京張高鐵清華園隧道南延施工方案研究

京張高鐵清華園隧道南延施工方案研究摘要：為了避免京張高鐵清華園隧道下穿學(xué)院南路引起的下挖改造及征拆難題,提出了清華園隧道南延施工方案，從基坑支護(hù)設(shè)計(jì)、地鐵13號(hào)線和學(xué)院南路保護(hù)措施、施工組織與工期等方面，對(duì)盾構(gòu)和明挖法施工方案的優(yōu)劣進(jìn)行分析，從投資、風(fēng)險(xiǎn)、工期以及場地條件等方面進(jìn)行綜合對(duì)比。根據(jù)比選結(jié)果，采用了盾構(gòu)法施工方案，并對(duì)方案的實(shí)際施工效果進(jìn)行跟蹤調(diào)查分析，證實(shí)了盾構(gòu)法在隧道延長工程中的有效性及合理性。關(guān)鍵詞：鐵路隧道；盾構(gòu)法；明挖法；安全控制；施工近年來，隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，城市規(guī)模越來越大，從而導(dǎo)致既有鐵路線網(wǎng)逐漸向城區(qū)靠攏。為了緩解城市交通壓力以及減少市民日常出行時(shí)長，同時(shí)也為了避免地面道路整改以及既有建筑征拆等問題，新建鐵路線網(wǎng)通過地下隧道引入城區(qū)成為一種首選方案［1-2］,如北京鐵路直徑線13均、天津鐵路直徑線。即、廣深港高鐵益田路隧道⑼、京沈高鐵望京隧道明京張高鐵清華園隧道m(xù)i等。近年來，眾多研究學(xué)者和技術(shù)人員對(duì)鐵路隧道下穿施工引起的房屋建筑沉降曄3］、既有鐵路沉降［%地表沉降IM以及下穿施工技術(shù)［1對(duì)等進(jìn)行了一系列研究，取得了豐碩成果，但較少涉及鐵路隧道延長施工方案等問題。自京張高鐵清華園隧道下穿學(xué)院南路項(xiàng)目開工建設(shè)以后，北京市區(qū)征拆工作推進(jìn)困難。據(jù)地方相關(guān)部門測算，學(xué)院南路下挖改造工程投資約17.8億元，其中工程費(fèi)約2億元，管線遷改費(fèi)約1.7億元，房屋拆遷費(fèi)約14.1億元；清華園隧道1號(hào)井施工臨時(shí)場地涉及金五星商貿(mào)城、好家居建材裝飾市場部分臨街商鋪征拆費(fèi)用也高達(dá)約1.2億元。以上兩處是制約工程工期的關(guān)鍵點(diǎn)，工程征拆費(fèi)用高、難度大、交通導(dǎo)改困難，且時(shí)間節(jié)點(diǎn)難以保證。為減少學(xué)院南路下挖改造及敷設(shè)管線的遷改，鐵路總公司與北京市共同研究決定，將普速列車始發(fā)終到調(diào)整至清河站辦理，北京北站僅承擔(dān)動(dòng)車組列車始發(fā)作業(yè)，區(qū)間最大坡度由23.5%調(diào)整為30%。線路自北京北站引出后，采用最大30%坡度于學(xué)院南路南側(cè)入地，以隧道形式依次下穿學(xué)院南路，隧道向南總延長690m,由原5330m調(diào)整為6020m。同時(shí)調(diào)整1號(hào)井?2號(hào)井盾構(gòu)區(qū)間的掘進(jìn)方向，由1號(hào)井向2號(hào)井掘進(jìn)調(diào)整為由2號(hào)井向1號(hào)井掘進(jìn)，以解決1號(hào)井施工場地征拆帶來的問題。1工程概述1.1工程概況清華園隧道是新建京張高鐵重點(diǎn)控制性工程之一，位于北京市海淀區(qū)。清華園隧道原設(shè)計(jì)由學(xué)院南路北側(cè)入地，沿既有京包鐵路走行，于五環(huán)內(nèi)出地面，隧道全長5.33km（單洞雙線），設(shè)計(jì)速度120km/h。全隧近距離并行地鐵13號(hào)線，與地鐵12號(hào)線（在建）、10號(hào)線、15號(hào)線交叉穿越，下穿北三環(huán)、知春路、北四環(huán)、成府路、清華東路、雙清路等重要城市道路及道路下方大量重要市政管線，周邊建（構(gòu)）筑物密集。清華園隧道是目前國內(nèi)位于城市核心區(qū)，穿越地層復(fù)雜、重要建（構(gòu)）筑物最多的高鐵單洞雙線大直徑盾構(gòu)高風(fēng)險(xiǎn)隧道之一[11]。盾構(gòu)管片內(nèi)徑11.1m,外徑12.2m,管片厚55cm,刀盤開挖直徑12.64m。全隧共設(shè)置3座施工豎井，采用2臺(tái)（|）1264大直徑泥水平衡盾構(gòu)機(jī)施工，一臺(tái)由小里程端1號(hào)井始發(fā)，中間2號(hào)井接收，盾構(gòu)區(qū)間1991m;另一臺(tái)由3號(hào)井始發(fā)，中間2號(hào)井接收，盾構(gòu)區(qū)間長1741m

