复杂工况下地铁车站T型换乘节点临近既有线施工关键技术

复杂工况下地铁车站T型换乘节点临近既有线施工关键技术

韩东

中铁开发投资集团有限公司云南昆明650000

摘要：通过昆明地铁4号线联大街站与既有1号线联大街站T型换乘节点施工方法，介绍了T型换乘节点施工的风险调查、风险评估、证据保全、自动监测等控制对既有1号线联大街站的影响，通过工程措施、工艺措施及管理措施降低对1号线的运营影响，确保1号线的安全运营。

关健词：T型换乘；节点施工；风险评估；自动监测

引言

随着轨道交通运营线路的增多，换乘节点势必越来越多，但换乘节点施工难度大、风险高，施工过程中必须同时确保正在施工车站基坑和已运营线路的安全，给工程技术人员提出了新的挑战，本文以昆明地铁4号线联大街站与既有1号线联大街站T型换乘节点为例，结合车站小里程侧暗挖隧道工程，大里程侧明挖深基坑的复杂工况，归纳总结了一套安全、经济、简单、有效的T型换乘节点施工工艺，望能提供借鉴。

1工程概况

1.1车站设计概况

联大街站位于昆明市呈贡区联大街与彩云南路交叉口，沿联大街东西向布置，与昆明轨道交通首期工程1号线联大街站T型换乘，为地下三层岛式站台车站，车站中心里程YDK40+478.951，起点里程YDK40+352.351，终点里程YDK40+552.151，全长199.8m（由4部分组成，大里程端主体结构长119.9m，中间换乘节点39.3m，西端暗挖长24.1m，盾构井16.5m），标准段结构宽20.9m，站台中心处顶板覆土约3.07m，底板埋深约23.45m，最大埋深约27m。

昆明轨道交通首期工程1号线联大街站为昆明市轨道交通首期工程的车站，设计为与4号线十字换乘，车站位于彩云南路与联大街交叉口处，车站全长473.2m，与彩云南路平行，沿南北偏西向布设。如图1。

1.2车站施工对运营线的影响

在建4号线

运营1号线

在建4

号线

图1联大街站与1号线换乘关系示意图

1号线联大街站为运营车站，4号线联大街站主体结构与运营1号线轨行区直线距离为10.0m，4号线基坑开挖深度24m，4号线基坑开挖容易造成1号线运营车站主体结构变形和位移，对1号线主体结构影响等级为一级，严重影响1号线运营安全。

1号线已运营车站对变形控制的要求高，车站主体结构变形位移控制值为10mm，道床位移控制值为10mm，轨道间距变形控制值为-3mm、+5mm，轨道水平变形控制值3mm，因此如何降低对1号线的影响是施工的重难点。

1.3车站周边建（构）筑物

车站周边建（构）筑物情况分布如下：车站周边现状为绿地，已运营1号线联大街站为地下2层车站，换乘节点部分为地下三层结构。影响车站主体结构施工的管线主要为D600污水管、D700雨水管，横穿道路的管线主要为DN426燃气管、10KV高压线、通信电缆以及部分D600污水管、DN700雨水管。主体围护施工期间，已将横穿基坑的管线临时改迁至1号线换乘节点结构上方，主体结构施工完成后迁回原来位置。

在车站西侧有一处综合管廊，为5m×3.4m箱型混凝土结构，与车站正交，管廊内设有9根110KV高压电缆、4根10KV高压电缆、35根通信电缆（包括政府专用通信光缆）、1根Φ800的自来水管等设施，无法进行迁改，因此需采用暗挖法穿越该综合管廊。

2设计概况

2.1车站分区段设计情况

根据车站部位，共分为5个段落。

图2联大街站分区段示意图

1．大里程主体标准段

开挖深度约为23.45m，采用明挖顺作法施工。围护结构选用1000mm厚地下连续墙，墙长45m、52m，墙趾位于<8-2-2>硬塑粉质黏土层、<8-11-1>中密圆砾层。

