CRD工法在下穿既有线暗挖隧道施工中的应用

摘 要:本文以北京地铁十号线二期角门西站下穿既有四号线暗挖隧道为例，介绍浅埋暗挖CRD法下穿既有线施工技术，探讨CRD法下穿既有线施工关键和技术难点，提出相应的解决措施。

关键词：CRD工法下穿既有线暗挖隧道

1 引言

   随着地铁施工技术的不断进步,地下工程界不断创新,提出了许多法浅埋暗挖施工方法,其中“化整为零”的CRD工法就是很有代表性的一种工法,又名“交叉中隔壁工法”。该方法以地层预加固(处理)为前提,以锚、网喷支护为基础,充分发挥加固后的地层与初支体系共同受力,承受外部荷载,以监控量测手段指导施工,控制初支结构的拱顶沉降和收敛,确保开挖洞室和地面建筑物的安全。与明挖法和盖筑法相比,浅埋暗挖CRD法的最大优点是避免了大量拆迁、改建工作,减少了对周围环境的粉尘污染和噪声影响。在城市中心地区,由于地面交通不允许长期中断,地面建筑物众多,地面施工场地狭小,不易改移,因此在地质条件允许情况下,将优先考虑采用浅埋暗挖法施工地铁车站。。其中与明挖法和盖挖法相比较,浅埋暗挖CRD法避免大量拆迁、改建工作等优点，在城市中心区域地面建筑物密集、交通运输繁忙、地下管线密布，且对地面沉降控制要求较高的新建地铁隧道下穿既有地铁中将优先考虑。该技术主要以地层预加固为前提,以网喷支护为基础,充分发挥加固后的地层与初期支护体系共同受力 ,以监控量测手段指导施工,控制初期支护结构的拱顶沉降和收敛,确保开挖洞内、地下管线、建筑物和既有线的安全。

2 工程概况

北京地铁十号线二期角门西站位于嘉禾路与马家堡西路交叉路口下，沿嘉禾路东西向布置，与北京地铁既有四号线角门西站十字交叉，车站主体结构由东、西站厅及中间暗挖隧道组成。暗挖隧道采用两分离马蹄形单洞结构形式下穿既有线，拱顶距正上方既有四号线角门西站车站结构底板之间仅存厚度为0.15米的夹层土，属半刚性接触。隧道总长35.1m，洞间土柱厚度3.65m；暗挖段隧道洞体顶部距地面埋深约17.9m，断面开挖尺寸77.7m2，隧道主体结构采用复合衬砌（初期支护+二衬衬砌）。初期永久支护由格栅钢架、钢筋网及C25早强喷射混凝土组成，厚度350mm，中间临时支护采用工22a，喷射600mm厚C25早强喷射混凝土。二衬衬砌为模筑C40钢筋混凝土，抗渗等级S10，厚度600mm。初期支护与二衬衬砌之间设柔性防水层。见图1十号线主体暗挖隧道与既有四号线角门西门纵断面图。

车站所处区域地形地貌已人为改造，地貌类型为平原地貌，第四系厚度大于50m。地表主要为小区住宅楼及城市道路、绿地。地质情况分布自上而下依次为人工堆积层、新近沉积层、第四纪晚更新世冲洪积层三大类。暗挖隧道施工范围地层主要为粘质粉土、粉细砂、粉质粘土、卵石层。地下水分布情况从上到下为上层滞水、潜水和承压水。其中上层滞水静止水位埋深为22.1～24.5m；潜水静止水位埋深为27.0～28.2m，承压水水位埋深约35.6～37.8m，含水层主要分布在卵石及细中砂层中；施工土层滞水和界面水丰富,施工区管线密布,局部管线渗漏水严重。

图1 十号线主体暗挖隧道与既有四号线角门西门纵断面图

3CRD法施工工艺    CRD工法遵循“小分块、短台阶、多循环、快封闭”的施工原则,自上而下步步为营,分块成环,随挖随撑及时做好初期支护。并待初期支护结构的拱顶沉降和收敛已经稳定后,自下而上拆除初期支护结构中的临时中隔壁墙及临时仰拱,再施做外包防水层,施作二次衬砌结构。本工法以新奥法为指导“化整为零”充分发挥围岩的自承能力，通过临时中隔壁墙，将隧道掌子面分成6个小导洞，每个小导洞随挖随撑,及时形成单独的支护体系。首先施工一侧小导洞，然后再施工另一侧小导洞，分别形成永久支护和临时支护，每个导洞分为上、下两台阶进行开挖，上台阶土方开挖时应预留核心土，确保下台阶开挖时的施工安全；并做到每开挖一榀土体，喷射一榀格栅钢架。单线上、中、下层导洞开挖依次滞后5m，同层左、右洞或双线相邻洞室同时施工时错开距离不应小于10m。施工完毕后，四周为永久支护结构，中间为临时格构式支撑结构。待初期支护结构的拱顶沉降和洞内收敛稳定后,自下而上、分段跳仓拆除临时中隔壁墙及临时仰拱,再施工柔性防水层和二次衬砌结构。图1为地铁十号线二期角门西站下穿既有线暗挖隧道 CRD法施工工序。

