第17卷第1期 2021年2月
地下空间与工程学报
Chinese Journal of Underground Space and Engineering
Vol.17
Feb. 2021
何海健U2，李松梅，童利红|>2，杜玉峰“2，王伟锋“2
(1.北京市轨道交通设计研究院有限公司，北京100068;2.北京市轨道交通工程技术研究中心，北京100068)
摘要：轨道交通网络化发展导致线路之间的交叉穿越日益增多，地铁新建车站下穿既有车 站土建技术尚无统一认识。在国内工程案例分析的基础上，系统归纳了现有穿越技术措施，并
以国内目前穿越规模最大的北京地铁6号线苹果园站下穿1号线苹果园站工程为例，介绍了
各类土建技术措施在该工程中的应用。研究表明：（1)可从既有车站沉降的影响来源、传播路
径和保护对象3个方面归纳常规采用的各类技术措施，并可从上述3个方面进行既有站的沉
降控制；（2)针对超大规模新建车站下穿既有车站工程，创新采用的丝杠横梁支顶辅以高压补
浆工艺在P B A工法梁柱体系形成后对抑制既有车站后期沉降起到关键性的作用；（3)工法选
择、超前加固、开挖跨度、施工顺序等措施应在分析各施工阶段沉降产生机理的基础上，对症下
药，综合施策。本文成果可为类似穿越工程提供借鉴。
关键词：地铁车站；下穿；既有车站；土建措施
中图分类号:T U94 文献标识码：A文章编号：1673-0836(2021) 01-0273-09
Research on Construction Technical Measures of
a New Metro Station Passing underneath an Existing One
H e Haijian1'",Li Songmei1.2,Tong Lihong1.2,D u Yufeng1'2,W a n g Weifeng1,2
(1. Beijing Rail and Transit Design & Research Institute Co. ,Ltd, Beijing 100068, P.R. China;
2. Beijing Engineering Research Center of Rail and Transit, Beijing 100068, P.R. China)
Abstract ：Development of rail transport network has caused an increasing n u m b e r of crossing points between metro lines. However, no united knowledge has yet been formed on the construction technology of n e w built station
passing underneath an existing one. Based on analysis of the domestic project cases, existing crossing technological
measures were summarized systematically,next,an example which i s the greatest scale of crossing in domestic-
Pingguoyuan Metro Station of Beijing Metro Line 6 passing underneath another of Beijing Metro Line 1 was taken for,
and various construction technological measures being applied in this project are introduced. Results indicate that ：
(1) conventional adopted technological measures can be summarized from three aspects, such as settlement influence
sources of existing metro station, travel path and object of protection. (2) aimed at super-large scale metro station
passing underneath an existing one, innovatively adopted technology of screw and b e a m supporting accompanied by
high pressure concrete supplement played a key role in controlling post settlement of existing metro station after
formation of beam-column system of P B A method. (3) the selection of construction m e t h o d, advancing consolidation,
excavation span, construction sequence and other measures should be based on the analysis of the mechanism of
settlement in each construction stage, and the comprehensive measures should be taken. Research of this paper m a y
provide references for similar crossing projects.
