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【摘 要】本文结合北京地铁成府路车站工程实例，对大跨度浅埋暗挖隧道的中洞法施工技术进行了总结，对有关技术难点及解决办法进行了阐述，对同类工程具有很好的借鉴作用。
【关键词】隧道与地下工程；浅埋暗挖；中洞法；施工技术
随着城市建设的发展,城市道路设施、建筑物越来越多，从而导致城市空间不足,地下工程可以很好的解决空间需求的矛盾。城市地铁暗挖隧道工程是在岩土体内部进行的[1-4]，无论其埋深大小如何，隧道的开挖施工将不可避免地扰动地下岩土体，随着城市地铁隧道工程在我国的蓬勃发展和大量持续的修建，为了保证隧道工程的顺利进行以及确保周围建(构)筑物的安全，有必要对隧道工程施工过程进行深入研究，探讨经济、合理的施工技术方案，确保施工安全，对地铁隧道的设计、施工和安全运营有十分重要的意义[5-7]，并能为类似工程提供相应的理论指导和技术支持。本文结合北京地铁成府路车站工程实例，对大跨度浅埋暗挖隧道的中洞法施工技术进行了总结，对有关技术难点及解决办法进行了阐述，对同类工程具有很好的借鉴作用。
1、工程概况及水文地质条件
1.1工程概况
成府路车站位于成府路与中关村北大街的交叉口，北接圆明园站，南接中关村站，车站全长为254.5m。车站为地下两层三跨与两跨结合岛式车站，地下一层为站厅层，地下二层为站台层。鉴于车站中部正好位于北京大学东门交通路面下，为维持北京大学东门交通，车站中部采用暗挖隧道，南北段采用明挖的结构形式。车站暗挖段隧道里程为：K22+263.116～K22+293.916，全长30.8米。暗挖段为大跨度双连拱隧道，隧道开挖跨度为21.70m，开挖高度10.51m，隧道拱顶埋深7-8m。隧道开挖跨度大、埋深浅，拱顶上部有若干市政管线，且地层中有一处热力小室隧道（原北京大学规划且已施工完成的钢筋混凝土结构）侵入隧道结构内。
暗挖段两端与明挖连接处分别各设一处变形缝，变形缝分别设在16轴与17轴和22轴与23轴中间处，变形缝的两端外侧与明挖结构相接段衬砌断面与暗挖段相同，为单排柱两跨结构。
1.2工程地质、水文地质条件
暗挖段地质情况为：表层为房渣土及粉土填土，层厚约1.5米，再向下至暗挖隧道底为粉土及粉质粘土，隧道下穿的管线在粉质粘土层。上层滞水静止水位位于43.66高程，距隧道顶面3.9米，对隧道开挖影响较小；潜水静止水位位于34.18高程，在隧道拱顶下约5米、隧道仰拱上约4米处，对隧道开挖、支护影响较大。
1.3工程特点
本段暗挖大跨度隧道有以下特点：
（1）埋深较浅，本隧道拱顶高程为40.477m，隧道上部地面高程为47.950m，隧道埋深为7.5m左右。而由地面向下1m厚度为回填的房碴土，其余6.5m厚度为粉土填土，该地质情况很容易由于施工不当而造成地面出现沉降过大的现象。
（2）存在动荷载：隧道正上方为北京大学东门口进入通道，隧道东侧紧邻中关村北大街，行人、车流非常密集，尤其是车辆的通过对隧道形成了一个持续性的动荷载，造成一定程度的振动影响，使本来地质情况较差、埋深浅的隧道在施工中又增加了一个施工隐患。
（3）管线、既有结构较多：本隧道上部土层内有雨水管线和光缆横跨隧道上方（距隧道拱顶仅3-6米左右，同时在隧道西侧导洞拱顶上存在一个既有热力小室结构，且热力小室钢筋混凝土结构部分侵入隧道西侧导洞（侵入的横断面尺寸为3×1.5m）。上述管线和既有结构内经过现场勘查，管道内及结构均存在大量积水，很容易在隧道施工过程中地层发生变化（主要为因沉降引起的变形），导致积水渗漏而破坏原来土体的稳定性，更为严重的是隧道开挖到热力小室时，必须对侵入隧道断面的结构进行破除，容易造成热力小室积水涌出，危及隧道初支结构的安全。（如图所示）
（4）开挖、支护施工难度大，本隧道为大跨度隧道，其跨度21.70米，且开挖高度11.2米。根据设计要求，本隧道共分成5个导洞，除中导洞外，两侧各有2个导洞，而每个导洞又分成3部开挖，即本隧道共分成15部进行开挖、支护。根据以往的经验可以得出，大跨度隧道分部多，主要解决了隧道在进行开挖、支护施工时的安全问题。但是分部越多，初期支护施工难度越大，这里的难度主要是隧道支护格栅钢架连接及封闭的问题，即使每一部的格栅钢架在安装过程都会产生一定的误差，误差累计后，势必会造成最后几部的封闭严密性较差，不利于隧道初期支护结构的整体受力。
（5）二次衬砌施工难度大，本隧道二次衬砌的施工顺序是先进行中导洞内的底纵梁、中柱、顶纵梁结构施工，然后施工其余部分仰拱、边墙、拱顶的结构。本方法主要考虑抑制拱顶及地面沉降，而对结构两侧拱顶及水平收敛变形没有进行周密的考虑，所以容易出现两个主要的问题：其一，在进行两侧的二次衬砌施工时必须先拆除临时支撑，结果是由于左右两侧土质情况的差别、左右两侧支护受力不完全均等（施工造成）等情况，会出现偏压的情况（两侧支护结构受力不等），其结果很容易对以施作好的梁、柱结构造成破坏，这种情况已经在其它标段出现过；其二，本隧道全长30.8m，根据设计要求分成5段施工，即每段长度为6m左右。在进行二衬施工前，我项目邀请了数位专家对设计的技术措施进行论证，在考虑到本隧道周围的土体中所含的地下水较大（主要为地下管线渗漏水）、以及开挖、支护的质量很难达到设计和规范的要求，同时也考虑到本隧道的拱顶和地表沉降达到29mm，已经接近设计和规范要求的临界值，因此最后得出的结论是不同意按照每段6m进行施工，建议采用3m一个循环。但是由于我项目当时处在一个工期比较紧张的时期，所以3m一个循环在规定的工期内很难完成。