2．大里程主体端头井段

开挖深度约为27.45m，采用明挖顺作法施工。围护结构选用1000mm厚地下连续墙，墙长49m，墙趾位于<8-2-2>硬塑粉质黏土层。

3．西侧盾构井段

开挖深度约为24.23m，采用明挖顺作法施工。围护结构选用1000mm厚地下连续墙，墙长48m，墙趾位于<8-2-2>硬塑粉质黏土层。

4．大里程邻近1号线换乘节点处

开挖深度约为23.36m，采用明挖顺作法施工。围护结构选用1000mm厚地下连续墙，墙长45m，墙趾位于<8-11-1>中密圆砾层。沿基坑深度方向设置五道支撑及一道换撑，其中第一、三道为钢筋混凝土支撑，第四道及换撑为∅800（t=20mm）钢管支撑，其余均为∅609（t=16mm）钢管支撑。与1号线车站地墙之间设置两道400mm厚板撑，分别位于下一层板及下二层板位置。

为控制对1号线车站的影响，在换乘节点东侧基坑内外采用850@600的三轴搅拌桩满堂加固。

5．主体结构暗挖段

主体暗挖段采用浅埋暗挖法进行施工，采用复合式衬砌结构（即喷射混凝土、超前注浆小导管、钢筋网和钢架为初期支护，以模筑混凝土衬砌为二次衬砌组成，在初期支护与二次衬砌间设置防水隔离层），主要设计参数如表1。

表1联大街站暗挖段施工参数表

本站矿山法隧道穿越不同地层，隧道正上方存在一综合管廊，管线众多，控制地表沉降和保证综合管廊的正常安全使用是本工程矿山法隧道的重点及难点。

2.3工程地质和水文地质

2.3.1工程地质条件概况

1．据钻探揭示，场地土层从上至下分布为：

<1-2>素填土、<2-2>粉质黏土、<3-1>黏土、<3-2>粉质黏土、<3-3>淤泥质土、<3-5>粉土、<3-11-1>圆砾、<6-1-2>黏土、<6-4>泥炭质土、<6-2-2>粉质黏土、<6-5-1>粉土、<6-11-1>圆砾、<8-1-2>黏土、<8-2>粉质黏土、<8-2-2>粉质黏土、<8-4>泥炭质土、<8-5-1>粉土、<8-11-1>圆砾、<25-1>白云岩、<25-1-2>强风化岩、<25-1-3>中风化岩。

2．从车站范围地质剖面图可知，联大街站坑底位于<3-1>黏土、<3-3>淤泥质土、<6-1-2>黏土层中，围护墙底位于<8-2-2>粉质黏土、<8-11-1>圆砾层中。

2.3.2水文地质条件概况

1．地表水

工程区属金沙江水系滇池流域，本工程场地范围内无地表径流。

2．地下水

根据地勘钻探揭露地层情况，结合区域水文地质资料分析，本场地勘探范围内埋藏分布有孔隙潜水、孔隙承压水及岩溶裂隙水。

a．孔隙潜水

孔隙潜水主要接受大气降水的竖向入渗补给和地表水的侧向入渗补给，多以蒸发和向低洼处径流方式排泄。水位受气候条件等影响，季节性变化明显，潜水位变幅一般在1~5m。

b．孔隙承压水

浅层孔隙承压水主要赋存于<3-11-1>层圆砾，局部赋存于<3-5>层粉土中，含水层顶板埋深13~29m，呈透镜状，分布不连续，贯通性一般。

深部孔隙承压水赋存于<6-11-1>层中，呈透镜状分布，分布不连续。

c．岩溶裂隙水

岩溶裂隙水埋藏较深，一般大于54m，超过基坑深度及地连墙深度，对工程无影响。

2.3.3不良地质及特殊岩土

1．本工程场地地表部分基本均有填土分布，厚度一般为0.5~5m，填土组成成份复杂，道路上主要由碎块石混砂砾及建筑垃圾组成，呈中~密实状，草坪上以黏性土混碎块石、垃圾等组成，呈稍密状，一般填土下部常夹大块石，粒径大者可达80cm以上，均匀性差。

