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[摘 要]重庆轨道交通十号线红土地站成90度角下穿既有六号线，十号线拱顶距离六号线红土地车站底板5.06m，采用两个分离的单洞双层拱形结构，双洞净间距1.66m，交叉中隔壁法（CRD法）施工，同时采用铣挖机开挖结合控制弱爆破技术先开挖一侧隧道，待先行洞初期支护及二次衬砌施工完成后再开挖另一侧隧道。本文结合车站土建施工实际情况，在分析地铁暗挖车站土建施工常见的风险问题情况下，对其下穿既有线安全风险防范对策进行研究总结，为类似地铁车站下穿既有线路的施工安全风险防范和质量管理起到借鉴性作用。
[关键词]近距离下穿；超小间距隧道；自动化监测；轨顶上浮；风险及对策
中图分类号：U231.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）39-0238-02
1 工程概况
重庆轨道六号线红土地站地处五黄路与洋河东路十字路口，位于五黄路北侧地下，呈东西向布置。结构型式为单拱双层型式，车站起讫里程为YDK18+473.166～YDK687.566，总长214.4m，车站埋深约为42.5～46.5m，采用双侧壁导坑开挖、二衬采用先拱后墙施工。轨道六号线红土地站建成于2012年，现已开通运营5年，运营正常。
新建的重庆轨道交通十号线红土地站位于五红路下方，呈南北向布置，采用15米岛式站台，单拱双层（局部三层）结构，车站起点里程为K12+192.711，车站终点里程为K12+414.711，总长度222米。车站埋深为65.1m～72.9m。车站主体采用暗挖法施工，为复合式衬砌结构，二次衬砌结构宽为25.2米，高为20.81米，开挖断面面积为475.8m2。
新建的十号线红土地站与既有轨道六号线红土地站相互换乘，两车站平面上呈十字相交，竖向关系上十号线红土地站下穿六号线红土地站。具体见下图1。下穿六号线红土体车站的分离式隧道全长33.48m，前后两侧分别从六号线红土体车站外边界延仲5.16m后，接十号线红土体车站暗挖标准大断面。在地质条件上，轨道六号线红土体车站主要位于中风化泥岩层中，新建轨道十号线红土体车站主要位移中風化砂岩层中，下穿段所夹岩层为中风化砂岩，无不良地质。根据沿线地下水的赋存条件、水理性质及水力特征结合现场施工来看，受地形地貌、岩性及裂隙发育程度控制，主要为大气降雨补给。
轨道十号线红土地站下穿轨道六号线车站的两个分离式单洞双层拱形结构如下图所示。双洞间净距1.66m，为复合式衬砌结构，二次衬砌结构为600mm厚C40钢筋混凝土，单洞开挖宽为11.54米，高为15.02米，单洞开挖断面面积为149m2。
2 开挖工法介绍
原设计按重庆市轨道交通控制保护区管理办法，出于安全风险考虑采取机械开挖，CRD法施工，但由于下穿道制约3号风道及竖井开挖这一关键工期节点，参建各方多次对全机械开挖、静态破碎、控制爆破等方案比选、论证，并按相关程序经过安全风险评估、专家论证、第三方评审、有关部门批准后，最后在重庆地铁率先尝试机械开挖结合控制爆破技术，先开挖一侧隧道，待先行洞初期支护及二次衬砌施工完成后再开挖另一侧隧道，如下图所示，右洞为先行洞，阴影部分为机械开挖，为保护两洞之间的中间岩柱，后行洞靠近先行洞侧的二、三阶采用机械开挖，同时为减少爆破开挖对上部六号线的震动影响，先行洞和后行洞的①④部均采用机械开挖，机械开挖采用德国进口的艾卡特1500（ER1500）铣挖机，最大挖掘半径为10.18m，最大挖掘高度10m，单次铣挖进尺50-80cm，满足下穿段开挖施工要求。爆破采用控制爆破，孔径42mm，孔深0.8m，起爆采用光面爆破，毫秒起爆方式；选用微差毫秒雷管，跳段使用相隔间距大于50ms，避免震波叠加影响，采用低密度、低猛度、高爆力的炸药。最后既保证了施工进度，又满足安全稳定需要，成功实现了下穿既有线超小间距双洞隧道施工。
