地铁暗挖隧道新旧结构接合施工关键技术

地铁暗挖隧道新旧结构接合施工关键技术

摘 要：西直门车站改造施工中，新建区间暗挖隧道需要和既有西直门站对接。 阐述了暗挖隧道新旧结构接合的关键技术。通过对过渡段结构的应力变化分析，实现了新旧结构断面的良好过渡，避免了受力集中；对过渡段注浆方案进行了优化，成功地控制了新旧结构的差异沉降；对新旧结构防水层进行了对比试验分析，确立了合理的搭接方案，解决了新旧接合处的防水问题。

关键词：地铁隧道；浅埋暗挖；新旧结构接合；施工技术

1 工程概况

地铁 4 号线西直门站位于西内—西外大街与二环路交叉路口，站址周围车流量较大，车站主体结构在建设环线时已完成，新建西直门—动物园区间隧道与既有地铁站以及新增出入口与既有车站存在多处接合施工问题，现以区间隧道与既有车站对接为例。

该区间隧道在施工人防段终点里程 K13+620.996处，隧道内出现砂浆砌筑砖墙，为西直门站既有结构端头墙。西直门站分上下 2 层，4 号线在下层，端头墙距西直门站约 50 m；端头墙为工字钢密排外砌砖墙，并有防水层和防水保护层，保护墙从上到下逐渐加宽。

新开挖隧道与既有车站隧道接合处设人防段，4 号线标准段与人防段过渡时断面由标准段的马蹄形隧道断面逐渐过渡到人防段直墙拱形断面（见图 1）。

2 新旧结构差异沉降控制技术

2. 1 施工方法

标准段采用台阶法施工，人防段采用 CRD 法施工。标准段向人防段转化时要通过过渡段来实现，过渡段逐步扩大至人防段断面，过渡段采用 CRD 法施工。 人防段施工到与既有结构接头位置时，按人防段结构尺寸向既有结构周围多施工 1 m（既有结构小于人防段结构），在人防段最后 1 榀格栅架立完成后，按照端头墙作法及时对掌子面进行支护，并对既有结构周围的端头墙用工字钢与人防段临时中隔栅进行支承，以保证既有结构周围土体稳定，从而减小沉降。 具体施工方法见图 2、3。

2. 2 人防过渡段施工工艺流程

区间隧道人防过渡段施工工艺流程见图 4。

标准段过渡到人防段施工，结构要抬高、加宽，超前小导管施工角度要适当，确保注浆加固质量；加快支护封闭成环，减少土体变形沉降；防水层铺设，松紧适当、铺挂圆顺，保证防水效果；加强监测，发现异常及时处理。

2. 3 操作要点

新旧结构接合存在不同大小的断面过渡，同时存在施工方法的转换，因而过渡段结构的受力和施工工艺复杂，对地表沉降的控制要求较高，需要采取有效措施，顺利完成断面和工法的转换。

2. 3. 1 大断面向小断面转换

大断面向小断面转换的施工方法是：当大断面施做到设计位置时封端，再进入小断面施工。 因为，在大、小断面间存在应力集中，需要在这个部位进行结构加强；同时需要对扰动的土体进行注浆加固[1]。

2. 3. 2 小断面向大断面转换

从小断面过渡到大断面，需要充分利用超前支护手段加固围岩，利用格栅喷射混凝土逐渐加高、加宽断面的渐变形式来实现。 施工转换示意，见表 1。

2. 3. 3 断面转换技术措施

1）合理安排施工顺序。 包括开挖顺序，衬砌施作顺序等。

2）合理设置变坡坡度。 充分利用超前支护手段加固围岩，利用格栅挂网喷射混凝土逐渐加宽、加高断面，在大小不同的断面间架设不同大小的格栅并喷射混凝土支护，逐渐过渡到大断面。

3）充分利用超前支护手段加固围岩、加密超前小导管，采用注浆加固措施。

4）配线段、过渡段及时对中间土体注浆 ，以减少后期洞室开挖引起的沉降。

5）及时进行拱背注浆。

6）减少格栅间距、增加纵向连接筋，以增加初期支护刚度。

3 新旧结构接合防水施工技术

地铁 2 号线西直门站结构防水为玻璃布与沥青的混合防水层，而地铁 4 号线则采用先进的 EVA 防水卷材，均为全包式防水。 施工缝与变形缝历来是车站及区间防水的薄弱环节，因而，既有车站明挖主体结构与新建区间隧道在接合处的防水处理至关重要。

