复杂地层中暗挖施工沉降控制

摘要：北京地铁12号线工程和平西桥站地处北三环两侧辅路正下方，交通繁重，老旧管线众多，周边环境复杂。为防止路面塌陷、管线破坏等次生灾害发生，施工中严格控制地表和管线的沉降值，特以车站主体初支扣拱和二衬扣拱拱施工为例，通过在车站拱部采取深孔注浆和管棚+深孔注浆两种措施加固后，进行施工过程监测数据结果比对，全面分析深孔注浆和管棚+小导管两种措施对地表和管线的沉降的利弊，可为今后类似工程提供参考。

关键词：地铁；暗挖施工；施工技术；沉降控制  

一、工程概述

1、工程概况 

北京地铁12号线工程和平西桥站位于北三环东路与和平里西街、樱花园西街的交叉口，沿北三环主路东西向设置，为与M5线的换乘车站。本站站址周边用地主要为居住和商业，周边基本实现规划。车站为地下两层分离岛式车站，采用“洞桩法”施工。每侧为单跨拱形断面，车站右线主体长度397.5m，左线主体长度350.64m，双层段单侧宽度为13.6m，单层段单侧宽度为11.45m，标准段覆土8.4m，单层段覆土15.86m，轨面埋深约23.59m ，底板埋深26.86m。

2、工程地质与水文地质情况

（1）工程地质情况 

站址范围内顶部地层主要为填土、粉土、粉质粘土，中部地层以粉质粘土④层、粉细砂 ④3层、粉土④2层、粉土⑥2层、粉质粘土⑥层、中粗砂⑦1层、粉细砂⑦2层、粉质粘土⑦3层、卵石-圆砾⑦层为主；底部为粉质粘土⑦3层及粉细砂⑦2层。底板及底板以上存在一层粉质粘土⑦3层，厚度约1.6m～5.2m。主要地层孔隙率指标参数：⑥粉质黏土为42%、⑥2粉土为40%、⑦卵石-圆砾为33%、⑦1细中砂为34%、⑦2粉细砂为38%、⑦3粉质黏土为42%。

（2）水文地质情况

车站范围地下水主要为上层滞水、层间潜水（三），水位标高24.1，位于车站主体结构中板以下3.8m，底板底部以上2.6m，含水层主要为细中砂⑦1，粉细砂⑦2层，车站进水深度7.27m 。

3、风险源情况

本工程共有特级风险源5个，一级风险源119个，其中管线风险源74个，建筑物风险源36个。

车站止水情况

 本车站设计不考虑降水方案，采用止水方案。根据结构设计要求，车站结构中板以下层间潜水（三）位于卵石—圆砾⑦层、细中砂⑦1层、粉细砂⑦2层中，对小导洞内围护桩间及桩后深孔注浆止水，范围为桩间及桩后0.7m范围，保证土方开挖及结构施工不受地下水的影响。 主要影响车站施工层间潜水（三）位于导洞底板下约4.4m，桩间止水由水位线上1m开始注浆，注浆深度7m，注浆依次穿越粉土、粉细砂、粉质层。

小导洞内围桩桩间及桩后范围，采用长导管深孔注浆进行止水，注浆孔打设位置为两根围护桩之间及围护桩与小导洞初支侧壁之间，孔位间距800mm，打设深度10.13m。

二、沉降控制施工措施

1、总述

和平西桥站3号竖井施工工区初支扣拱跨度为15.6m，高度3.5m，起拱平坦。上方车流量大，地下管线交织密集复杂，车站覆土厚度8m，拱部上方为上层停滞水层，土质为填土层、富含水粉土、粉质黏土。

3号竖井向西，左线长度42.5m，右线长度42.5m。地层和管线加固方式及范围：深孔注浆，中拱拱部，内0.5m，外2.0m范围。

3号竖井向东，左线长度78.4m，右线长度105.3m。地层和管线加固方式及参数：中拱Q235bΦ219mm*12mm大管棚+ DN32×2.75mm@400mm小导管，环向间距400mm。

图2-1 车站管棚布置平面图

2、深孔注浆施工参数

和平西桥站中拱拱部采用深孔注浆，注浆材料为水泥-水玻璃双液浆，注浆范围为开挖轮廓线外2m至内0.5m间范围内，对深孔注浆的初压0.3~0.75MPa，终压为1.0 MPa，在终压状态下当每分钟进浆量小于3L或注浆压力在终压状态逐步升高可停止注浆；扩散半径0.75m，上下排距0.5m，孔距0.5m梅花型布置，浆液采用水泥-水玻璃双液浆，并可根据地层条件添加调节浆液凝结时间和可注性的外加剂。