隧道南延方案以盾構(gòu)形式下穿學(xué)院南路后，，隧道進(jìn)口里程由DK14+090調(diào)整至DK13+400,隧道向南總延長690m,隧道整體長度由5.33km調(diào)整為6.02km（見圖1）。小里程端盾構(gòu)始發(fā)井自1號(hào)井調(diào)整至2號(hào)井，在原2號(hào)井南側(cè)增加2-A始發(fā)井，原2號(hào)井調(diào)整為2-B接收井，井間設(shè)置明挖基坑，滿足盾構(gòu)整體始發(fā)要求，原1號(hào)始發(fā)井調(diào)整為接收井。調(diào)整后小里程端盾構(gòu)掘進(jìn)方案為2-A井始發(fā)，1號(hào)井接收，大里程端盾構(gòu)為3號(hào)井始發(fā)，2-B井接收，均由北向南掘進(jìn)。1.2工程地質(zhì)與水文條件京張高鐵清華園隧道位于北京市海淀區(qū)，處于北京市平原區(qū)的西北部，地面高程為48.92?451.35m,地勢平坦。地層上部主要為第四系全新人工堆積雜填土，中部為第四系全新統(tǒng)沖洪積層粉質(zhì)黏土、粉土和粉砂，下部主要為圓礫土和卵石土。隧道所處地層主要為粉質(zhì)黏土和卵石土（以卵石土為主），隧道穿越卵石地層約2.4km,含卵石復(fù)合地層約3.7km。fiftrJbtAli*d

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0Jrb￡??=/?A.4,曼H樂，■'?nILOtF"學(xué)BEU7-RJi”Mk電段”的宏?*j=巾黑幫$■?川科甲也修4小圖1清華園隧道平面示意北京市平原地區(qū)第四系地層中的松散巖類孔隙水可以分為上層滯水、潛水和承壓水，上層滯水補(bǔ)給主要以大氣降水為主，管溝滲流為輔，集中分布在粉土與