2．车站范围内分布<6-1-2>、<6-2-2>、<8-1-2>、<8-2-2>层具有天然密度小、重度变化大、平均孔隙比大、液限高，平均收缩系数较大。遇水易膨胀，失水收缩，对基坑开挖稳定不利。

3．场地属冲洪、冲湖积沉积环境，有利于软土沉积，场地发育了多层软土。主要为<3-3>层黑、灰褐色淤泥质土厚0~5.2m；<6-4>层黑、灰褐色泥炭质土厚0.5~3m；<8-4>黑、褐黑色泥炭质土，厚1.5~7.1m。工程性质较差，易产生较大沉降和不均匀沉降，对基坑边坡稳定不利。

3施工关键技术

围护结构地连墙的施工质量控制，确保地连墙在开挖过程中不渗漏，同时既有线相邻设计的三轴搅拌桩满堂加固严格按照设计要求进行施工，并对加固效果进行验证；

既有线两侧的不对称开挖，为了减小开挖侧泄压对既有运营车站带来的影响，必须根据专项监测成果及时调整控制开挖进度，必要的情况下及时按照应急方案采取措施；

监测是关键，因1号线处于运营状态，人员无法自由出入，为了保证监测时效性和监测人员、设备的安全，监测必须采用自动化监测。

3.1暗挖段施工

暗挖段为单洞单线马蹄形隧道，长24.1m，拱顶覆土约14.97m，毛洞开挖宽度为6.7m，开挖高度为7.248m，采用交叉中隔壁法（CRD法）施工，施工前及施工期间均需采用管井降水。暗挖段里程为YDK40+368.851~YDK40+392.951。暗挖隧道按浅埋暗挖法设计和施工，采用单线隧道复合式衬砌。初期支护由喷混凝土、超前注浆锚管、钢筋网和钢架等支护形式组合形成，二次衬砌采用模筑混凝土。在初期支护与二次衬砌之间设置防水隔离层。

1．地基加固

联大街站暗挖段采用φ1000@600高压旋喷桩加固。水泥掺量为35%，水灰比为1.0，设计水泥土加固体的28d龄期无侧限抗压强度qu不低于1.2MPa，实测加固体抗压强度3.1MPa。高压旋喷桩加固范围详见图3、图4。

2．井管降水

根据勘察报告，拟建场地影响本工程的承压水主要存于<3-11-1>圆砾层，因此采用管井降水措施；在暗挖段施工前20d进行预降水，地下水位控制在该层层底以下。

3．大管棚施工

大管棚采用外径‚108mm、壁厚8.0mm的热轧无缝钢管，外插角约1°总长24m，环向间距400mm；由小里程盾构井往大里程方向施作，管棚分段安装，钢管与钢管间用丝扣连接，钢管内增设由4根20螺纹钢筋和固定短环组成的钢筋笼提高钢管刚度和强度，固定环采用外径‚42（壁厚8mm），长4cm的短管环，短管间距1m。注浆浆液采用水泥浆，水灰比W：C=0.5：1～1：1，注浆压力采用0.5~1MPa。

4．超前小导管

采用外径‚42mm、壁厚3.25mm、长3m的无缝钢管，外插角为5°~7°。钢管前端呈尖锥状，尾部焊上钢筋劲筋，钢管尾端应置于钢架腹部。注浆材料一般采用水泥浆或水泥砂浆，当地下水较发育或浆液扩散范围较大时，注浆浆液改为水泥-水玻璃双液浆，注浆压力一般为0.5~1.0Mpa。

图3联大街站暗挖段高压旋喷桩加固平面图

图4联大街站暗挖段高压旋喷桩加固剖面图

5．洞身开挖

联大街站暗挖段隧道采用CRD法施工，采用人工开挖，开挖循环进尺控制在1榀拱的距离即0.5m。

施工中必须严格按照“管超前、严注浆、短开挖、强支护、早封闭、勤量测”的施工原则进行开挖施工。根据位移量测结果，评价支护的可靠性和围岩的稳定状态，及时调整支护参数，确保施工安全。