上述五种情况在一般的暗挖大跨度隧道内同时出现是比较少见的，每种情况的出现都会对施工造成很大的影响，所以我项目在进行本段暗挖隧道施工前面临着很大的困难。
2、大跨度浅埋暗挖隧道中洞法施工技术
2.1总体施工顺序。因北基坑受北大管线改移影响，开工日期较晚，因此暗挖段从南基坑破洞向北基坑进行，在基坑开挖到大管棚最低标高以下1.2m时，进行大管棚打设，待南基坑明、暗挖段接合处结构施工完成后（明挖结构预留提升口），进行暗挖段结构施工。
2.2破洞施工。根据设计要求，在进行暗挖隧道破洞施工前需要对隧道拱部进行大管棚施工支护，根据明挖与暗挖的结构相对位置，如图2所示。管棚施工和破洞施工安排如下：
大管棚在基坑开挖到管棚底面以下1.2m后进行施做，在南一段地下中板及顶板施工时，在西侧靠运输通道中部中板和顶板预留吊装口，以供暗挖隧道出碴和倒运材料使用，出碴口尺寸为2m×5m，中板及顶板钢筋在出碴口位置断开，该处钢筋采取接驳器预埋及连接。
在车站16轴处的明挖主体结构全部施工完成后，方可进行破洞施工。破洞时，根据先施工中导洞1部，首先破除该导洞的桩体混凝土部分，桩混凝土破除后，及时架设格栅钢架。
2.3大管棚施工方法。超前大管棚采用Φ108热轧无缝钢管，壁厚8mm，间距300mm，设于拱部，沿开挖轮廓外布置，管口中心外放至距开挖轮廓线150mm，管棚施工时外插角设定为0.5°管内灌注水泥浆。采用“有线仪器定向，一次性跟管钻进法”，即成孔和埋设管棚一次完成。根据本工程的工程地质、水文地质条件、施工场区环境等具体情况，为防止钻进中地下水及泥沙涌出，确保管棚打设工程质量。开孔，用专用开孔钻机开出长约800mm--2000mm的φ156孔位；用φ108×8mm鋼管做钻具，前端装有导向探头的导向专用钻头，采用泥浆护壁，利用有线导向仪监控，随钻进加尺（方位、角度发生变化时，随时进行修正），将棚管依次打入。同时将钢管接口焊接严密，直至达到设计长度。
大管棚施工工艺流程如下：三通一平→人员设备进场→铺设"H"钢轨道→设备组装调试→埋设孔口管→调试钻机（方位、倾角）→钻具组装进孔→冲洗液循环→导向钻进→回次加尺（接线、接口补焊）→孔斜测量→导向钻进→直至设计深度终孔→回取探头盒→管内及环状间隙注浆→移至下一孔位。
2.4超前注浆小导管及支护施工。超前小导管作业工艺流程如图2所示。其后进行隧道格栅钢架、钢筋网加工及安装，钢格栅在洞外格栅加工场地加工成榀，加工完成后对钢格栅进行试拼，合格后运送至竖井施工场地进行妥善保管。钢筋网片在加工场地加工完成经检验合格后运进施工场地，进行妥善保管。
喷射混凝土设计强度为C20，水泥采用普通硅酸盐水泥，细骨料采用中粗砂，细度模数≥2.5,含水率控制在5％～7％。粗骨料采用粒径＜15mm的碎石，其配合比在施工前进行送样后试配方可确定。混凝土在装入喷射机前应过筛，混合料随拌随用，存放时间不许超过20min。喷射前应对开挖面进行清理，清除浮渣及堆积物，埋设控制喷射混凝土厚度的控制点，对机具设备进行试运转。就绪后方可进行混凝土喷射。喷射混凝土应紧跟作业面进行，在格栅支立完成后立即进行喷射，喷射混凝土应符合下列规定：
⑴ 喷射混凝土分片分层自下而上喷射，先喷钢筋格栅与壁面间的混凝土，然后在喷两钢格栅之间的混凝土；
⑵ 每次喷射的厚度为，边墙70～100mm；拱部为50～60mm；
⑶ 喷射第二层混凝土时，应在第一层达到终凝后进行，且喷射之前应对第一层的表面进行清洗。
⑷ 喷射过程中应严格控制回弹料，边墙的回弹料不应大于15%，拱部不宜大于25%，喷射的回弹料绝对不予许回填拱底，及时运送场地外废弃。
2.5隧道防水、二次衬砌施工方法。二次衬砌施工前，应对隧道的净空进行检查，检查时按照每5米一个断面进行测量，隧道净空尺寸满足设计要求时，方可进行衬砌施工。同时，应对隧道初期支护背后进行检查，如果发现在正常施工背后回填注浆后仍有部位存在空洞，则必须对空洞部位进行二次注浆。当上述两点工作全部完成后，二次衬砌施工方可进行。
2.5.1 二次衬砌防水板铺贴施工。无纺布铺设，无纺布挂设前，应在基面上画好边线和搭接线，然后进行无纺布的铺设，以保证铺设后不出现扭曲情况。无纺布铺设时，应保证铺设平顺，而且应与基面保持密贴。无纺布固定采用射钉固定，考虑还要挂设防水板及第二层无纺布，在拱顶部位，射钉间距应小一些，以50cm为宜；在边墙部位，間距可适当放大，以75cm为宜。对于基面松散的部位，可多布置射钉，保证无纺布悬挂牢固。无纺布在接缝处搭接宽度不小于20cm，每组预留接头不小于50cm。
