深埋軟巖小凈距隧道近接既有車站的位移響應

張立國 王志金

摘 要：本文章以某地鐵站為施工背景，建設的車站選用的是分離式小凈距隧道近距下穿既有車站，借助三維數據研究和場地實際勘測相結合的形式，對現有站臺體系的位移響應展開具體的研究與討論，提出了施工過程中的關鍵環節，并總結得出了一些結論。研究數據證明，場地勘測與數值運算的最終數據大致相符，符合隧道體系縱向位移≤10mm的標準。

關鍵詞：城市軌道交通 小凈距隧道 沉降槽寬度參數

中圖分類號：U231 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）06（c）-0054-02

近年來，隨著軌道交通建設的迅速發展，新建的地鐵結構越來越多地下穿既有結構，在近接施工過程中，會不可避免地對既有地鐵結構產生擾動，因此，如何確保新建結構施工時既有結構的正常運營，就成為地鐵建設的難點和重點。根據《北京市軌道交通工程風險工程分級與設計指南》（BJMTR/RM}F-03，2013.05），軌道交通下穿既有地鐵線路（含鐵路）風險源等近距下穿既有車站的位移級為特級、一級，因此，開展針對位移響應的研究尤為重要。

1 工程概況

某地鐵項目處在兩江新區中，地鐵全長32.15km，在此中地下段的全長為24.85km，高架段全長為7.3km。本項目一共建設19座車站，其中有一座為地上車站。

本工程位于五紅路段處，呈現以南、北方向的布置，借助15m島式站臺，單拱雙層體系，站臺主體運用暗挖的形式進行建設。車站全長222m，二襯寬度為25.2m，高度20.81m，站臺屬于復合式襯砌體系，且其埋深大，頂層覆蓋的層厚大致為65.1～72.9m。

本站和現有的地鐵6號線紅土地站呈現以一種十字換乘的形式，位于6號線的紅土地站在該站臺的上層，同已有的結構之間的間距為5.06m，而紅土地站整體的建筑模式選用雙層體系，建筑主體剖面尺寸的寬23.16m，高為18.36m，現如今運作的情況穩定。

本站下穿區間是基于小凈距隧道、雙層拱體系設置的，單個隧洞的凈距是1.66m，穿越區間的穩固手段主要包含以下幾種。

（1）在進入洞體之前，超前小導管穩固拱體的圍巖，施工選用φ42mm的導管，L=6.0m，環距0.4m，一共2環。

（2）在下部穿越區間嚴格借助非爆破形式進行挖掘。

（3）中部巖柱進行中空注漿，將規格為R25@lm×0.5m、L=2.5m的拉錨桿布置成梅花形。

（4）首先挖掘右邊隧道，等到右側隧道初支與二襯工作完成后再挖掘左側的隧道。

（5）強化初支護的強度，借助型號為25a的工字鋼進行強化，挖掘的進尺選擇為0.5m。

（6）上下階梯錯開之間的間距≤5m，并及時地封閉初支。

（7）對初支的后側進行及時的注漿工作，以免出現空隙。

（8）強化對現有軌道與現有體系的監測，依照監測到的數據信息，并且有機結合實際的施工方案，不斷優化本工程中的穩固技術。

2 基于現場實測數據分析的位移響應

2.1 基于Peck公式既有車站的豎向位移擬合

本項目所選用的是分離式的小凈距隧道穿越現有地鐵站臺，借助在已有站臺拱頂區域的布控點，動態監控現有站臺縱向位移與水平位移，通過分析實際的監測結果能得出，站臺架構的水平位移還是要低一些，并且基于既有車站縱向位移進行分析。

選用Matlab 7.0軟件來對場地測得的數據展開擬合工作。

借助研究現有體系縱向位移能歸納出以下幾個結論：

（1）下穿越區間小凈距隧道借助CRD的形式進行建設，每個隧道均能劃分成左、右各一個導洞，并且所有導洞都包括上、中、下3個階梯。上階梯挖掘造成現有體系的縱向位移占到了整體位移的27.4%，而中階梯與下階梯的比重分別是9.6%與12.4%。

（2）考慮到在CRD建設的過程中，中隔壁的拆除施工會在很大程度上擾動隧道周圍環境，沒有進行拱頂和回填層的澆筑作業前，應有機結合實測數據分段（約6～7m）將原本的支撐拆除，可是拆除工作會在很大程度上促進結構產生位移，并且比重達到了30.1%。

（3）在小凈距地鐵建設環節中，左、右側隧道挖掘引起的縱向位移會產生疊加效益的現象。隧道挖掘斷面規模較大，而中部巖柱較窄，既有架構縱向位移的累積曲線還沒有呈現出一種雙峰值的特征。