洞身开挖共分4个，1号洞室超前2号洞室8榀拱架，2号洞室超前3号洞室8榀拱架，3号洞室超前4号洞室8榀拱架。每次开挖1榀拱架。上台阶拱部初期结构基本稳定且喷射砼强度达到设计强度的70%后方可进行下台阶开挖。每个洞室按微台阶法开挖。

图5CRD法施工工艺图

3.2小里程盾构井明挖段施工

小里程盾构井基坑及东段基坑采用明挖顺作法施工，主要施工步骤：

1）施工围护结构（地下连续墙）、地基加固、立柱桩、降水，由地表向下开挖至第一道砼支撑底。

2）浇筑第一道钢筋混凝土支撑（冠梁）后，向下开挖第二层土方。

3）随挖随撑，依次开挖至每一道支撑底，安装钢支撑时施加预加轴力，向下开挖至基底。（第三道支撑为砼支撑）

4）施工基底垫层、底板防水层及底板，待砼达到设计强度后，拆除第五道钢支撑。

5）施工侧墙防水层、侧墙至第四道支撑底，架设换撑后，拆除第四道支撑并施工下二层中板。

6）待下二层中板砼达到设计强度后，拆除第三道钢筋混凝土支撑，施工侧墙防水层、侧墙及下一层中板。

7）待下一层中板砼达到设计强度后，拆除第二道钢支撑，施工站厅层侧墙防水层、侧墙、顶板及顶板防水。

8）待顶板砼达到设计强度后，回覆覆土至第一道砼支撑底拆除第一道支撑并拆除换撑，恢复路面。

3.3大里程明挖段施工

首先对临近1号线换乘节点东侧明挖段基坑地基采用三轴搅拌桩进行加固处理，坑内加固深度由第三道撑底至坑底以下8m（宽度10m），坑外加固深度由地面至坑底以下3m（宽度3m），以减少因基坑开挖卸载对已运营车站的影响，减少位移和变形。

为了减少4号线联大街站基坑开挖造成1号线主体结构位移，在4号线负二层中板和负一层中板位置设置两道腰梁，腰梁直接作用在1号线地连墙上，对1号线车站起支撑作用。

基坑开挖根据“时空效应”的影响，总结出“分层、分块、对称、平衡、限时”原则，基坑底部和连续墙墙底土层为很厚的黏土，只有局部的含粘性土圆砾层，并且该地块地下水位较高。因开挖作业基坑降水，使得地层有效应力增加，进而造成附加沉降，为避免换乘节点东侧基坑降水对运营首期工程1号线联大街站位移的影响，在基坑外设置地下水位观测井和回灌井，以及垂直基坑外设置几排岩土体深层位移监测，当监测到坑外水位下降1m时，及时进行地下水回灌，以此克服地质所带来的影响。

3.4施工监测

3.4.1暗挖段施工监测

3.4.1.1监测目的

现场监控量测通过监视围岩稳定、判断隧洞支护衬砌设计是否合理、施工方法是否正确的重要手段，也是保证安全施工、提高经济效益的重要条件，应贯穿施工的全过程。本段开挖实施全过程信息化施工监测监控，严格控制邻近建（构）筑物，地下管线变形和渗漏情况。

3.4.1.2监控系统设计原则

1）施工过程中应建立严格的监测网，对施工全过程进行监测，以达到确保安全、指导施工、积累资料、优化设计的目的；

2）确切的预报破坏和变形等未来的动态，对设计参数和施工流程加以监控，以便及时的掌握围岩动态而采取适当的措施；

3）满足作为设计变更的重要信息和各项要求，如提供设计、施工所需要的重要参数。

3.4.1.3量测项目

现场监控量测必测项目有洞内外观察及掌子面地质描述、拱顶下沉量测、周边位移收敛量测、地表下沉量测，其他项目作为选择项目，包括初期支护和二次衬砌内力、锚杆轴力，围岩与支护间的压力和围岩内部位移的量测等。

1）掌子面地质描述

隧道每次开挖完成后，由地质工程师实施，专门的施工安全监控量测单位的人员配合，对掌子面出露的地质情况进行描述、记录，并判定围岩的级别与设计情况是否相符。如果不符，需要进行支护参数和工法等的相应变更，从而保证施工的安全以及衬砌结构的受力满足设计要求。