K e y w o r d s：metro station;pass underneath; existing metro station;construction measures *
*收稿日期：2020-06-21(修改稿）
作者简介：何海健（ 1977—），男，江苏盐城人，博士，教授级高工，主要从事地下工程领域的设计、咨询与科研工作。
E-mail ：hehaijian@ brtdri
274地下空间与工程学报第17卷
0引言
轨道交通形成的大型网络正以前所未有的速 度利用着城市地下空间，新旧线路之间的交叉穿越 变得异常普遍。新建线路与既有线路车站之间为 了达到理想的换乘效果，往往会采用新建车站下穿 既有车站的十字交叉形式，以最大限度地减少换乘 距离然而，这却给土建设计和施T.带来了极大的 难题，一方面，既有车站产权方给出的沉降限值近 乎苛刻，结构沉降往往要求控制在3 mm左右；另一方面，一向较为粗枝大叶的土建技术措施在如此 严格的沉降要求下需要做起针线活儿，微沉降的要 求使得这些措施常常捉襟见肘：
车站与K间之间、区间与区间之间的相互穿越 案例众多，但车站与车站之间的相互穿越却非常少 见。吴立m、赵衍发[2]、刘蕾等[3]、王志刚[4]分别 从理论和施T的角度介绍了北京地铁4号线宣武 门站利用两
个相距4.1 m的矩形断面采川CRD工 法下穿既有2号线宣武门站的情况，该丁程为国内 首例车站主体穿越车站主体的T.程；郝志宏[51、陶连金等W、李积栋等^分别从设计和理论的角度介绍了北京地铁10号线公主坟站利用两个相距较 远的单层双跨矩形隧道采用CRD工法辅以多重预 顶撑技术下穿既有1号线公主坟站的情况；王东元 等lsi借助北京地铁10号线角门西站下穿既有4号
表I 线角门西站工程，研究了既有线下邻近大断面地铁 双隧道暗挖施工对地表形变的影响；许原骑9：介 绍了广州轨道交通3号线体育西路站单层三连拱 隧道采用调整的中洞法下穿既有1号线体育西路 站T程情况；徐彦胜[H)1则介绍了砂质泥岩和砂岩 地层中重庆轨道交通10号线红土地站利用2个相 距1.66 n i的马蹄形隧道采用CRD工法（机械开挖 结合控制（弱）爆破施T.)下穿既有6号线红土地 站的施_T.技术。
本文在工程案例分析的基础上，重点研究了地 铁新建车站下穿既有车站采用的各种土建技术措 施，并以即将竣工的北京地铁6号线苹果园站下穿 既有1号线苹果园站为例，详细介绍了全国首例车 站双层三跨超大断面暗挖下穿既有车站所采取的 土建技术措施及微沉降控制技术。
随着地铁线网的不断加密，未来新建车站下穿 既有车站的问题不仅不可避免，而且在数量上会越 来越多。因此，深人开展该课题研究显得异常迫 切，一方面，需要总结成熟做法加以推广应用，另一 方面，需要创新应用新型土建技术措施来有效控制 既有线沉降。本文成果可为类似工程提供借鉴。
1案例分析
笔者总结了近年来国内地铁新建车站下穿既 有车站的工程案例，将其基本情况列于表1。
近年国内地铁新建车站下穿既有车站的工程案例
Table 1Domestic engineering cases of new metro station passing through an existing one in recent years
工程案例下穿时间情况描述距离/m 土建技术
措施
沉降/m m
北京地铁4号线宣武门站下穿既有2号线宣武门站2004.08
至
2009.09
2个相距4.1m的单层矩形隧道9.
85 m x9i n采用C R D工法下穿单
层三跨框架结构车站
1.9
开挖土体注
浆加固、长
管棚注浆
6.78
广州地铁3号线时间北京地铁10号线公主坟2007.122个相距较远的单层双跨矩形隧多重预顶撑
站下穿既有1号线公主至道14.05 m x9.32 m采用C R D工法0(密贴)(千斤顶顶 2.98坟站2012.01下穿单层三跨框架结构车站升）
北京地铁10号线角门西2007.12两个相距3.65 m的马蹄形断面隧深孔注浆加