粉砂層，水位埋深3.4?5.7m,高程44.91?49.62m。層間潛水主要受區(qū)域性地下水影響，且局部承壓，水位埋深21.0?25.0m,高程27.97?29.00m。2施工方案盾構(gòu)法(1)方案簡介施工方案將原1號(hào)井由學(xué)院南路北側(cè)DK14+435.5處調(diào)整至學(xué)院南路南側(cè)DK13+601.2處，1號(hào)井至出口段采用明挖法施工，見圖2。(2)基坑支護(hù)設(shè)計(jì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用“小1000@1400mm鉆孔灌注樁+內(nèi)撐”，樁間旋噴樁止水。按450基坑開挖影響線控制，影響線以內(nèi)的橋樁采取防護(hù)措施，影響線以外不再額外增設(shè)防護(hù)措施。1號(hào)井為明挖段基坑最深處，開挖深度為21m,鄰近地鐵層采用雙排圍護(hù)樁，以增加基坑的穩(wěn)定性，見圖3。E營」，M學(xué)蟀斗一E一3WIX凸L92喝樹5寫其一X二一號(hào)十二士一7E營」，M學(xué)蟀斗一E一3WIX凸L92喝樹5寫其一X二一號(hào)十二士一7相遇:方向——圣LHit'^-k2707.5MZI/二北網(wǎng)環(huán)L191啜方同&7-111K升“L；北"明挖讓1Rk曲斛?小小匕丁方|工曬2n升小'F加存斷in號(hào)線?京也被用清華區(qū)拮3?7f.科?索路R清躋口南“外圖2盾構(gòu)法施工方案示意(單位：m)31.4mIImAHia4③丸..I聲圖3橋樁斷面（單位：cm）萼31.4mIImAHia4③丸..I聲圖3橋樁斷面（單位：cm）萼（3）地鐵13號(hào)線保護(hù)措施盾構(gòu)法隧道結(jié)構(gòu)距13號(hào)線橋樁6.6?15.3m,其中有一異型橋墩與盾構(gòu)隧道凈距為3.4mo該段地鐵13號(hào)線段主要為橋梁，無縫線路，整體道床，變形控制要求嚴(yán)，為特級(jí)風(fēng)險(xiǎn)源，施工風(fēng)險(xiǎn)高。采取的保護(hù)措施主要有：以洞內(nèi)控制措施為主，洞外防護(hù)為輔。穿越前，設(shè)置盾構(gòu)試驗(yàn)段，確定合理的盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)；穿越時(shí)，嚴(yán)格控制掘進(jìn)參數(shù)，嚴(yán)格控制地層損失率；穿越后，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，必要時(shí)從洞內(nèi)采用徑向注漿加固。根據(jù)橋樁與結(jié)構(gòu)距離關(guān)系及施工作業(yè)空間，采取不同的防護(hù)措施。橋樁與盾構(gòu)結(jié)構(gòu)凈距小于1倍洞徑，采用3排小180mm復(fù)合錨桿樁交錯(cuò)布置，樁頂設(shè)置冠梁，并預(yù)埋小42mm袖閥管，進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償注漿加固；橋樁與盾構(gòu)結(jié)構(gòu)凈距大于1倍洞徑，采用預(yù)埋雙排小42mm袖閥管@1500mm交錯(cuò)布置，進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償注漿加固，橋樁縱向加固范圍為橋臺(tái)前后各5m范圍（見圖4）。異性橋墩橋樁采用“門型”防護(hù)方案：盾構(gòu)隧道兩側(cè)分別采用3排小180mm復(fù)合錨桿樁交錯(cuò)布

置，樁頂設(shè)置冠梁，兩側(cè)冠梁用4根鋼筋混凝土橫撐連接，以增加防護(hù)結(jié)構(gòu)的整體抗變形能力。在隧道頂部進(jìn)行注漿加固，并預(yù)埋雙排小42mm袖閥管進(jìn)行跟蹤注漿，見圖5IS1現(xiàn)狀嘏曲高程而埋跟蹤生架情五擊我t現(xiàn)狀嘏曲高程而埋跟蹤生架情五擊我t復(fù)合轆軒桃冏單卅四2的2003%阿管ISOrmM50r*E.冠梁圖4橋樁加固典型斷面（單位：cm）圖6盾構(gòu)方案施工組織示意

圖5異性橋樁加固典型斷面（單位：cm）（4）學(xué)院南路段保護(hù)措施盾構(gòu)法下穿學(xué)院南品&段洞頂覆土僅7.0m,屬超淺覆土。已探明道路下方敷設(shè)管線15條，其中2條污水管線需要遷改，2條3200mmX2500mm雨水方溝底與隧道的最小凈距為1.89m（見表1）,施工難度大，風(fēng)險(xiǎn)高。保護(hù)措施主要有：采用泥水平衡法施工，嚴(yán)格控制掘進(jìn)參數(shù)，控制地層損失率。2條污水管線需要永久遷改，原污水管道采用水泥砂漿充填，防止泥漿沿管道流失。穿過后進(jìn)行襯砌背后二次補(bǔ)償注漿，嚴(yán)格控制路面沉降，確保道路運(yùn)營安全表1主要管線與隧道結(jié)構(gòu)關(guān)系