2）地表沉降监测

采用高精度水准仪测量地表及周围建筑物的沉降量，由专门的施工单位监控量测人员实施，其监控点的布置和量测频率见相应的设计图纸；在靠近房屋基础及管线处的差异沉降最大值按有关地下管线部门的要求确定。

3）拱顶下沉和洞周收敛位移量测

采用隧道专用位移收敛计配合高精度水准仪进行隧道拱顶下沉和洞周收敛位移量测，由专门的施工安全监控量测单位的人员实施。其监控点的布置和量测频率见相应的设计图纸。

根据隧道拱顶下沉和洞周收敛位移量值以及变形的变化趋势和围岩的稳定性来确定开挖方法是否安全、支护参数是否合理以及变形的变化趋势和围岩的稳定性来确定开挖方法是否安全、支护参数是否合理以及二次衬砌的施作时间等，同时调整预留变形量的取值。

表2联大街站暗挖段施工监测统计表

4）衬砌内力和围岩压力等选测项目的量测

采用钢筋计、混凝土应变计、压力盒和多点位移计针对不同的隧道断面结构以及不同的地质情况和隧道不同的埋深，进行二衬内力、围岩与衬砌间的相互作用、隧道开挖引起的地层内部位移量测。

通过对初期支护的内力大小进行的量测结果进行分析，从而评价所采用的开挖方法是否安全可行以及初期支护参数能否满足稳定围岩的要求。以便修改初期支护的设计参数和选择合理的开挖方法。

通过围岩压力和二次衬砌内力的量测，并进行在荷载-结构模式下的隧道二次衬砌内力和变形有限元计算分析，从而对隧道的长期安全性做出评价。

3.4.2既有1号线运营车站施工监测

3.4.2.1监测的主要目的

施工过程中对周边影响范围现有运营1号线地铁线路部位实施独立的监测，掌握现有运营地铁监测的动态，验证施工对其影响，为4号线施工提供参考依据。

3.4.2.2监测的主要对象

4号线联大街站深基坑施工，对既有昆明市轨道交通1号线联大街站造成施工影响的区域。现场监测项目如表3。

表3现场监测项目、仪器、精度表

现场巡视项目包括：

1）结构开裂、剥落：包括裂缝宽度、深度、数量、走向、剥落体大小、发生位置、发展趋势等。

2）结构渗水：包括渗漏水量、发生位置、发展趋势等。

3）道床结构开裂：包括裂缝宽度、深度、数量、走向、发生位置、发展趋势等。

4）管片错台情况及其趋势。

3.4.2.3监测频率及周期

自动化监测频率见表4。

表41号线联大街站监测频率

注：当监测数据超出控制值或地铁结构出现异常情况时适当加密监测频率。

3.4.2.4自动化监测实施

1．系统结构

自动监测主要是通过对建立的实时自动监测系统，对关键监测点进行实时自动监测，实现自动采集、远程传输、实时分析和预警预报，为相关单位及时提供监测结果。实时自动监测系统主要有现场监测站、无线通讯网络和主监测中心组成。现场监测站负责自动采集监测范围内所有测点的变形情况，并自动将采集数据传输给主监测中心；无线通讯网络负责现场监测站和主监测中心之间的数据通信，主要采用3G、GPRS网络进行数据通信；主监测中心负责现场监测站所有监测数据的自动接受、汇总、存储、分析和预警预报，并对现场监测站的采集方式进行控制。

