周圍結構或周邊環境。因此注漿過程中應體現一個“嚴”字，應從工程地質、水文地質條件及周邊環境等方面著手，認真研究工程對象、注漿材料、注漿設備和注漿工法，一旦注漿方案確定，必須嚴格執行，同時以監控量測確定是否采用抬升注漿。b.嚴格監控既有線上浮對既有線周邊土體進行注漿加固，并對
14、既有線兩側土體進行預應力拉錨，以防止既有線因卸載以后上浮。利用遠程監測隨時監控既有線結構及軌道上浮情況，以便及時進行處理。c.及時施作拉壓桿左右中柱洞內的底梁、頂梁是兩個獨立系統，當中洞開挖以后，極易滑移變位，務必在中洞上部開挖以后，立即施作頂梁之間的拉壓桿，然后再施作中洞頂部的防水及二次襯砌。在頂梁間施作拉壓桿以后，在拉壓桿安裝應力應變計，以監測數據指導施工。5 “中柱法”方案實施簡況按“中柱法”方案實施以后，在施工中有效地回避了上述風險，并且成功解決了施工中的難點問題。現到舉施工過程中某日反饋的各種信息加以說明，表2為2005年7月27日所反饋的施工信息情況。表2 2005年7月27日工程
15、施工信息情況表Tab.2 Table of information of construction by July 27,2005施工部位長度/m完成率/%監測項目數值/mm中柱洞初支58.892%K7+770最大地面沉降值49.0中柱洞襯砌58.892%軌道左線最大上升值8.03中洞初支58.892%軌道右線最大上升值1.77中洞頂板襯砌58.892%既有線結構左線最大上升值7.96中洞底板襯砌38.860.8%既有線結構右線最大上升值2.63側洞初支33.552.5%-側洞襯砌1015.7%-按上表工程施工信息所反饋情況，暗挖隧道中柱洞與中洞初支、襯砌已基本完成，側洞初支已進入既有線正上方，地面交通、洞內施工以及既有線洞內運營均在安全有序的正常運轉，安全和工程質量均在可控狀態，工程進度能按計劃完成，工期也在可控狀態。
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