1 北京地鐵淺埋暗挖工程概況
   淺埋暗挖法是最近十多年來發(fā)展起來的一種方法,具有靈活多變,對地面建筑物、道路和地下管線影響不大,拆遷占地少,不擾民,不污染城市環(huán)境等優(yōu)點,已在北京地鐵復(fù)八線、五號線、十號線、四號線等地鐵工程中得到了大量應(yīng)用。到目前為止,已完成和在施的北京地鐵淺埋暗挖車站共計19座,局部淺埋暗挖(明暗結(jié)合)車站共計18座,淺埋暗挖雙洞區(qū)間共計約44km。
2 淺埋暗挖新技術(shù)的應(yīng)用
2.1 降水技術(shù)
2.1.1 真空降水
   真空降水是將管井抽水(一般用潛水泵)與真空泵相結(jié)合,或?qū)⑤椛渚械乃綕B水井與真空泵相連接抽水。利用真空泵在管井或水平井內(nèi)產(chǎn)生的真空,加速地層中的水向管內(nèi)涌入,從而提高降水效果。真空降水一般用于黏土、粉土層以及粉細砂等滲透系數(shù)較小、但降水深度較大的地層。
   北京地鐵十號線勁松站~折返點區(qū)間淺埋暗挖段含水層以粉土⑥2層、細中砂⑥3層為主,因滲透系數(shù)較小,采用常規(guī)管井降水,未能疏干弱透水層中的飽和水和含水層界面殘留水,造成暗挖帶水作業(yè)現(xiàn)象,給施工帶來很大安全隱患。因此,采用了真空深井降水(見圖1)。

   從現(xiàn)場隧道掌子面施工情況來看,采用真空降水后,潛水含水層地下水完全疏干,粉土層水基本疏干,尤其是粉土層中的飽和水,明顯要少于采用常規(guī)管井降水的相鄰段的勁松站。通過沉降觀測證明,真空深井降水引起的地面沉降與普通管井降水引起的地面沉降相當。
2.1.2 輻射井降水
   輻射井是在一眼大口徑井內(nèi),把輻射管(滲水管)由內(nèi)向外徑向敷設(shè)于含水層內(nèi),地下水經(jīng)過這些輻射狀的水平滲水管匯集在大口井內(nèi),再由泵排出。由于水平滲水井是在大口井內(nèi)施工并且在空間上調(diào)整范圍很大,因此輻射井一般用于地面無降水井施工條件的地段。
   北京地鐵五號線蒲黃榆站至天壇東門站區(qū)間隧道,采用淺埋暗挖法施工,由于地鐵區(qū)間在玉蜓立交橋橋區(qū)需要穿越南二環(huán)路、玉蜓橋、京山鐵路及南護城河,環(huán)境復(fù)雜,用常規(guī)的降水方法,因沒有布井場地,難以保證在無水條件下進行暗挖施工。為確保施工安全,同時把對城市環(huán)境、交通等影響降低到最低限度,經(jīng)分析比選,在北京地鐵施工中采用了輻射井降水技術(shù)。從現(xiàn)場隧道掌子面施工情況來看,掌子面保持無水狀態(tài),取得了較好的降水效果。經(jīng)對抽水井取水樣含砂量測試,測試結(jié)果符合《建筑與市政降水工程技術(shù)規(guī)范》要求。輻射井降水的成功實施,解決了城市復(fù)雜環(huán)境條件下施工管井降水的難題,為暗挖隧道開辟了新的降水途徑。
2.2 地層改良與加固技術(shù)
2.2.1 Φ600管幕支護
   北京地鐵五號線崇文門車站從既有地鐵環(huán)線崇文門站東端喇叭口式過渡段區(qū)間隧道下方通過,兩結(jié)構(gòu)凈距僅1.98m。淺埋暗挖施工時,為了保證既有環(huán)線的正常運營,嚴格控制既有結(jié)構(gòu)的沉降,采用了Φ600超前咬合管幕方案。超前管幕在新建結(jié)構(gòu)拱部上方300mm處布置,全長36m,鋼管直徑Φ600mm,壁厚16mm,鋼管之間采用工子鋼、槽鋼實現(xiàn)相互咬合,并在每根鋼管上布置4根袖閥式注漿管,及時跟蹤注漿,補償由于管幕施工引起的地層損失。Φ600管幕在既有線結(jié)構(gòu)和掌子面之間形成一道具有相當剛度和抗變形能力的超前支護,對既有線的安全和減小開挖引起的沉降起重要作用。
2.2.2 超長管棚支護
   北京地鐵蒲黃榆車站在國內(nèi)首次采用大跨度單拱單柱雙層島式結(jié)構(gòu),淺埋暗挖法施工,最小埋深僅5.5m,超前支護采用單根長146.6m、Φ114×5mm的超長管棚,縱向貫通整個車站,共用103根管棚。這種超長管棚的支護形式在國內(nèi)隧道施工中尚屬首次應(yīng)用,采用非開挖施工工藝一次性施作,避免了采用常規(guī)管棚需在洞內(nèi)多次施作工作室的不利因素。從蒲黃榆車站施工的88根管棚來看,精度相對較好,最大管棚中心平均偏差為19.5mm,并較好地起到了減小沉降、控制坍塌的作用。與常規(guī)管棚相比,減少地表沉降約10mm。