2．自动化监测关键技术

1）全自动化无人值守

监测功能包括对各类传感器的实测数据进行自动采集和对实测的信号作出报警。

a．数据采集单元定时测量方式（即无人值守方式）

根据监控主机所设定的测量时间，能自动定时进行选测和巡测。该方式主要用于日常常规测量。

b．人工干预测量方式

必要时，测试人员可通过监控主机任意进行测量。该测量方式的优先权高于其他任何测量方式，主要用于在特殊情况下可任意加密测次及对重点监测部位实施任意频次的测量。

c．网络化测量模式

系统具备网络化管理功能，任何一台计算机联入此网络后，可在计算机终端上实施数据采集、资料查询等。

d．人工测量方式

作为一种后备方式，当监控主机或通信线路发生故障时，在恢复通信之前采用便携式计算机实施人工数据采集。数据采集单元由于采用全模块化结构，更换模块非常方便，数据采集单元不会因为故障而长期停测。

e．远程控制测量方式

本系统提供了远程控制测量功能，通过远方办公室的计算机，可在任何地方自如地实现数据采集和通信。

2）数据存储功能

采集单元（DAU）具有存储器和掉电保护模块，能暂存DAU采集来的数据，并在断电的情况下不丢失数据。

3）综合信息管理功能

包括在线监测、结构形态的离线分析、测值预报、报表制作、图文资料管理、数据库管理及安全评估等。

4）远程控制

具有在后方对监控主机上实现对布置在监测现场的数据采集单元（DAU）进行远程控制的功能。

3.4.2.4隧道结构竖向位移监测

隧道结构竖向位移自动化监测采用电容式静力水准仪进行监测，静力水准布设在隧道上、下行线结构上。

图6隧道结构静力水准竖向位移监测点埋设示意图

图7测点及采集单元埋设实景图

3.4.2.5隧道、道床结构水平位移自动化监测

隧道、道床结构水平位移采用基于徕卡自动测量机器人的自动化监测系统实现。该监测项目，选择瑞士徕卡TM50自动全站仪作为数据采集的仪器，测角精度为1″，测边精度为0.6mm+1ppm。配以自动化监测软件，定时启动仪器进行自动化数据采集，并无线网络进行数据传输。采集的数据经软件处理后，生成变形监测报表。自动化监测系统是基于测量机器人的有合作目标（照准棱镜）的多站变形监测系统，其组成方式如图8。

监测点采用LeicaL型棱镜，用膨胀螺丝牢固定在隧道壁上，并使棱镜面正对测站。棱镜安装时背对行车方向。

图8测量机器人变形监测系统组成

图9L型监测棱镜

3.4.2.6道床结构竖向位移监测

道床结构竖向位移监测控制网以既有地铁运营线路铺轨控制基标系统为基准建立，起始并附合于地铁控制基标点上，选择3个基标点作为高程基准点。控制网同观测点一起布设成闭合环网、附合网或附合线路等形式。

4号线影响范围内1号线既有联大街站结构上监测点布设为：4号线车站施工范围内按5m布设，车站地铁保护区范围按按10m布设，地铁缓冲区范围按20m布设。左线布设隧道结构竖向、水平位移监测点和道床结构竖向、水平位移监测点各17个，右线布设隧道结构竖向、水平位移监测点和道床结构竖向、水平位移监测点各17个，共计各34个。

3.4.2.7人工监测

在施工影响范围内的轨道上布点，对轨道几何形位（轨距、高差）进行监测。

4号线影响范围内1号线既有联大街站结构上监测点布设为：4号线车站施工范围内按5m布设，车站地铁保护区范围按按10m布设，地铁缓冲区范围按20m布设。左线布设轨道几何形位监测点17个，右线布设轨道几何形位监测点17个，共计34个。

轨道高差（相邻两根钢轨高程差值）及轨距（相邻两根钢轨距离）监测使用专用轨道尺测量，进行连续三次独立的观测，判定合格后取其平均值作为初始值。

3.4.2.8监测成果

根据《城市轨道交通结构安全保护技术规范》监测预警分级标准，结合现场施工情况，4号线深基坑施工期间，1号线运营地铁各监测项目监测数据处于正常范围，巡视无异常。

表51号线联大街站各监测项目监测汇总表

4结束语

在临近既有运营线进行T型换乘节点施工，就必须充分考虑既有运营线的环境因素影响，把握工程的特点及难点，切实做好对围护结构的施工质量控制和对既有运营线的加固处理措施，同时，要保证车站基坑的稳定性及既有运营线的安全，施工监测是该类工程施工必备的有效手段，是工程顺利进行的必要保证。

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