序號(hào)名稱型號(hào)/'imn可料管內(nèi)帳與隧道結(jié)構(gòu)電離4m1污水管由7尊）混凝土-17)中壓天然氣別管5(153雨水3200x2500混凝土IS94雨農(nóng)3200x2*町混凝土2245挎水.1100混靛1-15fr電力助500混凝土627注：表中“-”代表結(jié)構(gòu)之間交叉（5）施工組織與工期調(diào)整后的盾構(gòu)區(qū)間由1991m增加為2707.5m,增加了716.5m。結(jié)合近年完工或正在施工類似直徑的盾構(gòu)施工進(jìn)度（如京沈高鐵望京隧道、武漢地鐵8號(hào)線越江隧道等均達(dá)200m/月），通過對(duì)盾構(gòu)穿越地層、設(shè)備工裝的研究，將盾構(gòu)掘進(jìn)綜合指標(biāo)由150m/月調(diào)整至190m/月。圖6為調(diào)整后的盾構(gòu)法施工組織進(jìn)度圖。由圖6可知，該方案隧道土建工期為36.3個(gè)月，于2019年3月11日提供鋪軌條件，滿足全線指導(dǎo)性施組要求（2019年3月10日提供鋪軌條件）0明挖法（1）方案簡介明挖法施工方案將1號(hào)井由DK14+435.5向南移至DK14+280處，1號(hào)井由始發(fā)井調(diào)整為接收井，隧道南延段以明挖法施工為主，局部采用暗挖法，見圖7。于:2.劾「同修翼一』耳二:二營73父口

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一？工41于:2.劾「同修翼一』耳二:二營73父口

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現(xiàn)狀地面高程5（X894二期ifln-i..~IP1320I：圖8橋樁加固典型斷面（單位：cm）圖9現(xiàn)狀地面高程5（X894二期ifln-i..~IP1320I：圖8橋樁加固典型斷面（單位：cm）圖9異性橋樁加固典型斷面（單位：cm）（4）學(xué)院南路段保護(hù)措施暗挖法下穿學(xué)院南路段共計(jì)90m,洞頂最小覆土僅7.8m,屬超淺覆土。其中，（1）700mm和小1100mm的污水管線只需臨時(shí)導(dǎo)改，2條污水管至隧道超前支護(hù)結(jié)構(gòu)最小凈距為0.3m,2條3200mmX2500mm雨水方溝底與隧道最小凈距僅2.4m（見表2）,施工風(fēng)險(xiǎn)高，難度大，屬于特級(jí)風(fēng)險(xiǎn)源表2主要管線與隧道結(jié)構(gòu)關(guān)系序號(hào)名稱璃號(hào)『mm材料首內(nèi)底與統(tǒng)道超前支護(hù)冕喜/，外1污水管6700混凝上382中壓天然氣綱管S603雨水32f￥lx2SOO近靛土2454雨水3200x2500混凝土2795污水IDO施薇1:39fr也力卸500混凝土681保護(hù)措施主要有：采用“拱腳側(cè)導(dǎo)洞超前十扣拱”工法（見圖10）,在導(dǎo)洞內(nèi)施作鋼筋混凝土擴(kuò)大拱腳結(jié)構(gòu)，為正洞拱墻結(jié)構(gòu)提供穩(wěn)定的基礎(chǔ)。由短臺(tái)階弧形導(dǎo)坑開挖正洞，并施做拱墻初期支護(hù)結(jié)構(gòu)，架設(shè)臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)，最后分布開挖核心土及下部土體，施做仰拱，最后施做二次襯砌結(jié)構(gòu)。拱部設(shè)置（|）299mm互鎖管幕超前支護(hù)，采用螺旋出土導(dǎo)向頂管法施工。工作面采用小25mm纖維錨桿進(jìn)行加固并進(jìn)行洞內(nèi)疏干降水。圖10日首挖工法示意（5）施工組織與工期圖11為調(diào)整后的明挖法施工組織進(jìn)度圖。由圖11可知，該方案隧道土建工期為34個(gè)月，于2019年1月1日提供鋪軌條件，可滿足全線指導(dǎo)性施組要求（2019年3月10日前提供鋪軌條件）。但是，由于隧道南延段基坑深、規(guī)模大、風(fēng)險(xiǎn)高，施工場地狹窄，施工組織困難，周期較長，對(duì)周邊環(huán)境及交通影響