防水板采用环向铺设，铺设前应计算好每一幅长度（考虑好预留长度），施工前提前裁好。防水板悬挂应从拱顶开始，然后向边墙进行悬挂。铺设前应在无纺布上画好每一幅的环向边线，保证铺设时防水板不出现扭曲、褶皱情况。防水板采用暗钉悬挂，暗钉即为固定无纺布的射钉，射钉上套有圆形胶垫，该胶垫与防水板焊接。防水板首先在拱顶进行焊接固定，考虑混凝土灌注时有向下坠的情况，应在拱部预留一定缓冲长度，缓冲系数以1.2为宜。防水板幅与幅搭接宽度不应小于10cm，主缝采用热楔式焊接机焊接，双缝焊，缝宽1cm。缝间2-5cm；补焊采用手工热缝焊接，焊缝宽度不小于1cm。焊缝搭接顺序为：下部在外，上部在里；在有丁字形搭接防水薄弱处，应加一个直径15cm防水板圆垫进行补焊，提高该处防水能力。每组防水板铺设完毕后，应为下一组预留不小于100cm的连接长度。防水板铺设完成后，主缝进行充气试验检查：充气压力为0.15Mpa，经3min其下降值不大于0.03Mpa为合格。
2.5.2 二次衬砌钢筋施工。如图3所示，在中导洞底梁、顶梁混凝土施工的同时，要进行预留钢筋接头与以后仰拱、边墙拱顶二次衬砌钢筋连接，但是由于受初期支护影响，1部顶梁和3部底梁部分两端预留钢筋不能采取接头错开35D预留，只能齐头进行预留。本工程中直螺纹用于钢筋预埋时，接头安装时必须按照施工划线进行，直螺纹套表面用聚笨泡沫保护，同时接头处用钢筋加固固定，防止混凝土施工时由于振捣而移位，下道结构施工时剔除泡沫，露出套筒和下道结构钢筋连接。
二次衬砌边墙拱顶环向主筋钢筋连接主要采用焊接方式连接。钢筋绑扎连接主要在二次衬砌纵向钢筋接头上使用，钢筋绑扎连接的钢筋的最小搭接长度为35D，钢筋接头连接区段的长度为1.3LL（L为搭接长度）。同一连接区段内，墙、板、梁类构件，接头面积百分率不宜大于25%；柱类构件，不宜大于50%。绑扎接头处的钢筋应平直，绑扎时采用三点绑扎，两头、中间三点分别用扎丝绑扎牢固。
2.5.3 二次衬砌模板安装施工。暗挖隧道模板工程主要为暗挖中柱模板、暗挖顶梁模板、边墙拱顶二次衬砌模板三种形式。暗挖二次衬砌模板面板采用20厚多层胶合模板，模板宽度1040mm、1160mm两种，使用时1160在内，1040在外侧。模板外立放100×100方木4道，道宽度350，方木外侧采用100×100×10角钢柱箍，柱箍间距300。顶纵梁模板支撑在中导洞底板临时支撑上，下部采用砌砖，上部铺设方木，面板采用18厚多层胶合模板。边墙拱顶二次衬砌支架设计为满堂红脚手架。脚手架横杆和立杆形式为Ф48×3.5，步距为1.2米，横向间距0.6米，纵向间距0.6米；满堂红脚手架每隔1.2米加一组剪刀撑。边墙拱顶二次衬砌模板采用定制的钢拱架及钢模板。
2.5.4 二次衬砌混凝土施工。混凝土浇筑，砼灌注前应先清除基底的淤泥、杂物、积水。严格控制坍落度，尽量避免现场调节坍落度。砼运到浇筑地点时，应符合浇筑时规定的坍落度，即140mm～180mm,一般为140±20mm,当有离析时,必须在浇筑前进行二次搅拌。砼输送泵的输送管线宜直，转弯宜缓，接头处严密。每次砼灌注完成后，应立即拆开输送泵管道，并用水对内管壁和泵进行清洗。混凝土振捣采用插入式振捣器振捣。每一振点的振捣延续时间宜为10~20s，并以砼开始泛浆、不冒气泡和不再沉落为准。振捣棒振捣时，移位距离不得大于作用半径的1倍，插入下层砼深度应不小于50mm，振捣时不得碰撞钢筋、模板、预埋件和止水带等。振捣器与模板的距离不应大于其作业半径的0.5倍。混凝土养护，砼灌筑完成48h后拆模，拆模时，必须保证砼表面及棱角不受损坏。拆模时应从拱顶开始，逐渐至拱脚，必须保护模板不被摔，不变形。拆模后，应在12h内对砼表面进行洒水养护。
2.6 施工中针对性技术措施
2.6.1 控制沉降技术措施。根据隧道开挖、支护施工时遵循的“预加固、强支护、分部挖、短进尺、少扰动、快封闭、勤量测、速反馈”原则，对原有设计方案进行了变更，主要是在原来设计的基础上增加了大管棚超前注浆方案。结合原设计已有的超前注浆小导管，可保证在隧道开挖前做好对土体的预加固，加上在隧道开挖、支护施工时严格遵循“分部挖、短进尺、少扰动、快封闭、勤量测、速反馈”的原则，有利于对隧道拱顶和地表沉降的控制，同时解决了对地下管线和既有结构的保护。
2.6.2 控制地下水技术措施。根据现场实际情况，在隧道南北两端设置了两排引渗井，每排设置3个。根据隧道拱顶埋深为7.5m左右，仰拱埋深为18.6m左右，经过计算，设置的引渗井参数如下表所示：除了设置引渗井之外，根据原有设计的大管棚超前注浆、超前注浆小导管，在施工时必须严格按照设计进行施作，严格控制施工工艺，保证大管棚和超前小导管的注浆能够有效的渗透到周围的土体中，保证在隧道开挖前拱顶已经形成一道止水屏障。同时在隧道开挖、支护的同时，加强背后回填注浆的工作，保证背后回填注浆的质量以及与隧道开挖、支护进度同步。经过上述采取的引渗井、大管棚注浆、超前小导管注浆、背后回填注浆等措施，以及在施工过程前、过程中的严格执行，对本车站暗挖大跨度隧道施工时控制地下水将能取得很好的效果。
2.6.3 纵梁、中柱施工阶段技术措施。在进行底纵梁、中柱、顶纵梁主体结构施工时，原初期支护的临时横撑影响中柱的施工，考虑到如果将图中两道横撑全部拆除后进行中柱施工，其优点是中柱施工便利。但是图中两道横撑拆除后，很容易出现隧道初支左右边墙受力而发生收敛情况，因此为了保证初期支护整体受力不被破坏的前提下，在进行中柱施工前我方主要针对与中柱位置冲突的横撑（平面图中虚线部分支撑）进行拆除，其它临时支撑保留，此法可保证初期支护受力体系基本不变。
