1、千斤顶顶托分级加载施工法对下穿既有线地铁零沉降控制的应用王 炜 中铁十六局集团摘要 在污水隧道穿越紧挨既有地铁结构的施工方案中，在既有地铁线不限速的情况下，采用千斤顶顶托法施工成功实现了地铁结构零沉降穿越。通过对实施污水隧道的开挖支护方法和有效地控制措施研究，提供类似穿越地铁结构的施工经验。关键词 千斤顶 顶托法 分级加载 下穿地铁 零沉降控制1 引言在地下隧道施工领域，穿越既有地铁线工程屡见不鲜，但紧挨地铁结构进行穿越在隧道施工中并不多，而且在轨道不限速情况下成功穿越，在国内外也没有成熟的经验可借鉴，因此通过本工程的顺利实施、施工方法的总结研究，为穿越地铁工程提供了宝贵的经验，其推广和应用前
2、景不可忽视，其推广和应用价值在于：1、通过施工开挖支护对轨道沉降影响的监测数据，验证了紧挨既有结构穿越的变形控制指标可控性。对类似工程提供变形控制指标参考 2、为穿越地铁工程提供类似可行的、有效地控制措施和方法。3、千斤顶托法对于下穿地铁隧道“零沉降”控制要求是最有效，最直接的施工方法之一。2 工程概况该污水隧道为倒虹吸隧道位于崇文门路口东北方、市一二五中学东侧，呈西北-东北走向，与地铁 2号线以 90夹角相交于右线里程 B219+38.764，从地铁 2 号线结构相邻两变形缝间下穿，总长 38.309m。其中，下穿地铁段以平坡紧贴地铁结构通过，长 21.738m；两边斜坡段长度分别为 7.8
3、05m 和 8.766m，坡度均为 41.42%。隧道采用浅埋暗挖法施工，平顶直墙断面。平坡段及北侧斜坡段初支横断面分为 3 个2.21.9 洞室；南侧斜坡段应要给地铁下方土体超前注浆加固提供操作空间，两侧洞净宽增加至 3.2m，中洞净宽保持 2.2m 不变；净高则由 1.9m 渐变为 3.5m。隧道每个洞室分别安装一根 DN1000mm 钢筋混凝土管道。三根管道中的两根为正常使用，另一根管道为备用。管道安装完毕后，用钢筋混凝土将管周隧道填充密实。隧道北侧起点处设置进水井，南侧终点处设置出水井。进出水井兼作施工竖井。施工竖井为矩形断面，为复合衬砌结构。采用倒挂井壁法施作，初支采用 350mm
4、厚 C20 喷射混凝土+钢格栅，二衬为C30 模筑混凝土，井壁 500mm 厚，底板 500mm 厚。地铁 2 号线，为双洞矩形框架结构，结构顶板埋深2.845m，顶板厚 0.8m，底板厚 0.7m，中墙厚 0.4m。在地铁结构上方、道路路面下设有加强层，与地铁线路走向一致，与地铁结构对中布置，宽 23.2m，中间厚度 0.6m，边缘厚度 0.47m。图 2-1 污水隧道下穿地铁 2 号线纵断面图图 2-2 污水隧道横断面图3 施工方案3.1 主要施工步序：3.1.1 竖井施工南、北竖井同时施工：采用明挖逆作法，边开挖边进行桩间挂网喷锚，开挖至竖井底部后进行斜坡段开挖，隧道完成后分四次浇筑竖井
5、衬砌结构。3.1.2 隧道斜坡段施工对南、北两端竖井同时进行斜坡段隧道施工，斜坡段坡度为 42；在开挖过程中拟使用卷扬机配合滑道斗车进行出土和运输材料。南北两端竖井同时进行斜坡段隧道施工，三洞同时开挖，中洞超前于两侧洞，超前距离6m，开挖土体、分步架设格栅及喷射初衬混凝土，并及时进行初支背后注浆填补孔隙，减少隧道开挖引起的地面沉降。施工过程中严格控制每一开挖循环进尺不超过相邻两榀钢格栅的间距。当遇到特殊困难时，应适当缩短开挖进尺，并适当减少钢格栅间距。施工过程中必须连续作业，中间不得停顿，使初衬尽早形成封闭结构，并减少掌子面土层的暴露时间。3.1.3 隧道平坡段施工千斤顶顶托安装1.隧道平坡段