3. 1 防水材料搭接试验

为解决接合处新旧防水材料搭接的技术问题，采用对比试验方法，测出 7 种连接方法的防水层的抗拉、抗渗性能，得出最佳的防水搭接方案。 试验方案如下：

1）先将沥青混合防水材料表面清除干净，在其干净表面上均匀涂上 P201 止水材，再将 EVA 防水卷材平铺在上面（搭接长度 250 mm）。搭接好后裁剪成试验所需的样式尺寸（搭接处在中间）进行试验（见图 5）。

2）先将沥青混合防水材料表面清除干净，将 SBS 防水卷材热融黏结覆盖在其干净表面上，试验方法同上。

3）先将沥青混合防水材料表面清除干净，在其干净表面上均匀涂上 P201 止水材，再将 SBS 防水卷材平铺在上面，试验方法同上。

4）将 SBS 防水卷材热融黏结覆盖在 EVA 表面上，试验方法同上。

5）先将沥青混合防水材料表面清除干净，将 BAC防水材料黏结（自黏）在其干净表面上，试验方法同上。

6）将 BAC 防水卷材黏结覆盖在 EVA 表面上，试验方法同上。

7）对原来的沥青混合防水材料进行抗拉及防水性能的测试。

3. 2 试验结果

通过对 7 种连接方法分别做伸长率、抗拉、剥离强度、抗渗试验，结果（3 个试样取平均值）见表 2。

3. 3 结论

从搭接方法的试验以及经济方面的考虑，最佳搭接为：

1）过渡材料与旧的玻璃布与沥青混合防水层的搭接，选用方案 4，即用 SBS 改性沥青防水卷材做过渡材料与玻璃布与沥青混合防水材料进行搭接，搭接选用的黏结剂为乳化沥青。

2）过渡材料与 EVA 防水卷材的搭接，选用方案 2，即用 SBS 改性沥青防水卷材做过渡材料与 EVA 防水卷材进行搭接，搭接方式为热熔后进行黏结。

只从试验结果来看，EVA 防水卷材与丁基橡胶自黏防水卷材的搭接效果更加好，但从与旧的玻璃布与沥青混合防水层的搭接效果来看，SBS 改性沥青防水卷材更加合适。 因此，既有结构防水与 SBS 改性沥青防水卷材相接，SBS 改性沥青防水卷材与丁基橡胶自黏防水卷材相接，丁基橡胶自黏防水卷材与新建结构EVA 防水卷材相接。

3. 4 施工技术

旧结构防水层与 EVA 防水卷材之间选用 SBS 改性沥青防水卷材及丁基橡胶作为过渡材料，SBS 改性沥青防水卷材与旧防水层的搭接采用乳化沥青作为黏结剂，搭接长度不小于 250 mm；SBS 改性沥青防水卷材与丁基橡胶黏接长度不小于 250 mm，丁基橡胶与EVA 防水板材搭接长度不小于 250 mm。

4 结语

依照上述工艺，顺利地完成了地铁 4 号线与地铁2 号线新旧结构的多处接合施工，有效控制了差异沉降，地铁运营至今隧道接合处未出现渗、漏水现象。

1）采用新建结构包裹既有结构的接合形式，辅以适当范围的注浆处理，对新旧结构接合差异沉降控制效果明显。

2）通过进行现场取样、试验室新旧防水层接合试验，确定新旧防水层搭接处理的最佳施工方案，是解决新旧结构接合处渗、漏水问题的重要手段。

3）既有结构防水层一般均采用玻璃布或油毡与沥青结合的形式，针对其老化严重、易脆裂、难接合的特点，可采取组合防水材料进行处理（即旧结构防水层与 EVA 防水卷材之间选用 SBS 改性沥青防水卷材及丁基橡胶作为过渡材料）。

参考文献：

[1] 王梦恕. 地下工程浅埋暗挖技术通论[M]. 合肥 ：安徽教育出版社，2004：553-576.