3、大管棚施工参数

① 管棚钢管规格采用Q235bΦ219mm*12mm无缝钢管，单节长度2m，管节长度可根据现场实际情况调整。

② 管棚施工一次打设长度20~62m，环向间距400mm，扣拱拱部标准断面布置31孔。

③ 管棚施工角度0~0.8%，管棚中心设计在开挖线上方25cm位置。

④ 管棚顶进施工结束后，钢管内送入Φ80mm/PVC管并进行砂浆填充。

⑤ 管棚上预制DN32注浆钢管，花眼直径Φ8mm，纵向眼距0.5m/孔梅花型布置，随钻带入。

三、沉降数据分析比对

1、沉降数据对比范围

本次针对3号竖井向西（深孔注浆）和3号竖井向东（管棚）中拱扣拱阶段沉降对比分析。

2、初支扣拱阶段对比

3号竖井向西（深孔注浆），长度42.5m，施工时间2019年3月20日~5月2日。初支扣拱阶段沉降量在21mm~31mm之间，平均为26mm，阶段沉降速率0.59mm/d。最大累计沉降值-47.24mm，累计沉降平均值：-31.47mm。

3号竖井向东（管棚段），长度105.3m，施工时间2019年7月20~9月08日。初支扣拱阶段沉降量在14mm~22mm之间，阶段平均沉降为19mm，阶段沉降速率0.43mm/d。最大累计沉降值-43.52mm，累计沉降平均值：-30.5mm。

通过上述数据比对，管棚段比深孔注浆段阶段平均沉降量减少7mm。沉降量减少占31.1%。

3、沉降预警频次对比

表3-1初支施工阶段红色监测预警频次对比

通过上述数据比对，初支施工阶段深孔注浆段预警频次（次/米）是管棚预警频次（次/米）的8倍，管棚可使沉降预警大幅减少。

4、二衬扣拱施工沉降对比

2019年10月09日开始施工3号竖井向西（深孔注浆）和3号竖井向东（管棚）主体结构二衬扣拱。二衬扣拱阶段沉降量在2mm~7mm之间，管棚段与深孔注浆段沉降值相差2.55mm，阶段沉降速率为-0.09mm~-0.1mm沉降稳定，速率平缓。深孔注浆段与管棚段累计总沉降平均差值为5.3mm。

图3-1 二衬施工阶段沉降量比对监测曲线

5、沉降数值对比

表3-2各阶段沉降量对比汇总表（单位：mm）

通过增加管棚，使车站结构二衬扣拱完成后，最终沉降量累计值控制在约40mm左右。比深孔注浆段沉降量减少约10mm。 

结  论：北京地铁12号线工程和平西桥站地处北三环繁华路段，车站分别设于北三环南、北两侧辅路正下方，交通繁重，老旧管线众多，周边环境复杂。和平西桥站为地下两层，分离岛式车站，采用暗挖PBA法施工地下车站必然会产生路面和管线沉降。为防止路面塌陷、管线破坏等次生灾害发生。在车站主体初期支护结构阶段中扣拱施工，通过采取深孔注浆和管棚+小导管两种措施加固后，严格控制地表和管线的沉降值，并对施工过程监测数据结果比对，形成以下结论:

 增加管棚后，对后续初支扣拱、二衬扣拱阶段沉降量，降低三分之一，最终沉降量降低10mm。

使车站最终沉降量累计值控制在约40mm左右，设计沉降量累计值控制在60mm，满足设计要求。

解决了无管棚支护时，初支扣拱开挖红色预警频发，无法正常施工问题。保证了施工有序进行，安全可控，进度可控，工人队伍的稳定性，管理人员有序管理。

对特殊环境下初支扣拱时的塌落及大跨度二衬扣拱的风险有效降低。

参考文献

[1]罗富荣.地铁车站洞桩法设计与施工关键技术[M].北京：中国铁道出版社，2015：67.

[2罗富荣等.北京地铁6号线一期工程修建技术[M].北京：中国铁道出版社，2015：310

作者简介：贾春光(1979.2-)，男，汉族，吉林白山，大学本科，工程师，研究方向：地下工程施工。