3 安全风险分析
新建地铁线路近距离穿越既有线路，不可避免造成既有地铁隧道结构和轨道结构的变形和内力增加，超过其承受能力或允许值时，就可能引起结构破坏，甚至危及列车运营安全，常见的风险包括隧道结构沉降、净空变化、轨道结构沉降、变形、道床开裂、道床与隧道结构脱离、两轨水平间距、两轨高差、单轨位移变化、变形缝胀缩以及新建隧道本身安全风险等。
因此，有效控制既有地铁隧道结构变形是实现线路变形控制的关键，在确保新建隧道自身安全同时还要保证不对既有结构造成破坏性影响，确保既有地铁的安全运营。
4 风险对策
1）做好水文、地质以及既有结构、周边环境的详勘、调查，包括原结构形式、施工工法、结构现状（混凝土外观及开裂、渗水、混凝土强度、道床、轨道）、薄弱部位、环节等，并进行各阶段相应的风险辨识、评估以及方案措施研究，提出各施工阶段的变形控制值、预警值，通过ANSYS、FLAC3D等软件进行数值模拟、分析，合理优化设计参数及方案。
2）加强超前地质探测，对于不良地质或拱顶脱空预先进行注浆处理，增加围岩的C、Φ值，充分调动围岩的自稳能力。同时根据实际情况采取超前管棚、自进式锚杆、抬升注浆、深孔注浆、钢轨加固等辅助措施。
3）严格按照设计图纸进行施工，施工中严格遵守“管超前、严注浆、短进尺、强支护、快封闭、勤量测”的十八字方针，加强初期支护，严格控制开挖进尺，注意上下台阶错开步距，及时施作临时仰拱，及时封闭，本新建隧道在施工2、5步时，既有六号线轨顶上浮明显，最大达到9.2mm（控制值为10mm，呈橙色预警），通过优化工序、调整施工进度、拱腰增加I22临时中间支撑等措施，控制效果较为明显。
4）加强对中间岩柱的保护，通过监测显示，隧道开挖卸荷，围岩应力释放和变形沿洞顶一定角度扩展，但由于十号线下穿段中间保留岩柱（厚为1.66m）的存在，使得十号线隧道顶部在位于中部位置出现位移减小区域，可见保留岩柱对控制十号线洞顶位移和六号线隧道位移起到良好的支撑作用。
5）严格开挖步序，待先行洞初期支护及二衬施工完后再施工后行洞，同时开挖后及时封闭成环，及时对初支背后进行同步跟踪注浆，注浆紧跟开挖工作面，以初支与围岩的密贴为原则，注浆管纵向间距3m，环向间距3m，注浆压力不大于0.5MPa。
6）加强施工监测、第三方监测项目、监测频率，采用信息化施工，勤量测、速反馈，完善预警、应急机制。对下穿段中心点两侧各30m范围内既有地铁车站的监测项目包括：既有隧道、轨道结构裂缝监测、轨道静态几何形位（轨距、轨向、高低、水平）、既有隧道、轨道结构竖向位移、水平位移、结构水平收敛等。本次监测采用徕卡TM50测量机器人进行自动化监测系统。对新建隧道监测包括洞内外观测、工程地质及现状的观测、周边收敛位移量测、拱顶下沉量测、地表下沉量测、地表振速监测、钢支撑、锚杆应力及喷层表面应力监测、二衬内应力监测、表面应力及裂缝量测等。
参考文献
[1] 常翔.地铁车站近接正交下穿既有地铁隧道的变形分析[J].现代隧道技术，2011，48（3）：69-73.
[2] 于健.地铁车站斜交下穿既有城市隧道的设计与施工[J].建材发展导向，2011，09（11）：173-174.
[3] 万良勇.新建地铁隧道“零距离”下穿既有车站施工技术[J].现代隧道施工技术.
[4] 黄合理.地铁隧道穿越既有车站的沉降预测及加固措施[J].现代隧道施工技术，2013.（2）：114-118.
