一种大跨度区间隧道超近距离下穿既有站的实施方式的制作方法

本发明涉及地铁隧道施工技术领域，尤其是一种大跨度区间隧道超近距离下穿既有站的实施方式。

背景技术：

随着地下空间的利用，地铁成为一种无法替代的出行方式，同时随着地铁线路的增加，会出现新建线路下穿、侧穿、上穿既有车站。其中下穿既有地铁线路，特别是暗挖隧道下穿既有车站技术难度和风险最高。在新建线路的施工过程中，随着土层的扰动与变形，原有的受力体系被破坏，在既有线路上会产生变形，当变形达到一定程度后，会产生破坏性的影响，将影响既有线路的正常运营。而且事故的产生过程是不可逆的，后期修补难度大，施工产生的社会影响恶劣。

新建线路特别是大跨度区间隧道，下穿既有车站传统设计方法一般是平顶直墙，平顶直墙工艺要求单导洞的跨度不大于4米，对于大垮度区间平顶直墙工艺硐室多，二衬施作时拆撑复杂且结构受力转换存在问题，一般此类型的下穿工程往往成为限制整个工程进展的关键节点，所以如何提高下穿作业的安全系数及施工进度显得尤为重要。

技术实现要素：

本发明的目的在于弥补现有技术的不足之处，提供一种大跨度区间隧道超近距离下穿既有站的实施方式。

本发明的目的是通过以下技术手段实现的：

一种大跨度区间隧道超近距离下穿既有站的实施方式，其特征在于：包括以下步骤：

⑴.在既有线布置测点，监测下穿作业时，既有线的沉降，并建立监测值分析和自动预警系统，对下穿作业进行实时监控；

⑵.开挖竖井，施工边侧小导洞，小导洞开挖前进行全断面注浆，加固导洞周围土体，为千斤顶的顶升提供支座；小导洞开挖使用矿山法，支护形式为格栅+网喷混凝土，严格遵循“管超前，严注浆，短开挖，强支护，快封闭，勤量测”的暗挖“十八字方针”，环形开挖预留核心土；在液压千斤顶位置对格栅钢筋穿pvc套管，对钢筋进行保护，后期切顶时可减少破除的劳动量；

⑶.在小导洞内施作条形基础，条形基础施工时，在液压千斤顶对应位置预埋钢板，并制作千斤顶底座限位槽；

⑷.由测量人员放出千斤顶的位置，对小导洞初支进行破除，宜选用水钻切割，减少对既有线的扰动，适当的时候可使用风镐进行破除，破除孔洞直径宜比液压千斤顶公称直径大15cm左右；

⑸.人工掏孔，安装千斤顶，千斤顶端部安装在条形基础的限位槽中，另外一端通过柔性衬垫顶在既有线结构的底板上，安装千斤顶时应确保千斤顶的垂直度，对孔口位置进行密闭处理，千斤顶在入孔安装前，在其外侧设置液压千斤顶保护套，保护套要求密闭性能良好，且为弹性材料，在千斤顶端部与千斤顶绑扎，做收口处理，确保回填注浆时，千斤顶能够正常提供顶升力；

同时，在保护套外层设置混凝土回填管，在混凝土回填管上设置三个溢浆口，为保证充填密实，提高结构的受力性能，三个溢浆口设置开启压力，从下往上依次为0.2m、0.5mpa、1.0mpa；每个千斤顶周围设置三根砼回填管，保证回填从底部往上依次回填，确保回填的密实度；

⑹.千斤顶选用可自动调节型的液压千斤顶，在小导洞施工阶段，对液压千斤顶提供初始顶升力，初始顶升力的大小应以能控制导洞开挖和既有线沉降为标准；千斤顶顶升完成之后，对小导洞拱顶开槽位置，布置回填注浆系统，加固因开挖产生的裂隙，并做好孔口的密封工作；

⑺.待两侧小导洞开挖完成及千斤顶顶升完成之后，进行下穿隧道正线的施工，鉴于下穿的风险性，本发明采用“减跨”增加支点的方法来提高下穿的安全系数，并且由于单洞的施工工艺工法简单，且支护难度较小，所以对于下穿施工来说，可以提高施工的进度；