图2 角门西站下穿既有线暗挖隧道CRD法施工工序

4 施工重难点  （1）新线暗挖隧道顶板与既有四号线结构底板之间存在厚度仅为0.15米的夹层土，属半刚性接触，新线施工对既有线结构、道床沉降不利，施工前应采用超前预加固措施，在开挖过程中需要对初支结构加强监控量测,并及时整理、分析监测资料，及时反馈监测信息，及时调整隧道施工工艺和支护参数。严格控制初支结构的拱顶沉降和收敛、地表沉降,以确保既有线的运营安全。

（2）新线暗挖隧道主体结构位于含水粉细砂、中粗砂及圆卵砾石层中, 围岩自稳能力极差,开挖后易产生坍方，开挖时应加强加固措施。

（3）新线暗挖隧道主体结构埋深较大，施工过程中需提前进行降水，潜水渗透系数为130~150m/d，最大为220m/d。日汇水量10~12万立方米，采用管井降水，降水难度大且对既有线结构、道床和地表沉降控制不利。（4）浅埋暗挖 CRD法施工工序比较复杂，初支结构受力转换复杂，钢格栅接点多。因此必须解决好初期支护形成过程中的受力体系转换带来的影响,保证钢格栅焊接质量，防止既有线结构、道床和地表的过大沉降是贯穿整个施工过程中的技术难点。

5施工关键措施

 5.1暗挖隧道马头门部位施工措施

（1）竖井锚喷支护至暗挖隧道拱顶0.5米处时，将竖井格栅间距加密，采用两榀双拼格栅进行加强，在马头门拱顶上部形成一道水平闭合环框梁。

（2）竖井锚喷支护至暗挖隧道拱顶0.3米处时，沿暗挖隧道外轮廓外侧预埋6根φ28环向加强钢筋，预埋钢筋与竖井格栅钢架在同一平面内，形成一道竖向闭合加强钢架。每施工一榀竖井格栅，沿隧道开洞外轮廓外侧用6根φ28钢筋穿过竖井格栅主筋，并与竖井格栅主筋焊接在一起，使相邻两榀连在一起。

（3）竖井封底后，在竖井内用Ⅰ45a工字钢、Ⅰ22a工字钢和槽钢［20a设置W型桁架，要求Ⅰ45a工字钢与竖井壁紧贴，并将Ⅰ45a与Ⅰ22a各接触面从上至下依次焊接，保证焊接牢固。从而达到破除暗挖隧道马头门时换撑效果，避免马头门部位开洞施工时竖井壁局部失稳现象的发生，保证进洞安全。

图3 马头门部位换撑详图

5.2土体全断面深孔预加固和预支护

为了避免新线暗挖隧道施工导致既有线结构、道床、地表沉降超标，需对暗挖隧道开挖掌子面、开挖轮廓线以外部分土体及两隧道之间土体采用二重管环向超前注浆加固地层，提高土体承载力。

针对暗挖隧道主体结构位于砂卵石层，卵石粒径2～6cm，最大粒径达20cm，细中砂充填约25～35％且连续分布特点，本工程在沿暗挖隧道外轮廓线外扩1.5米范围内采用WSS工法全断面深孔预加固，钻孔孔位按照1×1m梅花型布设。注浆浆液:无地下水地段采用425号普通硅酸盐水泥浆液,水灰比为0.6~1,浆液里添加2%的氯化钙；有地下水段,采用水泥水玻璃双液浆,水泥浆与水玻璃的体积比为1：1,水灰比采用0.6~1,水玻璃浓度为35波美度,添加5%的氢氧化钙速凝剂,注浆压力0.5~2.0MPa。