2.6.4 仰拱衬砌施工阶段技术措施。仰拱二次衬砌结构施工时，需要将临时中隔壁（竖向）工字钢进行割除后，方可进行基面、防水板铺设、防水保护层的施工，而临时中隔壁是整个初期支护体系中起到关键性的受力结构，如果将临时中隔壁拆除，二衬施工又不能象初支施工一样快速，其结果将会引起拱顶及地表出现较大的沉降，从而危及隧道本身以及地表上的安全。考虑到上述可能出现的情况，本隧道仰拱施工时采取了“支撑转换”的方法进行，如图所示：在即將施工的隧道仰拱范围内的临时中隔壁工字钢按照每隔两根割除一根，然后在割除的仰拱位置将防水板和保护层做好，再将割除的工字钢恢复支撑受力完成替换，最后将没有进行替换的工字钢全部割除，同时在把仰拱防水板、保护层以及混凝土浇筑完成后，将工字钢恢复支撑于仰拱混凝土面上，从而实现仰拱施工前的初期支护受力状态，保证了隧道的安全。
2.6.5 拱、墙衬砌施工阶段技术措施。在进行边墙、拱顶二次衬砌结构施工时，主要考虑两个方面，其一为临时水平支撑拆除的问题，其二为拱顶临时中隔壁竖向支撑拆除的问题。针对第一个问题，笔者认为即使隧道边墙受力较小，但是仍旧会出现收敛情况，尤其是两侧临时水平支撑完全拆除后，如果两侧的边墙受力不平衡时，很容易出现偏压情况而导致中柱、纵梁处于剪力状态，使其结构本身容易出现开裂情况，不利于结构的安全；针对第二个问题与仰拱施工时的情况一样。
根据上述两个方面问题的分析可以得出，边墙、拱顶的二次衬砌施工时，临时水平支撑和临时中隔壁支撑均采用“支撑转换”的方法进行。根据现场二次衬砌每循环长度为6米，且边墙相对受力较小，临时支撑工字钢采用每隔三根转换一根，而拱顶的临时中隔壁支撑受力较大，支撑工字钢采用每隔两根转换一根，且在拱、墙二衬混凝土浇筑完成后，因隧道二次衬砌结构已经封闭形成一个整体受力结构，其余没有进行替换的工字钢无需象仰拱一样进行恢复支撑受力，待二衬混凝土强度达到75%以上之后，可将已替换的全部临时支撑全部割除。
3、监控量测技术措施
3.1监测项目及测点布置。该段监测项目有：地表沉降、拱顶下沉及隧道收敛。地表沉降测点沿隧道中线每7.5m布置一断面，测点间距为4m。拱顶及收敛测点每5m布置一测点。由于隧道分成十五部进行施工，故原监控量测方案内收敛点仅在每部断面内进行布置。考虑到每部单独设置收敛点无法对整个隧道的收敛情况进行有效的观测，尤其在进行二次衬砌施工阶段，由于临时中隔壁的破除，大部分收敛点已遭破坏，故在原方案基础上增加了收敛点的布置。后期的收敛点主要在已完成的中柱、梁结构与拱墙初期支护结构之间设置，以便观测初期支护边墙的收敛情况，尤其可以观测到边墙在临时水平支撑进行转换时的收敛变化。
考虑到即使在二衬施工时采用临时支撑转换的方法，也难以保证不出现偏压情况而破坏已完成的梁、柱结构，因此在已完成的梁、柱结构上设置变形观测点。针对梁、柱因偏压受剪力的情况，在梁、柱上分别设置若干个观测点，读取每个点的初始坐标，通过每天对每个点坐标变化进行观测来判断梁、柱是否存在变形情况；同时针对顶纵梁受压力的情况，在顶纵梁底部设置沉降点以便观测梁的沉降变化。通过在施工中增加的上述若干个监控点，保证了在施工过程通过监控量测能够及时地反馈各种数据，在实际施工过程中根据每个数据的变化来采取合理、有效的技术措施，达到了较好的指导施工的效果。
3.2数据统计及分析
3.2.1 地表沉降。监测资料分析表明，暗挖段地表最大沉降值为29.60mm；根据现场监测数据绘出曲线如图4所示。同时，隧道中线地表测点沉降主要发生在隧道中洞和两侧分部开挖阶段，沉降量约占总沉降量的70%左右。同时，在隧道开挖区正上方地表沉降比较大，且数值相差不大，随着测点偏离隧道开挖边界，其值逐渐减小。跟隧道中线12m处地表沉降值为其中线处地表沉降值的70%左右。
3.2.2 拱顶下沉。暗挖段典型断面拱顶下沉数据分析如图5所示，分析表明1、4部拱顶下沉值基本都在10～19mm之间，7部因测点埋设较滞后，其数值比较小。从图可以看出，拱顶沉降基本上都是由其正下方洞室开挖引起的，侧洞对其影响很小。
4、结论及建议
北京地铁成府路站暗挖段施工前充分考虑了施工中的技术难点，并随施工进展采取了有针对性的技术措施，跟踪施工的监测表明：（1）地表沉降值普遍比拱顶下沉值大，土体损失较大，在开挖过程中，应坚持先护顶后开挖的原则，随挖随支，步步成环；严格控制循环进尺，保证工序衔接的紧密性及支护的及时性，缩短开挖面暴露时间、暴露空间，以减小时空效应带来的不利影响。（2）在施工时要控制好各部间间距，5～6m为宜。在临时支撑拆除过程中，应采取由下至上，分段间隔拆除，每次拆除长度6左右为宜。
北京地铁成府路站暗挖段施工，总体上保证了安全和质量，但因施工队伍组织原因，工期较长，各部序施工连接不紧，地面沉降没有达到理想值；明暗交接段防水层保护措施不到位，造成后期防水层的修补及加强。本工程的施工经验能为类似地质条件下的地下大跨度隧道浅埋暗挖发施工提供一点借鉴。