2.3 工法研究
2.3.1 中洞法
   中洞法先開挖中間部分(中洞),在中洞內(nèi)施作梁柱結(jié)構(gòu),然后再開挖兩側(cè)部分(側(cè)洞),并逐漸將側(cè)洞頂部荷載通過中洞初期支護轉(zhuǎn)移到梁、柱結(jié)構(gòu)上。由于中洞的跨度較大,施工中一般采用CD法、CRD法等進行施作。具體施工順序見圖2。

　   該工法的特點是初期支護自上而下,每一步封閉成環(huán),環(huán)環(huán)相扣,二次襯砌自下而上施作,混凝土質(zhì)量較容易得到保證。多在無水、地層相對較好時應(yīng)用。該工法空間大,施工方便,但該工法施工引起的地面沉降和影響范圍較大。北京地鐵五號線蒲黃榆站、磁器口站、天壇東門站、崇文門站(下穿既有線段除外)等采用了中洞法施工。
2.3.2 側(cè)洞法
   側(cè)洞法是先開挖兩側(cè)部分(側(cè)洞),在側(cè)洞內(nèi)做梁、柱結(jié)構(gòu),然后再開挖中間部分(中洞),并逐漸將中洞頂部荷載通過側(cè)洞初期支護轉(zhuǎn)移到梁、柱上。具體施工順序見圖3。側(cè)洞法對于單層多跨的大斷面車站較為適用,地鐵五號線的張自忠路站中間過街部分采用了此工法施工。

2.3.3 柱洞法
   柱洞法是按照“小分塊、短臺階、早成環(huán)”的原則,將整個斷面開挖橫向分為側(cè)洞、有柱的柱洞和中洞,共5個洞,每洞分上、中、下三層,臺階法施工。先自上而下對稱施工柱洞初支,再由下而上施作柱洞二襯,建立起梁、柱支撐體系。柱洞完成后,施工兩個柱洞中間的中洞初支和二襯,形成整個大中洞穩(wěn)定體系。再對稱自上而下施工兩側(cè)洞初支,最后縱向分段自下而上對稱施作二襯,完成結(jié)構(gòu)閉合。具體施工順序見圖4。
   柱洞法施工引起的地面沉降量較小,安全度大,但中洞開挖時受力轉(zhuǎn)換復(fù)雜。地鐵五號線崇文門站下穿既有線和東四站下穿東四菜市場淺埋暗挖段采用了柱洞法施工。
2.3.4 PBA工法
   PBA工法(洞樁法)是對傳統(tǒng)的地面框架結(jié)構(gòu)施工方法和暗挖法進行有機結(jié)合,將導(dǎo)洞技術(shù)、樁技術(shù)、拱技術(shù)及框架結(jié)構(gòu)的受力機理進行綜合運用的一種新的地下工程施工工法。在地面上不具備施作基坑圍護結(jié)構(gòu)條件時,改在地下小導(dǎo)洞內(nèi)施作圍護邊樁、中柱、底梁和頂梁、頂拱,共同構(gòu)成樁、梁、拱支撐框架體系,承受施工過程的外部荷載,然后在頂拱和邊樁的保護下,逐層向下開挖土體,施作內(nèi)部結(jié)構(gòu),最終形成由外層邊樁及頂拱初期支護和內(nèi)層二次襯砌組合而成的永久承載體系。

   北京地鐵復(fù)八線的******西站、王府井站及地鐵十號線的勁松站、工體北路站、呼家樓站、光華路站、國貿(mào)站和蘇州街站等采用了PBA工法施工。
2.4 遠程監(jiān)測技術(shù)
   在地鐵五號線崇文門站下穿既有環(huán)線區(qū)間、地鐵五號線下穿既有地鐵環(huán)線雍和宮車站以及地鐵四號線宣武門站主體和換乘通道下穿既有環(huán)線宣武門站等新線穿越既有線施工過程中,為了既有環(huán)線結(jié)構(gòu)的安全及地鐵正常運營,采用了遠程監(jiān)控系統(tǒng)對其結(jié)構(gòu)及軌道變形等進行全天候的實時監(jiān)控量測。監(jiān)測情況表明,該監(jiān)測系統(tǒng)在地鐵運營環(huán)境下能正常工作,其在測試精度、性能穩(wěn)定及自動化程度方面,能準確反映新線施工過程中對上方既有環(huán)線地鐵造成的影響,及時反饋信息,指導(dǎo)建設(shè)單位的施工和運營部門采取相應(yīng)的安全措施。
3 結(jié)束語
   隨著北京地鐵淺埋暗挖技術(shù)的不斷實踐和研究,它必將在城市軌道交通建設(shè)中的應(yīng)用范圍越來越廣,發(fā)揮越來越重要的作用,產(chǎn)生更大的經(jīng)濟、環(huán)境和社會效益。但是,要使淺埋暗挖技術(shù)不斷深入發(fā)展和得到廣泛應(yīng)用,還有許多課題尚需深入研究,例如地鐵淺埋暗挖法區(qū)間隧道和車站的標準化設(shè)計、盾構(gòu)法與淺埋暗挖法結(jié)合建造地鐵車站技術(shù)、超前預(yù)支護技術(shù)、結(jié)構(gòu)新型防水技術(shù)、施工對周邊環(huán)境影響的沉降控制技術(shù)及施工安全風險管理體系等。