6、施工先施工中洞，再分别施工左、右两洞室。施工开挖前要预先对开挖掌子面土体进行注浆预加固。2.平坡段隧道中洞施工：（1）平坡段中洞施工过程中重点检查隧道顶部（即：既有线隧道底的垫层及防水层）有没有暴露出来，一旦发现防水层暴露立即进行修补。（2）在中洞开挖过程中，每开挖两榀即在隧道底板向下打设超前小导管进行基底加固注浆，确保下卧层地基承载力。（3）严格控制开挖进尺，将初支格栅密排架设，架设过程中严格检查格栅连接螺栓、连接筋焊接、架设精度等项目。（4）按照要求及时快速的安装千斤顶，在安装前检查每台千斤顶的状态，如果发现故障千斤顶立即使用备用顶代替，在安装过程中严格控制工字钢支撑的加工质量，对焊缝不饱
7、满、漏焊的部位进行补强。 小 导 管底 板 下 小导 管 注 浆加 固 范 围图 3-1 千斤顶安装纵断面示意图图 3-2 千斤顶安装横断面图（5）中洞初衬贯通后，砌筑管道支座安装管道就位后，邦扎衬砌钢筋，用微膨胀钢筋混凝土填充管道与隧道间空隙。预留注浆管，回填完毕后再注入填充混凝土等强浆液，使填充混凝土与隧道初衬及管道密贴。3.平坡段左、右洞施工：平坡段左、右洞施工按照先后顺序进行，即：一条施工完成后方可施工另一条隧道。3.2 千斤顶顶托法施工注意事项：3.2.1 土方开挖：新建污水隧道平坡段施工采用台阶法开挖，当上台阶进尺到安装千斤顶的位置后停止上台阶开挖，继续下台阶进尺，逐榀封闭格栅成环
8、；当整个掌子面进尺到安装千斤顶的位置后立即挂网喷锚封闭掌子面。3.2.2 架设千斤顶：架设型钢支撑安装千斤顶完成后立即施加顶力，通过反作用力压缩下部土体，保证地铁结构不因下部土体的压缩产生位移，同时使千斤顶及初支的受力状态由被动受力变为主动受力。3.2.3 按照设计千斤顶沿隧道纵向间隔两米设置一组，在千斤顶施加顶力时需要均匀对称分步分级施加。3.2.4 分级加载按 5T 分级，加载前检查千斤顶安装牢固后开始加载，每次加载过程中监控量测必须全程监测，确保地铁结构和开挖隧道无不良变化后方可继续加载，直至加载达到 30T。3.2.5 顶力施加完成后继续向前开挖同时安排专人检查千斤顶顶力变化情况，一旦
9、发现千斤顶顶力损失，则立即调整千斤顶，使其顶力维持在 30T；如通过监控量测数据显示结构变化后仍需对其再次施加顶力，但顶力不能超过 60t。 3.3 千斤顶顶托法施工为控制地铁结构安全采取的措施：3.3.1 平坡段千斤顶安装前为控制既有地铁结构确保开挖安全，在斜坡段注浆室对开挖土体及下部 2 米土体范围进行打管注浆加固3.3.2 隧道开挖面距地铁结构 3m 之外，还应对隧道顶部土体进行小导管超前注浆加固；距地铁结构 3m 时，不再对顶部土体超前加固，避免破坏地铁结构防水层。3.3.3 架设钢格栅及千斤顶，并喷射混凝土，及时对千斤顶施加顶力，防止地铁结构下沉。3.3.4 在开挖隧道区间时，每开挖
10、一榀土方，即用洛阳铲进行超前地质探测，探查前方的地质、水文及前方土体是否存在空洞或水囊，如存在水囊，立即停止开挖封闭掌子面，打设超前导管注浆，待止水后方可继续开挖。3.3.5 根据地铁结构监测反馈，及时调整千斤顶顶力。使其满足和适应地铁轨道应力变形。3.4 施工过程对既有地铁结构沉降控制目标及实际监测情况3.4.1 沉降控制目标：由于新建污水隧道与既有线区间隧道结构底板之间为刚性零接触，如果施工中产生不均匀沉降有可能会危机结构安全及行车安全，结构的不均匀沉降主要会造成轨面下沉、结构裂缝开展、轨道三角坑等病害；依据施工歩序对地铁结构沉降安全理论分析提出地铁结构沉降的控制标准如下：1.结构变形2.