参考文献
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【关键词】隧道与地下工程；浅埋暗挖；中洞法；施工技术
随着城市建设的发展,城市道路设施、建筑物越来越多，从而导致城市空间不足,地下工程可以很好的解决空间需求的矛盾。城市地铁暗挖隧道工程是在岩土体内部进行的[1-4]，无论其埋深大小如何，隧道的开挖施工将不可避免地扰动地下岩土体，随着城市地铁隧道工程在我国的蓬勃发展和大量持续的修建，为了保证隧道工程的顺利进行以及确保周围建(构)筑物的安全，有必要对隧道工程施工过程进行深入研究，探讨经济、合理的施工技术方案，确保施工安全，对地铁隧道的设计、施工和安全运营有十分重要的意义[5-7]，并能为类似工程提供相应的理论指导和技术支持。本文结合北京地铁成府路车站工程实例，对大跨度浅埋暗挖隧道的中洞法施工技术进行了总结，对有关技术难点及解决办法进行了阐述，对同类工程具有很好的借鉴作用。
1、工程概况及水文地质条件
1.1工程概况
成府路车站位于成府路与中关村北大街的交叉口，北接圆明园站，南接中关村站，车站全长为254.5m。车站为地下两层三跨与两跨结合岛式车站，地下一层为站厅层，地下二层为站台层。鉴于车站中部正好位于北京大学东门交通路面下，为维持北京大学东门交通，车站中部采用暗挖隧道，南北段采用明挖的结构形式。车站暗挖段隧道里程为：K22+263.116～K22+293.916，全长30.8米。暗挖段为大跨度双连拱隧道，隧道开挖跨度为21.70m，开挖高度10.51m，隧道拱顶埋深7-8m。隧道开挖跨度大、埋深浅，拱顶上部有若干市政管线，且地层中有一处热力小室隧道（原北京大学规划且已施工完成的钢筋混凝土结构）侵入隧道结构内。
暗挖段两端与明挖连接处分别各设一处变形缝，变形缝分别设在16轴与17轴和22轴与23轴中间处，变形缝的两端外侧与明挖结构相接段衬砌断面与暗挖段相同，为单排柱两跨结构。
1.2工程地质、水文地质条件
暗挖段地质情况为：表层为房渣土及粉土填土，层厚约1.5米，再向下至暗挖隧道底为粉土及粉质粘土，隧道下穿的管线在粉质粘土层。上层滞水静止水位位于43.66高程，距隧道顶面3.9米，对隧道开挖影响较小；潜水静止水位位于34.18高程，在隧道拱顶下约5米、隧道仰拱上约4米处，对隧道开挖、支护影响较大。
1.3工程特点
本段暗挖大跨度隧道有以下特点：
（1）埋深较浅，本隧道拱顶高程为40.477m，隧道上部地面高程为47.950m，隧道埋深为7.5m左右。而由地面向下1m厚度为回填的房碴土，其余6.5m厚度为粉土填土，该地质情况很容易由于施工不当而造成地面出现沉降过大的现象。
（2）存在动荷载：隧道正上方为北京大学东门口进入通道，隧道东侧紧邻中关村北大街，行人、车流非常密集，尤其是车辆的通过对隧道形成了一个持续性的动荷载，造成一定程度的振动影响，使本来地质情况较差、埋深浅的隧道在施工中又增加了一个施工隐患。
（3）管线、既有结构较多：本隧道上部土层内有雨水管线和光缆横跨隧道上方（距隧道拱顶仅3-6米左右，同时在隧道西侧导洞拱顶上存在一个既有热力小室结构，且热力小室钢筋混凝土结构部分侵入隧道西侧导洞（侵入的横断面尺寸为3×1.5m）。上述管线和既有结构内经过现场勘查，管道内及结构均存在大量积水，很容易在隧道施工过程中地层发生变化（主要为因沉降引起的变形），导致积水渗漏而破坏原来土体的稳定性，更为严重的是隧道开挖到热力小室时，必须对侵入隧道断面的结构进行破除，容易造成热力小室积水涌出，危及隧道初支结构的安全。（如图所示）
（4）开挖、支护施工难度大，本隧道为大跨度隧道，其跨度21.70米，且开挖高度11.2米。根据设计要求，本隧道共分成5个导洞，除中导洞外，两侧各有2个导洞，而每个导洞又分成3部开挖，即本隧道共分成15部进行开挖、支护。根据以往的经验可以得出，大跨度隧道分部多，主要解决了隧道在进行开挖、支护施工时的安全问题。但是分部越多，初期支护施工难度越大，这里的难度主要是隧道支护格栅钢架连接及封闭的问题，即使每一部的格栅钢架在安装过程都会产生一定的误差，误差累计后，势必会造成最后几部的封闭严密性较差，不利于隧道初期支护结构的整体受力。
（5）二次衬砌施工难度大，本隧道二次衬砌的施工顺序是先进行中导洞内的底纵梁、中柱、顶纵梁结构施工，然后施工其余部分仰拱、边墙、拱顶的结构。本方法主要考虑抑制拱顶及地面沉降，而对结构两侧拱顶及水平收敛变形没有进行周密的考虑，所以容易出现两个主要的问题：其一，在进行两侧的二次衬砌施工时必须先拆除临时支撑，结果是由于左右两侧土质情况的差别、左右两侧支护受力不完全均等（施工造成）等情况，会出现偏压的情况（两侧支护结构受力不等），其结果很容易对以施作好的梁、柱结构造成破坏，这种情况已经在其它标段出现过；其二，本隧道全长30.8m，根据设计要求分成5段施工，即每段长度为6m左右。在进行二衬施工前，我项目邀请了数位专家对设计的技术措施进行论证，在考虑到本隧道周围的土体中所含的地下水较大（主要为地下管线渗漏水）、以及开挖、支护的质量很难达到设计和规范的要求，同时也考虑到本隧道的拱顶和地表沉降达到29mm，已经接近设计和规范要求的临界值，因此最后得出的结论是不同意按照每段6m进行施工，建议采用3m一个循环。但是由于我项目当时处在一个工期比较紧张的时期，所以3m一个循环在规定的工期内很难完成。