⑻.正线开挖采用马蹄形断面，开挖前进行全断面注浆，保证隧道结构的整体性刚度，减少后期运营期间的风险系数，尤其应做好隧道超前深孔注浆，确保安全开挖，上下台阶法、环形开挖预留核心土，打设锁脚锚管，并对锁脚锚管进行注浆，并应做好隧道的超前支护措施；

⑼.正线隧道初期支护施工时，应在初期支护背后，预留背后回填注浆管，填充既有线与新建隧道结构之间的空隙，确保两结构进行刚性接触；

⑽.初期支护完成后，进行隧道二衬施工，至此下穿作业完成。

而且，步骤⑴所述的测点布置在下穿隧道施工跨度一倍范围内，即以下穿隧道中心线为中心向两侧延伸。

而且，步骤⑵所述的矿山法中，在格栅拱脚处打设锁脚锚杆，锁脚锚管采用钢焊管，锁脚锚管随进尺及时进行注浆加固拱脚，防止小导洞的整体性下沉；锁脚锚管注浆使用单液水泥浆，注浆压力控制在0.5～1.0mpa。

而且，步骤⑻所述的打设锁脚锚管，并对锁脚锚管进行注浆其具体步骤与小导洞矿山法中相同。

而且，整个下穿作业，对千斤顶的顶升力进行数字化监控，并能根据既有线的结构不均匀沉降进行差异性调节顶升，确保既有线结构沉降在可控制的范围之内。

而且，在施工过程中，使用了一套液压支撑结构，该液压支撑结构包括千斤顶、保护套、通长钢板、加强肋板和柔性衬垫，所述的千斤顶为多个，其沿小导洞纵向轴线方向设置，每个千斤顶均选用可自动调节型的液压千斤顶，每个千斤顶的底座均安装在小导洞条形基础的限位槽内，且千斤顶的底座与预埋钢板固定牢固，千斤顶底座上设置通长钢板及加强肋板；每个千斤顶的外侧均设置保护套，千斤顶的伸缩端封装在保护套内部，且保护套在千斤顶端部与千斤顶绑扎做收口处理；每个千斤顶及保护套的上端均通过柔性衬垫顶在既有线结构的底板上。

而且，在每个千斤顶的保护套外层均设置三根混凝土回填管，在混凝土回填管上设置三个溢浆口，三个溢浆口的开启压力从下往上依次增加，在混凝土回填管底部设置止浆塞和垫板。

而且，在每个液压千斤顶上均布置一个压力传感器，该压力传感器连接控制阀组、同步液压泵站并经信号线与plc多线程控制器连接。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明适用于多线隧道下穿既有车站的做法，相对于“矩形隧道断面零距离下穿既有车站的支护结构及构建方法”，马蹄形隧道结构较矩形隧道受力性能更好，且本发明采用多条单洞单线隧道下穿既有车站，各个隧道线路之间相互错开一定的距离，保证既有线路的变形量，减小了开挖大断面隧道开挖的风险，与传统的平顶直墙方法相比，减少了拆撑及二衬防水施工的难度，加快了施工进度。

2、本发明使用的隧道浇筑台车设置有浇筑压力传感器及三个浇筑口，浇筑速度较传统做法提升近一倍左右，且避免了常规做法浇筑后拱顶出现空洞的情况，提高了二衬混凝土结构的耐久性及受力性能。

3、本发明采用全断面注浆加固排水的措施，减小了新建隧道沉降，增加了隧道的服务年限。

4、本发明使用的回填注浆管，设置了三级开启压力，两构筑物之间的充填密实度能得到保证，确保真正能够做到刚性连接。

5、本发明使用液压千斤顶柔性保护套，主体结构施作完成后，可重复使用。

6、本发明是一种大跨度区间隧道超近距离下穿既有站的实施方式，首先，通过该方法可以有效的控制既有线的沉降，提高下穿施工的安全系数，确保下穿作业的安全，同时可以加快施工进度，减少工程材料的使用，降低工程造价，解决目前面临的大跨断面隧道下穿既有车站的技术难题。其次，通过本发明所提供的施工方法可以增强结构之间的力学性能，尤其是二衬混凝土带压浇筑，可以保证拱顶部位的密实度，大大增强结构的耐久性。