大，需要導(dǎo)改明光村西路，手續(xù)辦理困難。若要按期完成，須于2017年6月底前完成拆遷和臨建1『修1『修項(xiàng)U1火喊建在，京也斷代JtTR2用用機(jī)制4B.1得1rMJPiWJI4用構(gòu)時(shí)5ffWF并安個(gè)月的44MfiWMIWllTJI7麗西摑注稈陶小餐IJtJ]S機(jī)降規(guī)郵個(gè)Hy軌卜仙相引埴&羯I.1MILQ迪斯律各?fl1十川111號(hào)嗜收井fiunrii^盤明校收U14皚《rjdp*b月13下國用國-晤挖段升比Jt制第史歲9個(gè)月16Win:曲時(shí)冏請阻3律中上TH圖11明挖方案施工組織示意3方案對(duì)比分析從工程風(fēng)險(xiǎn)因素、基坑支護(hù)措施、施工方案、地鐵13號(hào)線以及學(xué)院南路保護(hù)措施、工期等方面對(duì)盾構(gòu)法和明挖法施工方案進(jìn)行對(duì)比分析（見表3）。從投資、風(fēng)險(xiǎn)、工期以及場地等方面對(duì)盾構(gòu)法和明挖法施工方案進(jìn)行對(duì)比分析，根據(jù)對(duì)比結(jié)果，建議采用盾構(gòu)法施工方案（對(duì)比分析結(jié)果見表4和表5）。表3盾構(gòu)法和明挖法施工方案對(duì)比朝佗法I.4I.4工巴卡店匐成At上屎度小，LHe）.電得吃白桶幢凈感小華支護(hù)唐危旅工方案旌或13號(hào)線保護(hù)喈通

學(xué)院南路保護(hù)措施鉆孔?注械+內(nèi)支撐括構(gòu)為主明挖為背加強(qiáng)0種工藝椎制.結(jié)構(gòu)同梟用需育財(cái)*加哇肉也_L上喬幫用按法用護(hù)櫛手嘉橋Iff降距小口.711）暗檐法的延卜厚度小IX*J砧孔物訐林十內(nèi)支可用挖為左、暗掩切詫加強(qiáng)基坑圍護(hù)皓棺強(qiáng)設(shè).對(duì)HI有橋樁斐行注理瓜商暗挖聚網(wǎng)熱窗網(wǎng)號(hào)制鞘曲*和梆的工a34.0表4不同施工方案投資對(duì)比萬元名稱盾構(gòu)法明挖法拆違少征池4578255854隧道—54I76W3訓(xùn)】其他費(fèi)用33043717靜態(tài)投賁1032621IM961

(3)地鐵13號(hào)線保護(hù)措施4施工安全控制(1)加大建設(shè)單位的監(jiān)管力度，建立包保制，由專業(yè)工程師負(fù)責(zé)穿越期間的安全、協(xié)調(diào)工作。(2)執(zhí)行專家評(píng)審制度，做到每一處風(fēng)險(xiǎn)源防護(hù)措施均應(yīng)先通過專家評(píng)審，方可實(shí)施。表5不同施工方案綜合對(duì)比方案明挖法盾構(gòu)法券ft糧探.展宜較券ft糧探.展宜較kr直航底部位上廂百上、柔壓水地層,網(wǎng)?需?汨吟喳尼「才堂就南路.14%大、遺恰懸以同都西既皺1才號(hào)政.需景也隰離的丁.件墓加同葭及斌遭限行等措施.杜會(huì)頓而用痢容大r.ha進(jìn)口的榜'墻控騰MF相葡排曲同電捶”.司口是空/精導(dǎo)性地m組工班要士一世界或近虔蘭人為T眈人“二同節(jié)點(diǎn)發(fā)利保證I號(hào)并至學(xué)院南路明報(bào)晦底段幅工場地圣辛,系和干大甲幫擅咕坑獨(dú)工場地布置及能imsi,施工功救住場地征彝薯分金五星尚黃城的林宙新鋪.停車墉以及明光網(wǎng)路導(dǎo)改，征拆盤人大時(shí)間七:撲埴如交通患響人7份利用既有盾構(gòu)設(shè)各.降慚廣音構(gòu)機(jī)抻情工程俗冏相時(shí)轉(zhuǎn)M.怔執(zhí)傳川七幗管低.總批交相時(shí)較小距HM段相林粕小升城鐵13號(hào)線卡噸相對(duì)較小用采我闔離防護(hù)措施風(fēng)的叫叁需要改移2姓衿》管■據(jù)專充會(huì)意見.調(diào)卷居曲捅進(jìn)楮掠后.M清是全鯉齒導(dǎo)