站下穿既有4号线角门至道10.1m x9.3 m采用C R D工法下0.15固开挖面及12.8西站2009.12穿单层三连拱车站周边土体
广州地铁3号线体育西路2002.06单层三连拱隧道30.3 m x8.5m采既有线底纵
站下穿既有丨号线体育西至用调整的中洞法下穿双层三跨框0.67梁加固、优<5路站2005.06架结构车站化工序
重庆轨道交通10号线红土地站下穿既有6号线红土地站2011.06
至
2014.06
2个相距1.66 m的马蹄形断面隧
道（单洞双层拱形结构）11.63 m x
15.2 m采用C R D工法下穿单拱双
5.06
机械开挖结
合控制（弱）
爆破施工
1.30
(轨道沉降）
2021年第1期何海健，等：新建地铁车站下穿既有车站土建措施研究275
从新建车站的断面形式看，上述案例除广州体 育西路站采用单层三连拱隧道大跨下穿外，其他案 例均采用两个分离隧道化大为小、变大跨为小跨下 穿既有车站。新建车站中间下穿段仅保留必要的 站台宽度，以最大限度地压缩单洞跨度。与之密切 相关的是新建车站的施工工法，采用大断面下穿的 广州体育西路站采用调整的中洞法，其余采用分离 隧道下穿的车站，均采用C R D工法。
从新建车站的结构层数看，上述案例除位于砂 质泥岩和砂岩地层中的重庆红土地站采用双层结 构外，其他位于土层的案例均采用单层结构下穿既 有车站。新建车站中间下穿段采用单层结构，仅保 留站台层，为端厅式车站。
从下穿的邻近距离看，北京公主坟站和角门西 站均采用密贴下穿，广州体育西路站和北京宣武门 站预留加固措施操作土层厚度，重庆红土地站则因 位于I V级围岩采用控制（弱）爆破施工而适当拉 大了邻近距离。
从下穿的土建技术措施看，工程案例采用的措 施主要包括：优化下穿段的施工工序、注浆加固地 层（包括小导管、深孔注浆等）、千斤顶顶升既有线 结构、加固既有线结构等。
2下穿既有车站土建技术措施研究
下穿既有车站土建技术措施应从新建车站施 工控制措施、地层变形控制措施以及既有车站结构 加固措施3个方面，即从既有车站沉降的影响来 源、传播路径和保护对象3个方面进行考虑，这3 个方面又包含若干具体的技术措施[11]。
2.1新建车站施工控制措施
新建车站施工控制措施主要是控制既有车站 沉降的源头影响，可以通过对新建车站施工方法、施工顺序、支护方法的优化及辅助措施来减小对既 有车站的不利影响。这类措施积极主动，作用明 显，能从根本上减小新建车站施工引起的地层沉 降，进而减小既有车站的结构沉降。
2.1.1施工工法的优化
新建车站施工工法应尽可能减小施工引起的 地层沉降。暗挖工法众多，如单洞隧道可采用全断 面法、台阶法、预留核心土法、中隔壁法（C D)、交叉 中隔壁法（C R D)、双侧壁导坑法施工；单层多跨结 构可采用中洞法、侧洞法、柱洞法施工；多层结构可 采用中洞法、侧洞法、柱洞法、洞桩（柱）逆作法
(P B A)或一次扣拱法施工。一般而言，从控制沉降的角度，对于单洞隧道结构，C R D工法优于C D 工法，C D工法优于台阶法，台阶法优于全断面法；对于多层多跨结构，P B A工法具有其他工法无可 比拟的优势。设计中应对各种工法进行比选，结合 本工程的可实施性，选择最优工法进行施工。
2.1.2施工顺序的优化
施工顺序对沉降控制同样起着非常重要的作 用。首先应明确工程的控制目标，是为了减小既有 车站的总体沉降还是变形缝两侧的差异沉降，结合 变形缝的位置，从而决定相关的隧道或导洞是该平 行施工、对称开挖还是应该错开一定步距开挖，是 该先施工P B A工法的上层导洞还是下层导洞等。
2.1.3支护方法的优化
支护方法的优化主要集中体现在洞内支护措 施的及时性、支护质量以及支护参数的合理选择 上。在下穿既有线区段，开挖时可采用短进尺施 工；在洞周一定范围内进行深孔注浆，起到一定的 支墩作用；开挖施工暂停时，需立即挂网喷射早强 混凝土对掌子面进行封闭，必要时深孔注浆控制开 挖面的稳定性；加密初支格栅；加厚混凝土喷层厚度 并提高喷层的密实度；打设锁脚锚管，防止墙角处的 应力集中；加强导洞和主洞拱部初支背后的回填注 浆质量，而且施作时间应紧跟掌子面施工；二It施丁. 时初期支护的拆除及受力转换；二衬加强配筋等。2.1.4顶升或支顶措施