注浆效果采用直观检查法检查全断面注浆效果。在开挖过程中观察浆液扩散情况，判断地层是否到达有效固结，有无漏水和流沙现象，完善和修改下一次循环注浆参数。

根据注浆效果以及地表沉降、拱顶沉降、洞内收敛监测数据，打设φ32超前小导管，对暗挖段拱顶上部土体进行二次注浆加固。

5.3土方开挖

（1）暗挖隧道采用多台阶法施工，每个导洞分上下台阶进行开挖, 每次开挖0.5米，然后安装钢格栅，保证节点焊接质量，及时喷射混凝土。

（2）暗挖隧道边墙应采用单侧或双侧交错开挖，不得使上部结构同时悬空；边墙挖至设计高程后，必须立即架设格栅钢架并喷射混凝土。

（3）暗挖隧道施工处于自稳性较差的卵石层，为保证开挖工作面的稳定和施工安全，除了挖、支、喷三环节必须紧跟外，施工中还要随时注意对工程地质的观察、记录和描述，当开挖面土质差、难以满足初期支护施工时，可先采用在开挖掌子面施做50～80mm砼喷层或注浆加固等措施，确保开挖工作面的稳定后再继续施工。

（4）格栅钢架的安装应紧跟暗挖隧道土方开挖，同一循环格栅应架设在同一面内，步距差不大于10mm。在每导洞断面初期支护未闭合前，应在格栅钢架底脚及时打设长L=2.0m的φ32钢焊管作为锁脚锚管。

5.4初支背后注浆

为了及时充填初支喷射混凝土与土层之间存在的空隙,最上层导洞(Ⅰ号、Ⅲ号)初支结构封闭后应及时进行初支背后注浆,以控制初支结构变形,控制既有线结构、道床沉降。初支背后注浆,应在钢格栅安装时沿隧道拱部及边墙预埋0.5米长注浆管，环向间距：起拱线以上为2米，边墙3米，纵向间距3米梅花型布设。注浆过程中要严格控制注浆压力，终压为0.5MPa,注浆速率不大于50L/min,注浆材料采用1：1水泥浆。

5.5监控测量    监控测量是新线角门西站CRD工法下穿既有四号线暗挖隧道施工中不可缺少的重要组成部分。根据暗挖隧道施工特点,建立监控量测体系,重点是暗挖段正上方地表和地下管线沉降，既有线结构和道床沉降，隧道洞内拱顶沉降和净空收敛；监控量测目的在于可以有效地指导初期支护结构施工,及时调整土方开挖施工步序，开挖进尺和支护参数，及时进行拱顶及边墙初支背后充填注浆，有效控制拱顶沉降、洞内收敛、既有线结构和道床沉降。为了保证既有线运营安全，施工期间对既有线结构、道床和轨道进行全过程、24小时远程实时监控。及时分析整理监测数据，并对可能发生的危及环境安全的隐患或事故提供及时、准确的预报,以便及时采取相应预防措施,避免事故的发生。

监测数据表明，地表最大沉降17mm，拱顶最大沉降6.5mm，净空最大收敛4.5mm远小于设计及规范规定值，既有四号线角门西站完全处于稳定状态。

6体会与建议    (1) 土方开挖时严格控制开挖步序，每开挖一榀，及时封闭一榀，禁止超挖；

(2)施工过程中成功地应用“动态注浆”的技术管理，及时整理、分析监测数据，反馈监控测量信息指导现场施工。主要表现在以下几个方面：

①根据隧道拱顶沉降和洞内收敛监测数据，对初支背后反复注浆，每开挖一层导洞拱部均应及时注浆；

②根据既有线沉降监测数据，在既有线下沉较大处对应的暗挖边墙部位打设水平锚杆并注浆；

③根据既有线监测数据和持力层实际地质情况，在暗挖隧道最下层Ⅴ、Ⅵ导洞开挖时采取扩大拱脚措施，并对临时仰拱也及时充填注浆。

本工法在实施过程中，由于在被加固的地层中进行多点、定量、均衡注浆，注浆体在地层中均匀分布、均匀连续，大大提高了被加固的整体稳定性。对控制既有线沉降、保证既有线运营安全取得了非常好的效果，对采用马蹄形断面CRD工法半刚性接触下穿既有线是一种大胆的尝试。期望该工法对以后类似工程的实践起到一定的借鉴作用。

参考文献

1.施仲衡.地下铁道设计与施工.西安:陕西科技出版社,19972.麻永华,贺善宁.建筑物下浅埋暗挖隧道施工技术研究.隧道/地下工程,2004(12)3.何孝贵,崔江余.北京地铁五号线浅埋暗挖技术调研分析.施工技术,2004(33)4.钟桂彤.铁路隧道.北京:中国铁道出版社,2000

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