雙線隧道零距離下穿既有地鐵車站暗挖施工方案研究*

張社榮 王振振 王世強(qiáng) 龔文超 尚 超

(天津大學(xué)水利工程仿真與安全國家重點實驗室，300350，天津//第一作者，教授)

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口膨脹和城市軌道交通的發(fā)展，在繁華的城市中心必然會出現(xiàn)新建地鐵線路下穿既有營運車站的問題[1]。采用CRD(交叉中隔墻)法+直墻暗挖施工方案可減少擾動，且施工速度快，能促進(jìn)城市中心區(qū)域建設(shè)與日常運作的協(xié)調(diào)統(tǒng)一[2]。

國內(nèi)有較多類似工程。由文獻(xiàn)[3],北京地鐵10號線下穿與之十字交叉的1號線時，由于既有1號線車站變形控制指標(biāo)較高(小于3 mm)，故在設(shè)計時采用平頂直墻CRD法+多重預(yù)頂撐的暗挖施工技術(shù)進(jìn)行開挖。文獻(xiàn)[4]的案例除了采取開放型盾構(gòu)外，還用新奧法施工，并在施工過程中對既有鐵路進(jìn)行了沉降及扭轉(zhuǎn)等方面的監(jiān)測。在文獻(xiàn)[5]的案例中,多層軟弱地質(zhì)條件下,兩隧道工作面距離基本保持為75 m，其監(jiān)測分析表明，地表最大隆起量與沉降量均滿足警戒控制指標(biāo)。文獻(xiàn)[6]在新老結(jié)構(gòu)間夾土層中分層打設(shè)管棚,并進(jìn)行了高壓注漿的研究。

1 工程概況

深圳地鐵4號線福民站為2層雙跨現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，其總長度為215.6 m，寬度為20.0 m。該站為既有運營車站。深圳地鐵7號線皇崗村站—福民站區(qū)間(以下簡為“皇—福區(qū)間”),以雙線平頂隧道型式零距離下穿福民站。由于雙線間距小,故施工難度大,風(fēng)險高。皇—福區(qū)間與既有福民站平面關(guān)系見圖1。

圖1 皇—福區(qū)間與福民站平面關(guān)系圖

2 施工方案

2.1 主要土層物理力學(xué)參數(shù)

既有福民站的巖土物理力學(xué)參數(shù)見表1[7]。

表1 地層物理力學(xué)參數(shù)

2.2 方案比選

2.2.1 雙線先后開挖方案

在雙線先后開挖方案中,先施工右線隧道;當(dāng)右線開挖完成,開始施作襯砌時,左線開始開挖;當(dāng)雙線下穿段開挖完成后,左線開始施作二次襯砌。對既有福民站底板位移情況進(jìn)行仿真計算。計算結(jié)果見圖2。其中,底板豎向位移以向上為正。

圖2 雙線先后開挖時既有福民站底板中部不同部位位移曲線圖

圖2表明:既有福民站底板中部西側(cè)呈沉降趨勢;在右線開挖時,底板出現(xiàn)較大沉降(約1.53 mm)，整體最大沉降值約2.03 mm;既有車站底板中部東側(cè)呈隆起趨勢。

2.2.2 雙線同時開挖方案

雙線同時開挖時,既有福民站底板的豎向位移仿真計算結(jié)果見圖3。由圖3可見，雙線同時開挖方案的既有車站底板變形規(guī)律與雙線先后開挖方案基本一致。

2.2.3 施工方案對比分析

兩種施工方案的既有福民站底板中部最大豎向位移對比見表2。

由表2可見:①雙線先后開挖方案的底板中部豎向變形趨勢相對較緩，更利于既有車站的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定;②雙線先后開挖方案中的地表最大沉降量及最大隆起較小。因此,雙線先后開挖方案更優(yōu),故選擇該方案為最終施工方案。

圖3 雙線同時開挖時既有福民站底板中部不同部位位移曲線圖

表2 兩種施工方案的既有福民站站底板中部不同部位最大豎向位移對比

3 實際監(jiān)測數(shù)值與模擬計算數(shù)值分析

3.1 車站變形監(jiān)測控制指標(biāo)

皇—福區(qū)間新建雙線隧道下穿工程對既有營運車站的變形控制標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3 既有福民站變形監(jiān)測控制指標(biāo)

3.2 測點分布

豎向位移實際測點布置如圖4所示。為與模擬計算結(jié)果對比,選擇測點①和③作為對比測點。

圖4 既有福民站底板豎向位移實際測點布置圖

3.3 實際監(jiān)測結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果對比

測點①與測點③的實際監(jiān)測數(shù)據(jù)及模擬計算結(jié)果如圖5所示。

a) 模擬計算位移曲線

b) 實際監(jiān)測位移曲線

對比分析現(xiàn)場監(jiān)測和數(shù)值模擬結(jié)果可得：

(1)自下穿段開始開挖至施工完成的過程中，既有車站底板西部測點的豎向變形整體呈現(xiàn)沉降，且隨著由東向西開挖的進(jìn)行，沉降位移速率先增加后減緩并趨于穩(wěn)定。

(2)底板東部測點③的實測值與模擬值變化規(guī)律一致，均是隆起狀態(tài)。最大隆起實測值約為7.37 mm，最大隆起模擬值約為3.60 mm。底板西部測點①的實測值與模擬值變化規(guī)律一致，均為沉降狀態(tài)。最大沉降實測值約為7.69 mm,最大沉降模擬值約為2.00 mm。

通過分析可知，數(shù)值計算的變形規(guī)律與監(jiān)測結(jié)果基本一致。由于實際施工過程中影響因素比較多，故實際監(jiān)測結(jié)果偏大，與模擬計算結(jié)果存在差異。二者均小于結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測控制值(10.0 mm)，驗證了數(shù)值模擬計算方法的可靠性。

4 結(jié)語

本文基于車站變形監(jiān)測控制標(biāo)準(zhǔn)，研究了了雙線同時開挖和先右后左兩種施工方案同既有車站底板不均勻沉降的關(guān)系。經(jīng)分析，雙線先后開挖方案對既有車站的豎向變形更為有利，主要表現(xiàn)為以下幾點：

(1)通過仿真模擬計算分析，確定采用雙線先后開挖施工方案，能有效減小既有車站底板的變形，更利于對既有車站不均勻變形的控制。

(2)雙線先后開挖方案的地表最大沉降量及最大隆起量較小。不管是從變形速率還是從沉降位移的控制來看，雙線先后開挖方案均較優(yōu)。

(3)由于實際施工過程中影響因素比較多，故實際監(jiān)測結(jié)果偏大，與模擬計算結(jié)果存在差異，但二者都小于結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測控制值。

通過分析,得到雙線隧道下穿既有車站的雙線先后開挖施工方案對既有車站不均勻變形影響的一般規(guī)律。結(jié)合實際監(jiān)測結(jié)果,驗證了當(dāng)前施工方案的適用性。