[5] 黄祚琼.地铁车站暗挖隧道穿越既有线的施工技术研究[J].2014（2）：133-139.
[6] 张旭等.隧道下穿既有地铁车站施工结构沉降控制案例研究[J].岩体工程学报2016-07-11.
[7] 陈孟乔，杨广武.新建地铁车站近距离穿越既有地铁隧道的变形控制 [J].中国铁道科学.
[关键词]近距离下穿；超小间距隧道；自动化监测；轨顶上浮；风险及对策
中图分类号：U231.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）39-0238-02
1 工程概况
重庆轨道六号线红土地站地处五黄路与洋河东路十字路口，位于五黄路北侧地下，呈东西向布置。结构型式为单拱双层型式，车站起讫里程为YDK18+473.166～YDK687.566，总长214.4m，车站埋深约为42.5～46.5m，采用双侧壁导坑开挖、二衬采用先拱后墙施工。轨道六号线红土地站建成于2012年，现已开通运营5年，运营正常。
新建的重庆轨道交通十号线红土地站位于五红路下方，呈南北向布置，采用15米岛式站台，单拱双层（局部三层）结构，车站起点里程为K12+192.711，车站终点里程为K12+414.711，总长度222米。车站埋深为65.1m～72.9m。车站主体采用暗挖法施工，为复合式衬砌结构，二次衬砌结构宽为25.2米，高为20.81米，开挖断面面积为475.8m2。
新建的十号线红土地站与既有轨道六号线红土地站相互换乘，两车站平面上呈十字相交，竖向关系上十号线红土地站下穿六号线红土地站。具体见下图1。下穿六号线红土体车站的分离式隧道全长33.48m，前后两侧分别从六号线红土体车站外边界延仲5.16m后，接十号线红土体车站暗挖标准大断面。在地质条件上，轨道六号线红土体车站主要位于中风化泥岩层中，新建轨道十号线红土体车站主要位移中風化砂岩层中，下穿段所夹岩层为中风化砂岩，无不良地质。根据沿线地下水的赋存条件、水理性质及水力特征结合现场施工来看，受地形地貌、岩性及裂隙发育程度控制，主要为大气降雨补给。
轨道十号线红土地站下穿轨道六号线车站的两个分离式单洞双层拱形结构如下图所示。双洞间净距1.66m，为复合式衬砌结构，二次衬砌结构为600mm厚C40钢筋混凝土，单洞开挖宽为11.54米，高为15.02米，单洞开挖断面面积为149m2。
2 开挖工法介绍
原设计按重庆市轨道交通控制保护区管理办法，出于安全风险考虑采取机械开挖，CRD法施工，但由于下穿道制约3号风道及竖井开挖这一关键工期节点，参建各方多次对全机械开挖、静态破碎、控制爆破等方案比选、论证，并按相关程序经过安全风险评估、专家论证、第三方评审、有关部门批准后，最后在重庆地铁率先尝试机械开挖结合控制爆破技术，先开挖一侧隧道，待先行洞初期支护及二次衬砌施工完成后再开挖另一侧隧道，如下图所示，右洞为先行洞，阴影部分为机械开挖，为保护两洞之间的中间岩柱，后行洞靠近先行洞侧的二、三阶采用机械开挖，同时为减少爆破开挖对上部六号线的震动影响，先行洞和后行洞的①④部均采用机械开挖，机械开挖采用德国进口的艾卡特1500（ER1500）铣挖机，最大挖掘半径为10.18m，最大挖掘高度10m，单次铣挖进尺50-80cm，满足下穿段开挖施工要求。爆破采用控制爆破，孔径42mm，孔深0.8m，起爆采用光面爆破，毫秒起爆方式；选用微差毫秒雷管，跳段使用相隔间距大于50ms，避免震波叠加影响，采用低密度、低猛度、高爆力的炸药。最后既保证了施工进度，又满足安全稳定需要，成功实现了下穿既有线超小间距双洞隧道施工。
3 安全风险分析