附图说明

图1是本发明的总体布置示意图；

图2是小导洞开挖加固示意图；

图3是液压千斤顶顶升控制系统图；

图4是下穿区间初支开挖超前加固示意图；

图5是下穿区间隧道二衬带压浇筑示意图；

图6是千斤顶处混凝土回填管示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细叙述本发明的实施例；需要说明的是，本实施例是叙述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种大跨度区间隧道超近距离下穿既有站的实施方式，包括以下步骤：

⑴.在既有线布置测点，监测下穿作业时，既有线的沉降，并建立监测值分析和自动预警系统，对下穿作业进行实时监控。

测点布置在下穿隧道施工跨度一倍范围内，即以下穿隧道中心线为中心向两侧延伸。

⑵.开挖竖井，施工边侧小导洞1，小导洞1开挖前进行全断面注浆，加固导洞周围土体，为千斤顶8的顶升提供支座；小导洞开挖使用矿山法，支护形式为格栅+网喷混凝土，严格遵循“管超前，严注浆，短开挖，强支护，快封闭，勤量测”的暗挖“十八字方针”，环形开挖预留核心土；在液压千斤顶位置对格栅钢筋穿pvc套管，对钢筋进行保护，后期切顶时可减少破除的劳动量。

矿山法中，在格栅拱脚处打设锁脚锚管，锁脚锚管采用钢焊管，锁脚锚管随进尺及时进行注浆加固拱脚，防止小导洞的整体性下沉；锁脚锚管注浆使用单液水泥浆，注浆压力控制在0.5～1.0mpa。

⑶.在小导洞内施作条形基础2，条形基础2施工时，在液压千斤顶对应位置预埋钢板，并制作千斤顶底座限位槽。

⑷.由测量人员放出千斤顶的位置，对小导洞1初支进行破除，宜选用水钻切割，减少对既有线的扰动，适当的时候可使用风镐进行破除，破除孔洞直径宜比液压千斤顶公称直径大15cm左右。

⑸.人工掏孔，安装千斤顶8，千斤顶8端部安装在条形基础的限位槽3中，另外一端通过柔性衬垫5顶在既有线结构的底板4上，安装千斤顶8时应确保千斤顶的垂直度，对孔口位置进行密闭处理，千斤顶8在入孔安装前，在其外侧设置液压千斤顶保护套7，保护套要求密闭性能良好，且为弹性材料，在千斤顶端部与千斤顶绑扎，做收口处理，确保回填注浆时，千斤顶8能够正常提供顶升力；

同时，在保护套外层设置混凝土回填管，在混凝土回填管上设置三个溢浆口27、28和29，为保证充填密实，提高结构的受力性能，三个溢浆口设置开启压力，从下往上依次为0.2m、0.5mpa、1.0mpa；在混凝土回填管底部设置止浆塞30和垫板31。每个千斤顶周围设置三根砼回填管，保证回填从底部往上依次回填，确保回填的密实度。

⑹.千斤顶8选用可自动调节型的液压千斤顶，在小导洞施工阶段，对液压千斤顶8提供初始顶升力，初始顶升力的大小应以能控制导洞开挖和既有线沉降为标准；千斤顶8顶升完成之后，对小导洞拱顶开槽位置，布置回填注浆系统6，加固因开挖产生的裂隙，并做好孔口的密封工作。

⑺.待两侧小导洞1开挖完成及千斤顶8顶升完成之后，进行下穿隧道正线的施工，鉴于下穿的风险性，本发明采用“减跨”增加支点的方法来提高下穿的安全系数，并且由于单洞的施工工艺工法简单，且支护难度较小，所以对于下穿施工来说，可以提高施工的进度。