新建车站施工措施还包括在新建车站施工过 程中利用千斤顶、丝杠等机械工具对既有结构进行 顶升或支顶，以避免既有车站在施工过程中产生过 大沉降。P L C液压同步控制顶升技术是较常见的 一种（如图1所示），该技术用于大型建构筑物毫 米级同步升降控制，其原理是将多个液压千斤顶通 过传感器、油管等连接至液压栗，并通过电脑终端 进行控制，实现高精度闭环同步顶升。支顶对象可
图1高精度液压同步顶升设备系统布置图
Fig. 1Layout of high precision hydraulic
synchronous jacking equipment system
276地下空间与工程学报第17卷
2.2地层变形控制措施
地层变形控制措施主要是从变形传导路径上 控制新建车站施工对既有车站的影响。新建车站 施工引起的沉降借助邻近地层得到传导，进而作用 到既有车站结构上，这就需要对关联地层采取有效 的措施。这些措施可以分为：
2.2.1地层改良
可以通过地面或洞内注浆改良新建车站和既 有车站附近的地层，以减少地层的松动范围，控制 既有车站沉降。注浆是利用气压、液压或电化学原 理，把某些能固化的浆液注人岩土体的裂隙或孔 隙，以改善地层的物理力学性质，达到加固、止水 等目的的工程作业活动。注浆材料应根据工程所处地质条件和注浆目的合理选择，宜选取普通 硅酸盐水泥、超细水泥、硫铝酸盐水泥、水玻璃 等。根据浆液分布形态，可分为充填注浆、渗透 注浆、劈裂注浆、劈裂渗透注浆和挤密注浆5种形式。注浆实质是通过增加地层的〇、<^值，提高 其强度、刚度和抗渗性。注浆加固法适用于砂土、粉土、黏性土和一般填土等地层，在砂卵石地 层中也可适用。
2.2.2施工影响隔离
通过在新建车站和既有车站之间的地层内设 置隔离措施来隔绝新建车站对既有车站的施工影 响，如在下穿段两端的横通道内向中间土体打设大 管棚等[3]。值得一提的是，隔离措施自身的施工 对既有车站也存在一定的扰动，施工中应尽可能减 小。施工影响隔离措施的应用需要既有车站和新 建车站之间有一定的施工空间。
2.3既有车站结构加固措施
既有车站结构加固措施是从既有车站自身提 出的应对施工影响的措施，通过对既有车站结构构 件进行补强来实现。
既有车站结构在设计之初未考虑有新建车站 的下穿影响，构件尺寸不满足下穿施工所引起的附 加应力的需要，故需对原结构的部分构件如底纵梁 等进行补强。广州地铁3号线体育西路站下穿1号线体育西路站时，曾采用此法。首先破除既有结 构底纵梁加固范围的站台板及保护层，凿毛梁表 面，涂底漆后进行底梁加固。
3 工程案例
以北京地铁6号线苹果园站密贴下穿既有1号线苹果园站为例，介绍各类土建技术措施在下穿施工中的应
用。该工程下穿段采用双层三跨框架 结构断面，23.5 m x l4.82 m(宽x高），8导洞P B A
工法施工，下穿单层四跨（五跨）既有车站。下穿 段规模超大，开挖面积高达420.7 m2，刷新了国内 新建车站下穿既有车站的记录，工程实施难度和施 工风险极大，土建技术措施包括：主体结构采用控 制沉降较好的P B A工法施工、两两导洞之间土体 采用C D法施工、上下层导洞及同层导洞开挖顺序 优化、深孔注浆超前加固地层、丝杠横梁支顶工艺 +高压补浆。
3.1工程概况
3.1.1新建M6苹果园站
新建车站为站台宽度14 m的岛式车站，全长 324.4 m，设4个出人口、2处风道和1个安全 出口。
主体结构分标准段（为站厅和站台层，双层三 连拱结构，P B A工法施工）、三层段（明暗挖结合，下两层为站厅和站台层，双层三跨框架结构，P B A 工法施工；上层为苹果园枢纽南北地块及6号线的 换乘厅，单层三跨框架结构，明挖法施工）和下穿 段（为站厅和站台层，双层三跨框架结构，P B A工 法施工）。M6与M l苹果园站总平面如图2所示。