上述五种情况在一般的暗挖大跨度隧道内同时出现是比较少见的，每种情况的出现都会对施工造成很大的影响，所以我项目在进行本段暗挖隧道施工前面临着很大的困难。
2、大跨度浅埋暗挖隧道中洞法施工技术
2.1总体施工顺序。因北基坑受北大管线改移影响，开工日期较晚，因此暗挖段从南基坑破洞向北基坑进行，在基坑开挖到大管棚最低标高以下1.2m时，进行大管棚打设，待南基坑明、暗挖段接合处结构施工完成后（明挖结构预留提升口），进行暗挖段结构施工。
2.2破洞施工。根据设计要求，在进行暗挖隧道破洞施工前需要对隧道拱部进行大管棚施工支护，根据明挖与暗挖的结构相对位置，如图2所示。管棚施工和破洞施工安排如下：
大管棚在基坑开挖到管棚底面以下1.2m后进行施做，在南一段地下中板及顶板施工时，在西侧靠运输通道中部中板和顶板预留吊装口，以供暗挖隧道出碴和倒运材料使用，出碴口尺寸为2m×5m，中板及顶板钢筋在出碴口位置断开，该处钢筋采取接驳器预埋及连接。
在车站16轴处的明挖主体结构全部施工完成后，方可进行破洞施工。破洞时，根据先施工中导洞1部，首先破除该导洞的桩体混凝土部分，桩混凝土破除后，及时架设格栅钢架。
2.3大管棚施工方法。超前大管棚采用Φ108热轧无缝钢管，壁厚8mm，间距300mm，设于拱部，沿开挖轮廓外布置，管口中心外放至距开挖轮廓线150mm，管棚施工时外插角设定为0.5°管内灌注水泥浆。采用“有线仪器定向，一次性跟管钻进法”，即成孔和埋设管棚一次完成。根据本工程的工程地质、水文地质条件、施工场区环境等具体情况，为防止钻进中地下水及泥沙涌出，确保管棚打设工程质量。开孔，用专用开孔钻机开出长约800mm--2000mm的φ156孔位；用φ108×8mm鋼管做钻具，前端装有导向探头的导向专用钻头，采用泥浆护壁，利用有线导向仪监控，随钻进加尺（方位、角度发生变化时，随时进行修正），将棚管依次打入。同时将钢管接口焊接严密，直至达到设计长度。
大管棚施工工艺流程如下：三通一平→人员设备进场→铺设"H"钢轨道→设备组装调试→埋设孔口管→调试钻机（方位、倾角）→钻具组装进孔→冲洗液循环→导向钻进→回次加尺（接线、接口补焊）→孔斜测量→导向钻进→直至设计深度终孔→回取探头盒→管内及环状间隙注浆→移至下一孔位。
2.4超前注浆小导管及支护施工。超前小导管作业工艺流程如图2所示。其后进行隧道格栅钢架、钢筋网加工及安装，钢格栅在洞外格栅加工场地加工成榀，加工完成后对钢格栅进行试拼，合格后运送至竖井施工场地进行妥善保管。钢筋网片在加工场地加工完成经检验合格后运进施工场地，进行妥善保管。
喷射混凝土设计强度为C20，水泥采用普通硅酸盐水泥，细骨料采用中粗砂，细度模数≥2.5,含水率控制在5％～7％。粗骨料采用粒径＜15mm的碎石，其配合比在施工前进行送样后试配方可确定。混凝土在装入喷射机前应过筛，混合料随拌随用，存放时间不许超过20min。喷射前应对开挖面进行清理，清除浮渣及堆积物，埋设控制喷射混凝土厚度的控制点，对机具设备进行试运转。就绪后方可进行混凝土喷射。喷射混凝土应紧跟作业面进行，在格栅支立完成后立即进行喷射，喷射混凝土应符合下列规定：
⑴ 喷射混凝土分片分层自下而上喷射，先喷钢筋格栅与壁面间的混凝土，然后在喷两钢格栅之间的混凝土；
⑵ 每次喷射的厚度为，边墙70～100mm；拱部为50～60mm；
⑶ 喷射第二层混凝土时，应在第一层达到终凝后进行，且喷射之前应对第一层的表面进行清洗。
⑷ 喷射过程中应严格控制回弹料，边墙的回弹料不应大于15%，拱部不宜大于25%，喷射的回弹料绝对不予许回填拱底，及时运送场地外废弃。
2.5隧道防水、二次衬砌施工方法。二次衬砌施工前，应对隧道的净空进行检查，检查时按照每5米一个断面进行测量，隧道净空尺寸满足设计要求时，方可进行衬砌施工。同时，应对隧道初期支护背后进行检查，如果发现在正常施工背后回填注浆后仍有部位存在空洞，则必须对空洞部位进行二次注浆。当上述两点工作全部完成后，二次衬砌施工方可进行。
2.5.1 二次衬砌防水板铺贴施工。无纺布铺设，无纺布挂设前，应在基面上画好边线和搭接线，然后进行无纺布的铺设，以保证铺设后不出现扭曲情况。无纺布铺设时，应保证铺设平顺，而且应与基面保持密贴。无纺布固定采用射钉固定，考虑还要挂设防水板及第二层无纺布，在拱顶部位，射钉间距应小一些，以50cm为宜；在边墙部位，間距可适当放大，以75cm为宜。对于基面松散的部位，可多布置射钉，保证无纺布悬挂牢固。无纺布在接缝处搭接宽度不小于20cm，每组预留接头不小于50cm。