⑻.正线开挖采用马蹄形断面，开挖前进行全断面注浆，保证隧道结构的整体性刚度，减少后期运营期间的风险系数，尤其应做好隧道超前深孔注浆，确保安全开挖，上下台阶法、环形开挖预留核心土，打设锁脚锚管，并对锁脚锚管进行注浆(其具体步骤与小导洞矿山法中相同)，并应做好隧道的超前支护措施；

⑼.正线隧道初期支护施工时，应在初期支护背后，预留背后回填注浆管，填充既有线与新建隧道结构之间的空隙，确保两结构进行刚性接触。

⑽.初期支护完成后，进行隧道二衬施工，至此下穿作业完成。

整个下穿作业，对千斤顶的顶升力进行数字化监控，并能根据既有线的结构不均匀沉降进行差异性调节顶升，确保既有线结构沉降在可控制的范围之内。

本施工方法中使用了一套液压支撑结构，其具体结构如下：包括千斤顶、保护套、通长钢板、加强肋板和柔性衬垫，所述的千斤顶为多个，其沿小导洞纵向轴线方向设置，每个千斤顶均选用可自动调节型的液压千斤顶。

每个千斤顶的底座均安装在小导洞条形基础的限位槽内，且千斤顶的底座与预埋钢板固定牢固，千斤顶底座上设置通长钢板及加强肋板。每个千斤顶的外侧均设置保护套，保护套要求密闭性能良好，且为弹性材料。千斤顶的伸缩端封装在保护套内部。保护套在千斤顶端部与千斤顶绑扎做收口处理。每个千斤顶及保护套的上端均通过柔性衬垫顶在既有线结构的底板上。

在每个千斤顶的保护套外层均设置三根混凝土回填管，在混凝土回填管上设置三个溢浆口，三个溢浆口的开启压力从下往上依次增加，在混凝土回填管底部设置止浆塞和垫板。在每个液压千斤顶上均布置一个压力传感器，该压力传感器连接控制阀组、同步液压泵站并经信号线与plc多线程控制器连接。

以下选取一个具体实施例对上述实施方式进行详细说明：

本实例选取了北京市某地铁区间四线隧道密贴下穿既有线车站(原设计为两条出入段线和使用平顶直墙工艺建造的两条区间正线隧道)，经过优化设计后，采用液压千斤顶同步顶升技术对既有线车站进行支撑，同时减小隧道开挖跨度，由原有的平顶直墙变为两条单线隧道，满足线路的正常运营需求。

该大跨度区间隧道超近距离下穿既有站的施工方法的具体步骤为：

步骤一，在下穿区间影响范围内的既有线车站轨道建立测点13，测点布置在下穿隧道施工跨度一倍范围内，即以下穿隧道中心线为中心向两侧各延伸60m。

步骤二，在距离既有线车站大概30m位置施工竖井，开挖横通道，进而进入两个边侧小导洞1的施工，两个边侧小导洞1开挖外轮廓尺寸为宽度为3.6m，高度为4.6m，开挖前，对小导洞1内进行全断面注浆，注浆加固土体范围为边墙3m，拱顶为3.2m，仰拱底部土体为2.5m，注浆材料在无水的粉细砂层采用改性水玻璃，其余地层均采用单液水泥浆，注浆压力为0.5～1mpa。

步骤三，每循环注浆完成之后，对小导洞进行开挖，开挖采用矿山法，格栅间距为0.5m，分上下台阶(超短台阶法：台阶长度为3～5m)，预留核心土，在格栅拱脚处打设锁脚锚管32，锁脚锚管为φ42钢焊管，锁脚锚管随进尺及时进行注浆加固拱脚，防止小导洞的整体性下沉。锁脚锚管注浆使用单液水泥浆，注浆压力控制在0.5～1.0mpa。初期支护应及早封闭成环，在小导洞拱顶位置对应液压千斤顶位置的格栅钢筋上穿pvc套管，以避免后期切顶时由于混凝土与钢筋的握裹力而增加破除的工作量。

步骤四，小导洞1开挖至指定位置后，施作条形基础2，条形基础混凝土浇筑前在对应千斤顶位置预埋10mm厚钢板12，钢板背后设置锚筋，且锚筋长度满足36d，锚筋与钢板背面双面焊接牢固。