新建地铁线路近距离穿越既有线路，不可避免造成既有地铁隧道结构和轨道结构的变形和内力增加，超过其承受能力或允许值时，就可能引起结构破坏，甚至危及列车运营安全，常见的风险包括隧道结构沉降、净空变化、轨道结构沉降、变形、道床开裂、道床与隧道结构脱离、两轨水平间距、两轨高差、单轨位移变化、变形缝胀缩以及新建隧道本身安全风险等。
因此，有效控制既有地铁隧道结构变形是实现线路变形控制的关键，在确保新建隧道自身安全同时还要保证不对既有结构造成破坏性影响，确保既有地铁的安全运营。
4 风险对策
1）做好水文、地质以及既有结构、周边环境的详勘、调查，包括原结构形式、施工工法、结构现状（混凝土外观及开裂、渗水、混凝土强度、道床、轨道）、薄弱部位、环节等，并进行各阶段相应的风险辨识、评估以及方案措施研究，提出各施工阶段的变形控制值、预警值，通过ANSYS、FLAC3D等软件进行数值模拟、分析，合理优化设计参数及方案。
2）加强超前地质探测，对于不良地质或拱顶脱空预先进行注浆处理，增加围岩的C、Φ值，充分调动围岩的自稳能力。同时根据实际情况采取超前管棚、自进式锚杆、抬升注浆、深孔注浆、钢轨加固等辅助措施。
3）严格按照设计图纸进行施工，施工中严格遵守“管超前、严注浆、短进尺、强支护、快封闭、勤量测”的十八字方针，加强初期支护，严格控制开挖进尺，注意上下台阶错开步距，及时施作临时仰拱，及时封闭，本新建隧道在施工2、5步时，既有六号线轨顶上浮明显，最大达到9.2mm（控制值为10mm，呈橙色预警），通过优化工序、调整施工进度、拱腰增加I22临时中间支撑等措施，控制效果较为明显。
4）加强对中间岩柱的保护，通过监测显示，隧道开挖卸荷，围岩应力释放和变形沿洞顶一定角度扩展，但由于十号线下穿段中间保留岩柱（厚为1.66m）的存在，使得十号线隧道顶部在位于中部位置出现位移减小区域，可见保留岩柱对控制十号线洞顶位移和六号线隧道位移起到良好的支撑作用。
5）严格开挖步序，待先行洞初期支护及二衬施工完后再施工后行洞，同时开挖后及时封闭成环，及时对初支背后进行同步跟踪注浆，注浆紧跟开挖工作面，以初支与围岩的密贴为原则，注浆管纵向间距3m，环向间距3m，注浆压力不大于0.5MPa。
6）加强施工监测、第三方监测项目、监测频率，采用信息化施工，勤量测、速反馈，完善预警、应急机制。对下穿段中心点两侧各30m范围内既有地铁车站的监测项目包括：既有隧道、轨道结构裂缝监测、轨道静态几何形位（轨距、轨向、高低、水平）、既有隧道、轨道结构竖向位移、水平位移、结构水平收敛等。本次监测采用徕卡TM50测量机器人进行自动化监测系统。对新建隧道监测包括洞内外观测、工程地质及现状的观测、周边收敛位移量测、拱顶下沉量测、地表下沉量测、地表振速监测、钢支撑、锚杆应力及喷层表面应力监测、二衬内应力监测、表面应力及裂缝量测等。
参考文献
[1] 常翔.地铁车站近接正交下穿既有地铁隧道的变形分析[J].现代隧道技术，2011，48（3）：69-73.
[2] 于健.地铁车站斜交下穿既有城市隧道的设计与施工[J].建材发展导向，2011，09（11）：173-174.
[3] 万良勇.新建地铁隧道“零距离”下穿既有车站施工技术[J].现代隧道施工技术.
[4] 黄合理.地铁隧道穿越既有车站的沉降预测及加固措施[J].现代隧道施工技术，2013.（2）：114-118.
[5] 黄祚琼.地铁车站暗挖隧道穿越既有线的施工技术研究[J].2014（2）：133-139.
[6] 张旭等.隧道下穿既有地铁车站施工结构沉降控制案例研究[J].岩体工程学报2016-07-11.
[7] 陈孟乔，杨广武.新建地铁车站近距离穿越既有地铁隧道的变形控制 [J].中国铁道科学.