防水板采用环向铺设，铺设前应计算好每一幅长度（考虑好预留长度），施工前提前裁好。防水板悬挂应从拱顶开始，然后向边墙进行悬挂。铺设前应在无纺布上画好每一幅的环向边线，保证铺设时防水板不出现扭曲、褶皱情况。防水板采用暗钉悬挂，暗钉即为固定无纺布的射钉，射钉上套有圆形胶垫，该胶垫与防水板焊接。防水板首先在拱顶进行焊接固定，考虑混凝土灌注时有向下坠的情况，应在拱部预留一定缓冲长度，缓冲系数以1.2为宜。防水板幅与幅搭接宽度不应小于10cm，主缝采用热楔式焊接机焊接，双缝焊，缝宽1cm。缝间2-5cm；补焊采用手工热缝焊接，焊缝宽度不小于1cm。焊缝搭接顺序为：下部在外，上部在里；在有丁字形搭接防水薄弱处，应加一个直径15cm防水板圆垫进行补焊，提高该处防水能力。每组防水板铺设完毕后，应为下一组预留不小于100cm的连接长度。防水板铺设完成后，主缝进行充气试验检查：充气压力为0.15Mpa，经3min其下降值不大于0.03Mpa为合格。
2.5.2 二次衬砌钢筋施工。如图3所示，在中导洞底梁、顶梁混凝土施工的同时，要进行预留钢筋接头与以后仰拱、边墙拱顶二次衬砌钢筋连接，但是由于受初期支护影响，1部顶梁和3部底梁部分两端预留钢筋不能采取接头错开35D预留，只能齐头进行预留。本工程中直螺纹用于钢筋预埋时，接头安装时必须按照施工划线进行，直螺纹套表面用聚笨泡沫保护，同时接头处用钢筋加固固定，防止混凝土施工时由于振捣而移位，下道结构施工时剔除泡沫，露出套筒和下道结构钢筋连接。
二次衬砌边墙拱顶环向主筋钢筋连接主要采用焊接方式连接。钢筋绑扎连接主要在二次衬砌纵向钢筋接头上使用，钢筋绑扎连接的钢筋的最小搭接长度为35D，钢筋接头连接区段的长度为1.3LL（L为搭接长度）。同一连接区段内，墙、板、梁类构件，接头面积百分率不宜大于25%；柱类构件，不宜大于50%。绑扎接头处的钢筋应平直，绑扎时采用三点绑扎，两头、中间三点分别用扎丝绑扎牢固。
2.5.3 二次衬砌模板安装施工。暗挖隧道模板工程主要为暗挖中柱模板、暗挖顶梁模板、边墙拱顶二次衬砌模板三种形式。暗挖二次衬砌模板面板采用20厚多层胶合模板，模板宽度1040mm、1160mm两种，使用时1160在内，1040在外侧。模板外立放100×100方木4道，道宽度350，方木外侧采用100×100×10角钢柱箍，柱箍间距300。顶纵梁模板支撑在中导洞底板临时支撑上，下部采用砌砖，上部铺设方木，面板采用18厚多层胶合模板。边墙拱顶二次衬砌支架设计为满堂红脚手架。脚手架横杆和立杆形式为Ф48×3.5，步距为1.2米，横向间距0.6米，纵向间距0.6米；满堂红脚手架每隔1.2米加一组剪刀撑。边墙拱顶二次衬砌模板采用定制的钢拱架及钢模板。
2.5.4 二次衬砌混凝土施工。混凝土浇筑，砼灌注前应先清除基底的淤泥、杂物、积水。严格控制坍落度，尽量避免现场调节坍落度。砼运到浇筑地点时，应符合浇筑时规定的坍落度，即140mm～180mm,一般为140±20mm,当有离析时,必须在浇筑前进行二次搅拌。砼输送泵的输送管线宜直，转弯宜缓，接头处严密。每次砼灌注完成后，应立即拆开输送泵管道，并用水对内管壁和泵进行清洗。混凝土振捣采用插入式振捣器振捣。每一振点的振捣延续时间宜为10~20s，并以砼开始泛浆、不冒气泡和不再沉落为准。振捣棒振捣时，移位距离不得大于作用半径的1倍，插入下层砼深度应不小于50mm，振捣时不得碰撞钢筋、模板、预埋件和止水带等。振捣器与模板的距离不应大于其作业半径的0.5倍。混凝土养护，砼灌筑完成48h后拆模，拆模时，必须保证砼表面及棱角不受损坏。拆模时应从拱顶开始，逐渐至拱脚，必须保护模板不被摔，不变形。拆模后，应在12h内对砼表面进行洒水养护。
2.6 施工中针对性技术措施
2.6.1 控制沉降技术措施。根据隧道开挖、支护施工时遵循的“预加固、强支护、分部挖、短进尺、少扰动、快封闭、勤量测、速反馈”原则，对原有设计方案进行了变更，主要是在原来设计的基础上增加了大管棚超前注浆方案。结合原设计已有的超前注浆小导管，可保证在隧道开挖前做好对土体的预加固，加上在隧道开挖、支护施工时严格遵循“分部挖、短进尺、少扰动、快封闭、勤量测、速反馈”的原则，有利于对隧道拱顶和地表沉降的控制，同时解决了对地下管线和既有结构的保护。
2.6.2 控制地下水技术措施。根据现场实际情况，在隧道南北两端设置了两排引渗井，每排设置3个。根据隧道拱顶埋深为7.5m左右，仰拱埋深为18.6m左右，经过计算，设置的引渗井参数如下表所示：除了设置引渗井之外，根据原有设计的大管棚超前注浆、超前注浆小导管，在施工时必须严格按照设计进行施作，严格控制施工工艺，保证大管棚和超前小导管的注浆能够有效的渗透到周围的土体中，保证在隧道开挖前拱顶已经形成一道止水屏障。同时在隧道开挖、支护的同时，加强背后回填注浆的工作，保证背后回填注浆的质量以及与隧道开挖、支护进度同步。经过上述采取的引渗井、大管棚注浆、超前小导管注浆、背后回填注浆等措施，以及在施工过程前、过程中的严格执行，对本车站暗挖大跨度隧道施工时控制地下水将能取得很好的效果。
2.6.3 纵梁、中柱施工阶段技术措施。在进行底纵梁、中柱、顶纵梁主体结构施工时，原初期支护的临时横撑影响中柱的施工，考虑到如果将图中两道横撑全部拆除后进行中柱施工，其优点是中柱施工便利。但是图中两道横撑拆除后，很容易出现隧道初支左右边墙受力而发生收敛情况，因此为了保证初期支护整体受力不被破坏的前提下，在进行中柱施工前我方主要针对与中柱位置冲突的横撑（平面图中虚线部分支撑）进行拆除，其它临时支撑保留，此法可保证初期支护受力体系基本不变。