步骤五，对小导洞拱顶位置进行放样，千斤顶8中心间距为1.5m，在对应千斤顶8位置进行拱顶破除，优先使用水钻切割，减少对夹层土体的扰动，适当时候也可使用风镐进行破除，破除孔径应比千斤顶直径大15cm左右；人工清孔直至孔深到达既有线结构底板4。安装千斤顶底座，底座与预埋钢板固定牢固，底座上设置通长钢板10及加强肋板11来固定及平衡液压千斤顶产生的侧向力。对千斤顶加装保护套7，将液压千斤顶的伸缩端封装在保护套内部，防止土体及混凝土浆液对液压千斤顶造成侵蚀和破坏，提高千斤顶的使用寿命。在保护套的前端即与结构底板接触的位置，使用柔性衬垫5，防止液压千斤顶产生应力集中对既有线结构底板造成破坏；在小导洞拱顶开洞处，随千斤顶的安装预留三根混凝土回填管，以备千斤顶安装完成之后，进行回填灌注施工产生的空洞，并且增加了两个支座的刚度，相应的可以减少区间隧道下穿的压力，对减少既有线结构下沉也有积极作用。

步骤六，对液压千斤顶8提供初撑力，在液压千斤顶8上布置压力传感器9，该压力传感器连接控制阀组14、同步液压泵站15并经信号线16与plc多线程控制器17连接。施工初期，初撑力的数值不宜过大，应以满足对既有结构底板形成有效支撑为原则，同时密切注意既有车站沉降观测值。在小导洞内千斤顶安装完成之后，且灌浆回填完成之后，进行区间正线隧道的开挖。

步骤七，本区间为四线隧道，两侧分别为东、西出入段线，中间为区间正线隧道，隧道施工前，对隧道开挖影响范围内的土体进行注浆加固，尤其应做好开挖面前方的超前深孔注浆，拱顶使用超前小导管21，使用直径42的钢焊管，长度为5米，打设角度不宜过大以防止对既有线底板及既有线结构底板垫层23造成破坏，一般为5°。在开挖面前方(止浆墙19)打设全断面注浆管22，5米一个注浆循环，注浆范围详见附图。隧道施工顺序为：先施工1号隧道，1号隧道进尺8～10m后，施工3号隧道，3号隧道进尺8～10m后，施工下条隧道，依次施工完成四条单线隧道；隧道施工使用辅助临时仰拱，隧道均采用上下台阶法施工，上下台阶间距错开3～5m，上台阶留核心土18，且各台阶根据土层情况采用1：(0.7～1.0)放坡。上台阶格栅拱脚处打设锁脚锚管14，锁脚锚管注浆情况同小导洞。

步骤八，随掌子面跟进进行初支背后回填注浆，回填注浆管20为架立格栅时预埋在初支背后，注浆压力控制在0.5～1.0mpa，保证拟建线路与既有线结构件无空隙，形成刚性接触，增强拟建结构的服务年限与既有线的稳定。

步骤九，正线隧道下穿过程中应密切注意液压支架自动控制系统以及液压千斤顶的顶升力，同时加强既有车站测点数据的分析，及时发现问题，指导下穿区间作业。一旦既有线线路沉降值达到预警值时，应停止开挖，封面注浆，并研究下一步对策。

步骤十，下穿区间隧道初支完成后，施作二次衬砌，二次衬砌浇筑时使用带压浇筑，具体为通过拱肩浇注口26同时进行两侧壁的浇筑，随后封闭拱肩浇注口，通过拱顶浇筑口25进行拱顶部位的浇筑，同时密切关注浇注压力传感器24的读数，控制浇筑量，达到最大限度的充填，防止浇筑压力过大对模板造成破坏、变形，影响二衬混凝土的观感质量。即浇筑完成之后，保证混凝土的密实度，特别是拱顶部位不产生空洞，影响混凝土的强度，折减结构的使用寿命；沿隧道纵向分6～8m一施工段进行临时支撑凿除，进行二衬施工。本段二衬结构施工完成且混凝土强度达到设计强度后，再进行相邻段的临时支撑凿除。

至此下穿作业完成。