（4）下部穿越現有體系仰拱縱向位移造成的提提沉降與Peck曲線的特質相符，監測數值的縱向位移的極值為8.42mm，符合隧道體系縱向位移≤10mm的標準。

2.2 既有車站的豎向位移擬合結果分析

（1）沉降槽寬度參數K。

基于天然泥巖地質條件與下部穿越現有地鐵站臺體系相同區域縱向位移曲線兩者間的比較情況，能得出結論：軟巖小凈距隧道沉降槽寬度參數K的范圍是2.89～3.82。運用FLAC工具能進行有限元差分析，并且能形成三維運算程序，就沒有包括現有體系的站臺挖掘造成的相同區域的縱向位移開展研究，能得出穿越現有結構的參數值相對較大，是自然地質環境標準的0.924倍[1]。

下穿既有車站實際測得的參數值相對較小，主要是因為小凈距隧道挖掘造成的勢能的釋放被現有的站臺結構造成影響，體現出以下兩個層面：地下站臺的挖掘造成了地下空間中能量的釋放，現有的站臺結構可以吸收這一部分能量，并將其轉化成為對應的應變能，呈現出整體發生位移的情況；現有地鐵站臺的結構阻礙了能量向土層之上傳遞的趨勢，因為能量就會向水平方向延伸，所以比天然泥巖環境下橫向的作用區間小。

（2）地層損失率V1。

依照監測數值的擬合結論，其中V1的數值選擇區間是0.108%～0.16%，由于小凈距地鐵的建設借助CRD法進行挖掘、實時開展初支護工作，所以土層的損失率數值才會整體偏低。

2.3 施工過程中的關鍵環節

（1）下穿段一定要采取非爆破挖掘的施工技術，并且在拱頂配置中空注漿錨桿，嚴格掌控實際的注漿成效，預先運用措施將拱部巖體穩定。

（2）控制隧道仰拱后的施工，有機結合實測數值分段（約6～7m），運用先進的施工技術將臨時中隔壁拆除。

（3）嚴格依照設計標準進行挖掘，并及時開展支護工作。

3 基于數值計算分析的位移響應

3.1 數值模型的建立

依照穿越現有站臺的項目實況，借助有限元差分軟件FLAC，可以構建起一個三維立體的站臺數據模型[2]。依照Saint Vecant的機理，地下站臺作業只影響洞體附近一定區間的巖體，所以模型計算的范圍是：以新建站臺橫斷面寬度方向為x軸，取值160m；同樣的，以戰線的方向為模型的y軸，以數值方向為模型的z軸。

3.2 數值模型的結果分析

根據下穿越已有結構仰拱縱向位移監測數值與計算處理后得出的擬合曲線，可知：

（1）場地監測與數據計算的結果大致符合，地表沉降的極值區域處于中部巖柱軸線的上面。

（2）下穿現有結構仰拱縱向位移造成的沉降規律與Peck曲線的特性相符合，監測數值的縱向位移的極值為8.42mm，符合隧道體系縱向位移≤10mm的標準。

4 結論

根據上文分析，關于深埋軟巖小凈距隧道近接既有車站的位移響應，可得出以下結論。

（1）下穿區間范圍小凈距地鐵挖掘造成的上層現有建筑縱向位移有著較為顯著的階段特征，挖掘上階梯與拆除臨時支護所造成的位移站到了總位移的將近60%。

（2）在小凈距隧道建設環節中，左、右隧道的縱向位移擬合曲線和雙Peck曲線的規律特征一致。

（3）就天然泥巖環境而言，下穿越現有建筑計算得到的沉降槽寬度參數K值較小，這是因為小凈距隧道施工引起的能量釋放會被已有的建筑體系擾動。

（4）場地所檢測得到的數值經過計算處理之后基本相吻合，符合隧道體系縱向位移≤10mm的標準。

5 結語

綜上所述，文章對既有車站的位移響應進行分析，可知：下穿已有架構所得沉降槽寬度數據是自然土層前提下的0.924倍；深埋軟巖小凈距下穿已有建筑體系的隧道土層損失率的數值區間是0.108%～0.16%；上臺階開挖掘是注重控制拱區域中空注漿錨桿的超前加固工作，構成一定區間的承載拱。

參考文獻

[1] 扈世民，張頂立，郭婷，等.大斷面黃土隧道變形特征分析[J].鐵道學報，2012，34（8）：117-122.

[2] 韓煊，劉赪煒，Jamie RStanding.隧道下穿既有線的案例分析與沉降分析方法[J].土木工程學報，2012，45（1）：134-141.