2.6.4 仰拱衬砌施工阶段技术措施。仰拱二次衬砌结构施工时，需要将临时中隔壁（竖向）工字钢进行割除后，方可进行基面、防水板铺设、防水保护层的施工，而临时中隔壁是整个初期支护体系中起到关键性的受力结构，如果将临时中隔壁拆除，二衬施工又不能象初支施工一样快速，其结果将会引起拱顶及地表出现较大的沉降，从而危及隧道本身以及地表上的安全。考虑到上述可能出现的情况，本隧道仰拱施工时采取了“支撑转换”的方法进行，如图所示：在即將施工的隧道仰拱范围内的临时中隔壁工字钢按照每隔两根割除一根，然后在割除的仰拱位置将防水板和保护层做好，再将割除的工字钢恢复支撑受力完成替换，最后将没有进行替换的工字钢全部割除，同时在把仰拱防水板、保护层以及混凝土浇筑完成后，将工字钢恢复支撑于仰拱混凝土面上，从而实现仰拱施工前的初期支护受力状态，保证了隧道的安全。
2.6.5 拱、墙衬砌施工阶段技术措施。在进行边墙、拱顶二次衬砌结构施工时，主要考虑两个方面，其一为临时水平支撑拆除的问题，其二为拱顶临时中隔壁竖向支撑拆除的问题。针对第一个问题，笔者认为即使隧道边墙受力较小，但是仍旧会出现收敛情况，尤其是两侧临时水平支撑完全拆除后，如果两侧的边墙受力不平衡时，很容易出现偏压情况而导致中柱、纵梁处于剪力状态，使其结构本身容易出现开裂情况，不利于结构的安全；针对第二个问题与仰拱施工时的情况一样。
根据上述两个方面问题的分析可以得出，边墙、拱顶的二次衬砌施工时，临时水平支撑和临时中隔壁支撑均采用“支撑转换”的方法进行。根据现场二次衬砌每循环长度为6米，且边墙相对受力较小，临时支撑工字钢采用每隔三根转换一根，而拱顶的临时中隔壁支撑受力较大，支撑工字钢采用每隔两根转换一根，且在拱、墙二衬混凝土浇筑完成后，因隧道二次衬砌结构已经封闭形成一个整体受力结构，其余没有进行替换的工字钢无需象仰拱一样进行恢复支撑受力，待二衬混凝土强度达到75%以上之后，可将已替换的全部临时支撑全部割除。
3、监控量测技术措施
3.1监测项目及测点布置。该段监测项目有：地表沉降、拱顶下沉及隧道收敛。地表沉降测点沿隧道中线每7.5m布置一断面，测点间距为4m。拱顶及收敛测点每5m布置一测点。由于隧道分成十五部进行施工，故原监控量测方案内收敛点仅在每部断面内进行布置。考虑到每部单独设置收敛点无法对整个隧道的收敛情况进行有效的观测，尤其在进行二次衬砌施工阶段，由于临时中隔壁的破除，大部分收敛点已遭破坏，故在原方案基础上增加了收敛点的布置。后期的收敛点主要在已完成的中柱、梁结构与拱墙初期支护结构之间设置，以便观测初期支护边墙的收敛情况，尤其可以观测到边墙在临时水平支撑进行转换时的收敛变化。
考虑到即使在二衬施工时采用临时支撑转换的方法，也难以保证不出现偏压情况而破坏已完成的梁、柱结构，因此在已完成的梁、柱结构上设置变形观测点。针对梁、柱因偏压受剪力的情况，在梁、柱上分别设置若干个观测点，读取每个点的初始坐标，通过每天对每个点坐标变化进行观测来判断梁、柱是否存在变形情况；同时针对顶纵梁受压力的情况，在顶纵梁底部设置沉降点以便观测梁的沉降变化。通过在施工中增加的上述若干个监控点，保证了在施工过程通过监控量测能够及时地反馈各种数据，在实际施工过程中根据每个数据的变化来采取合理、有效的技术措施，达到了较好的指导施工的效果。
3.2数据统计及分析
3.2.1 地表沉降。监测资料分析表明，暗挖段地表最大沉降值为29.60mm；根据现场监测数据绘出曲线如图4所示。同时，隧道中线地表测点沉降主要发生在隧道中洞和两侧分部开挖阶段，沉降量约占总沉降量的70%左右。同时，在隧道开挖区正上方地表沉降比较大，且数值相差不大，随着测点偏离隧道开挖边界，其值逐渐减小。跟隧道中线12m处地表沉降值为其中线处地表沉降值的70%左右。
3.2.2 拱顶下沉。暗挖段典型断面拱顶下沉数据分析如图5所示，分析表明1、4部拱顶下沉值基本都在10～19mm之间，7部因测点埋设较滞后，其数值比较小。从图可以看出，拱顶沉降基本上都是由其正下方洞室开挖引起的，侧洞对其影响很小。
4、结论及建议
北京地铁成府路站暗挖段施工前充分考虑了施工中的技术难点，并随施工进展采取了有针对性的技术措施，跟踪施工的监测表明：（1）地表沉降值普遍比拱顶下沉值大，土体损失较大，在开挖过程中，应坚持先护顶后开挖的原则，随挖随支，步步成环；严格控制循环进尺，保证工序衔接的紧密性及支护的及时性，缩短开挖面暴露时间、暴露空间，以减小时空效应带来的不利影响。（2）在施工时要控制好各部间间距，5～6m为宜。在临时支撑拆除过程中，应采取由下至上，分段间隔拆除，每次拆除长度6左右为宜。
北京地铁成府路站暗挖段施工，总体上保证了安全和质量，但因施工队伍组织原因，工期较长，各部序施工连接不紧，地面沉降没有达到理想值；明暗交接段防水层保护措施不到位，造成后期防水层的修补及加强。本工程的施工经验能为类似地质条件下的地下大跨度隧道浅埋暗挖发施工提供一点借鉴。
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