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北京地铁浅埋暗挖新技术
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内容提示：随着工程实践和理论研究的不断深入,北京地铁浅埋暗挖技术也在不断完善,由原来只适用于地面无建筑物的简单条件,拓展到穿越既有线、桥梁和建筑物等的复杂环境条件,并在施工工法、超前支护、施工降水、监控量测等方面取得了较大发展。结合北京地铁新线工程建设,介绍了浅埋暗挖这些新技术的应用。
摘 要 随着工程实践和理论研究的不断深入,北京地铁浅埋暗挖技术也在不断完善,由原来只适用于地面无建筑物的简单条件,拓展到穿越既有线、桥梁和建筑物等的复杂环境条件,并在施工工法、超前支护、施工降水、监控量测等方面取得了较大发展。结合北京地铁新线工程建设,介绍了浅埋暗挖这些新技术的应用。（参考《建筑中文网》）
关键词 地铁 浅埋暗挖法 超前支护 施工降水 监控量测
1 北京地铁浅埋暗挖工程概况
浅埋暗挖法是最近十多年来发展起来的一种方法,具有灵活多变,对地面建筑物、道路和地下管线影响不大,拆迁占地少,不扰民,不污染城市环境等优点,已在北京地铁复八线、五号线、十号线、四号线等地铁工程中得到了大量应用。到目前为止,已完成和在施的北京地铁浅埋暗挖车站共计19座,局部浅埋暗挖(明暗结合)车站共计18座,浅埋暗挖双洞区间共计约44km。
2 浅埋暗挖新技术的应用
2.1 降水技术
2.1.1 真空降水
真空降水是将管井抽水(一般用潜水泵)与真空泵相结合,或将辐射井中的水平渗水井与真空泵相连接抽水。利用真空泵在管井或水平井内产生的真空,加速地层中的水向管内涌入,从而提高降水效果。真空降水一般用于黏土、粉土层以及粉细砂等渗透系数较小、但降水深度较大的地层。
北京地铁十号线劲松站~折返点区间浅埋暗挖段含水层以粉土⑥2层、细中砂⑥3层为主,因渗透系数较小,采用常规管井降水,未能疏干弱透水层中的饱和水和含水层界面残留水,造成暗挖带水作业现象,给施工带来很大安全隐患。因此,采用了真空深井降水(见图1)。
从现场隧道掌子面施工情况来看,采用真空降水后,潜水含水层地下水完全疏干,粉土层水基本疏干,尤其是粉土层中的饱和水,明显要少于采用常规管井降水的相邻段的劲松站。通过沉降观测证明,真空深井降水引起的地面沉降与普通管井降水引起的地面沉降相当。
2.1.2 辐射井降水
辐射井是在一眼大口径井内,把辐射管(渗水管)由内向外径向敷设于含水层内,地下水经过这些辐射状的水平渗水管汇集在大口井内,再由泵排出。由于水平渗水井是在大口井内施工并且在空间上调整范围很大,因此辐射井一般用于地面无降水井施工条件的地段。
北京地铁五号线蒲黄榆站至天坛东门站区间隧道,采用浅埋暗挖法施工,由于地铁区间在玉蜓立交桥桥区需要穿越南二环路、玉蜓桥、京山铁路及南护城河,环境复杂,用常规的降水方法,因没有布井场地,难以保证在无水条件下进行暗挖施工。为确保施工安全,同时把对城市环境、交通等影响降低到最低限度,经分析比选,在北京地铁施工中采用了辐射井降水技术。从现场隧道掌子面施工情况来看,掌子面保持无水状态,取得了较好的降水效果。经对抽水井取水样含砂量测试,测试结果符合《建筑与市政降水工程技术规范》要求。辐射井降水的成功实施,解决了城市复杂环境条件下施工管井降水的难题,为暗挖隧道开辟了新的降水途径。
2.2 地层改良与加固技术
2.2.1 Φ600管幕支护
北京地铁五号线崇文门车站从既有地铁环线崇文门站东端喇叭口式过渡段区间隧道下方通过,两结构净距仅1.98m。浅埋暗挖施工时,为了保证既有环线的正常运营,严格控制既有结构的沉降,采用了Φ600超前咬合管幕方案。超前管幕在新建结构拱部上方300mm处布置,全长36m,钢管直径Φ600mm,壁厚16mm,钢管之间采用工子钢、槽钢实现相互咬合,并在每根钢管上布置4根袖阀式注浆管,及时跟踪注浆,补偿由于管幕施工引起的地层损失。Φ600管幕在既有线结构和掌子面之间形成一道具有相当刚度和抗变形能力的超前支护,对既有线的安全和减小开挖引起的沉降起重要作用。
2.2.2 超长管棚支护