图2 M6与M l苹果园站总平面图
Fig. 2 Site-plan of Pingguoyuan Station
(Metro 6 and Metro 1 )
3.1.2既有地铁1号线苹果园站
既有M l苹果园站为地下侧式站台车站，单层 四跨或五跨框架结构（车站纵向中间5跨为双层 结构），四跨结构宽17.0 m，高6.45 m；五跨结构宽29.6 m，高6.8 m。明挖法施工，单层段车站上部覆 土约 4.9 m。
既有结构在四跨与五跨断面交界位置有一条 变形缝，正好位于M6苹果园站两中导洞的上方。M l苹果园站变形缝位置如图3
所示。
2021年第1期
何海健，等：新建地铁车站下穿既有车站土建措施研究
277
地铁1兮线萨果园站
地铁rK ；•线苹果园站
一②
一
导洞
44
②
0^1
If
@ ®
©
®
(a )步序(1}
序进行施工，如图5(a )。
(2)
采用深孔注浆超前加固中导洞周边土体,
同时开挖中导洞并进行初期支护，按先下后上的顺 序进行施工，如图5(b )。
(3)
导洞完成后，分别在下边导洞和中导洞内
施工边桩下条形基础和底纵梁。采用人工开挖边 桩和中桩，施作边桩及钢管柱。安装边粧和钢管柱 上方的丝杠及其上工字钢，顶紧既有车站底板，绕
筑桩顶冠梁及顶纵梁，如图5(c )。
(4)
中隔壁法开挖边跨导洞间土体，台阶法开
挖中跨导洞间土体，施工初支，加强监控量测。根 据梁顶混凝土的收缩情况，进行高压补浆，如图5
⑷
。
(5) 分段拆除上层导洞侧墙初支及中隔壁，铺
设结构外侧防水层，浇注结构顶板及部分侧墙，如
图 5(e )。
(6)
顶板达到强度后，分施工段拆除模板及导
洞底部初支，开挖土体至地下一层楼板下方，采用 土模浇筑中纵梁及楼板，铺设侧墙防水层，浇筑侧 墙，如图5(f )。
(7)
继续开挖土体至底板，分段破除下导洞初
支，施工防水层、底板及侧墙，如图5(g )。
②导洞44
④导洞43⑥导洞42 ②导洞41
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(b )步序⑵
图3 M 6与M l 苹果园站下穿段位置关系图
Fig. 3 Position diagram of passing through section of
Pingguoyuan Station ( Metro 6 and Metro 1)
3.1.3下穿段结构
苹果园站下穿段主体结构长52.4 m ，宽 23.5 m ，两层三跨箱型框架结构，斜向70°角密贴下 穿既有M l 主体结构，同时两端与带有换乘厅的三 层三跨主体结构相接。下穿段上、下层分别为站厅 层、站台层，顶板覆土厚11.76 m ，底板埋深27.03
ni 。下穿段边粧米用灌注粧，c |)l 000 nim @> 1 600 mm ，粧长 11.67 m 。钢管柱 000 mm @6 200 mm , 净高10.05 m。钢管柱采用条形基础。下穿段横断 面如图4所示。
图4 M 6苹果园站下穿段横断面图
Fig. 4 Cross section of passing through section of
Pingguoyuan Station ( Metro 6 and Metro 1)
地质情况：地面下2.8 m 范围内为填土，以下 均为卵石地层，分别为卵石(D 5层、卵石⑤层、卵石 ⑦层和卵石⑨层。顶板位于卵石⑤层，底板位于卵 石⑨层。卵石⑨层地基承载力特征值达650 kPa 。水文情况：地下水为潜水（二），位于底板下 10.25 m 03.2 施工步序
苹果园站下穿段施工步序如下。
(1)采用深孔注浆超前加固边导洞周边土体, 同时开挖边导洞并进行初期支护，按先下后上的顺
变
形缝
变
裂
变
形缝
变
形
缝
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