11、5mm，如出现变形缝两端差异沉降则：变形缝两端差异沉降 2mm 。2.轨面下沉 2.5mm，轨距增宽 2mm，减窄 2mm，单线双股轨道轨顶高差 2mm。3.轨道结构纵向变形坡率 1/2500。3.4.2 现场实际监控量测情况3.4.2.监测内容：1、地表沉降监测 2、地面建（构）筑物沉降监测 3、隧道收敛变形监测 4、地下水位观测 6、底板隆起 7、地质及支护观察3.4.3 测点布设原则报警值各施工阶段 变形值类别 预警值（70%）-80%最终目标控制值（100%）实际监测值超前注浆加固 最大沉降值（mm） 0.28 0.32 0.4 0.2平坡段开挖、初支 最大沉降值（mm） 0.84 0
12、.96 1.2 1隧道填充 最大沉降值（mm） 0.77 0.88 1.1 1最大沉降值（mm） 1.75 2 2.5 2.1最大差异沉降值（mm） 1.4 1.6 2结构完工最大沉降速率（mm/d） 0.26 0.3 0.381.观测点类型和数量的确定结合工程性质、地质条件、设计要求、施工特点等因素综合考虑。2.为验证设计数据而设的测点布置在设计中最不利位置和断面上，为结合施工而设的测点布置在相同工况下的最先施工部位，其目的是及时反馈信息、指导施工。3.表面变形测点的位置既要考虑反映监测对象的变形特征，又要便于应用仪器进行观察，还要有利于测点的保护。4.埋测点不能影响和妨碍结构的正常受力，不
13、削弱结构的刚度和强度。5.在实施多项内容测试时，各类测点的布置在时间和空间上应有机结合，力求使一个监测部位能同时反映不同的物理变化量，找出内在的联系和变化规律。6.根据监测方案在施工前布置好各监测点，以便监测工作开始时，监测元件进入稳定的工作状态。图 3-3 污水隧道下穿既有线平坡段阶段性沉降控制目标4 结束语通过污水隧道采用千斤顶顶托分级加载施工方法成功下穿地铁 2 号线，沉降控制通过监测数据显示最大沉降值控制在 2.1mm。小于理论沉降目标值 2.5mm。这种施工方法大大减小了开挖施工对轨道应力变形影响，实现了对地铁结构零沉降控制。本工程将理论的变形控制指标与实践结果进行对比分析，进一步印
14、证了本工程采取的施工方法的可行性和有效性。总之，千斤顶顶托法施工在国内穿越既有线工程领域是一个成功的创新和突破。随着地铁建设规模的不断扩大，穿越地铁工程势必会增多。本工程通过千斤顶顶托施工对控制沉降控制指标进行了有效验证，为指导今后对穿越既有地铁结构沉降和变形提供参考。因此本工程的实践经验和施工方法的研究，为穿越地铁工程提供了宝贵的类似工程实践经验。参考文献1吴波.浅埋暗挖法隧道施工沉降控制基准分析及应用J.世界隧道(增)，2002.241 -2442刘钊. 地铁工程设计与施工M. 北京：人民交通出版社，2004 3吴波.浅埋暗挖法隧道施工沉降控制基准分析及应用J.世界隧道(增)，2002：241-2444夏才初，潘国荣.土木工程监测技术M.北京:中国建筑工业出版社，2001附表：单位 姓名参加工作时间毕业时间 学历现技术职务聘任时间联系电话 电子邮箱中铁十六局集团王炜 1998.7 1998.7 本科 工程师 2004.5 15611989139 WW161163.COM