北京地铁蒲黄榆车站在国内首次采用大跨度单拱单柱双层岛式结构,浅埋暗挖法施工,最小埋深仅5.5m,超前支护采用单根长146.6m、Φ114×5mm的超长管棚,纵向贯通整个车站,共用103根管棚。这种超长管棚的支护形式在国内隧道施工中尚属首次应用,采用非开挖施工工艺一次性施作,避免了采用常规管棚需在洞内多次施作工作室的不利因素。从蒲黄榆车站施工的88根管棚来看,精度相对较好,最大管棚中心平均偏差为19.5mm,并较好地起到了减小沉降、控制坍塌的作用。与常规管棚相比,减少地表沉降约10mm。
2.3.1 中洞法
中洞法先开挖中间部分(中洞),在中洞内施作梁柱结构,然后再开挖两侧部分(侧洞),并逐渐将侧洞顶部荷载通过中洞初期支护转移到梁、柱结构上。由于中洞的跨度较大,施工中一般采用CD法、CRD法等进行施作。具体施工顺序见图2。
该工法的特点是初期支护自上而下,每一步封闭成环,环环相扣,二次衬砌自下而上施作,混凝土质量较容易得到保证。多在无水、地层相对较好时应用。该工法空间大,施工方便,但该工法施工引起的地面沉降和影响范围较大。北京地铁五号线蒲黄榆站、磁器口站、天坛东门站、崇文门站(下穿既有线段除外)等采用了中洞法施工。
2.3.2 侧洞法
侧洞法是先开挖两侧部分(侧洞),在侧洞内做梁、柱结构,然后再开挖中间部分(中洞),并逐渐将中洞顶部荷载通过侧洞初期支护转移到梁、柱上。具体施工顺序见图3。侧洞法对于单层多跨的大断面车站较为适用,地铁五号线的张自忠路站中间过街部分采用了此工法施工。
2.3.3 柱洞法
柱洞法是按照“小分块、短台阶、早成环”的原则,将整个断面开挖横向分为侧洞、有柱的柱洞和中洞,共5个洞,每洞分上、中、下三层,台阶法施工。先自上而下对称施工柱洞初支,再由下而上施作柱洞二衬,建立起梁、柱支撑体系。柱洞完成后,施工两个柱洞中间的中洞初支和二衬,形成整个大中洞稳定体系。再对称自上而下施工两侧洞初支,最后纵向分段自下而上对称施作二衬,完成结构闭合。具体施工顺序见图4。
柱洞法施工引起的地面沉降量较小,安全度大,但中洞开挖时受力转换复杂。地铁五号线崇文门站下穿既有线和东四站下穿东四菜市场浅埋暗挖段采用了柱洞法施工。
2.3.4 PBA工法
PBA工法(洞桩法)是对传统的地面框架结构施工方法和暗挖法进行有机结合,将导洞技术、桩技术、拱技术及框架结构的受力机理进行综合运用的一种新的地下工程施工工法。在地面上不具备施作基坑围护结构条件时,改在地下小导洞内施作围护边桩、中柱、底梁和顶梁、顶拱,共同构成桩、梁、拱支撑框架体系,承受施工过程的外部荷载,然后在顶拱和边桩的保护下,逐层向下开挖土体,施作内部结构,最终形成由外层边桩及顶拱初期支护和内层二次衬砌组合而成的永久承载体系。
北京地铁复八线的天安门西站、王府井站及地铁十号线的劲松站、工体北路站、呼家楼站、光华路站、国贸站和苏州街站等采用了PBA工法施工。
2.4 远程监测技术
在地铁五号线崇文门站下穿既有环线区间、地铁五号线下穿既有地铁环线雍和宫车站以及地铁四号线宣武门站主体和换乘通道下穿既有环线宣武门站等新线穿越既有线施工过程中,为了既有环线结构的安全及地铁正常运营,采用了远程监控系统对其结构及轨道变形等进行全天候的实时监控量测。监测情况表明,该监测系统在地铁运营环境下能正常工作,其在测试精度、性能稳定及自动化程度方面,能准确反映新线施工过程中对上方既有环线地铁造成的影响,及时反馈信息,指导建设单位的施工和运营部门采取相应的安全措施。
3 结束语
随着北京地铁浅埋暗挖技术的不断实践和研究,它必将在城市轨道交通建设中的应用范围越来越广,发挥越来越重要的作用,产生更大的经济、环境和社会效益。但是,要使浅埋暗挖技术不断深入发展和得到广泛应用,还有许多课题尚需深入研究,例如地铁浅埋暗挖法区间隧道和车站的标准化设计、盾构法与浅埋暗挖法结合建造地铁车站技术、超前预支护技术、结构新型防水技术、施工对周边环境影响的沉降控制技术及施工安全风险管理体系等。
参考文献
1 王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论.合肥:安徽教育出版社,2004
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200807/9072.htm
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