分析隧道近距離下穿既有線地鐵線路安全控制對(duì)策

王道鋼 楊鐘凱

蘇州市軌道交通集團(tuán)有限公司 江蘇 蘇州 215004

在中國(guó)，改善城市交通擁堵，發(fā)展地鐵交通以及解決許多城市交通流量是城市目前面臨的主要挑戰(zhàn)之一。在城市地鐵網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過程中，不可避免地要出現(xiàn)新的地鐵建設(shè)項(xiàng)目，地鐵工程施工條件復(fù)雜，開挖跨度大，臨時(shí)支撐和施工方法具有頻繁的特點(diǎn)轉(zhuǎn)換，顯著的時(shí)空效應(yīng)等，因此，近距離穿越既有線路的城市地鐵是一項(xiàng)比較困難，技術(shù)復(fù)雜，高風(fēng)險(xiǎn)的工程。 隨著城市地鐵網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，在地鐵建設(shè)過程中地下結(jié)構(gòu)和地面環(huán)境物體的數(shù)量不斷增加。保證其安全性是必然的，因此，地下工程采用適當(dāng)?shù)氖┕し椒ê洼o助設(shè)施，在近距離穿越既有地鐵線路時(shí)，輔助方法可以最小化對(duì)現(xiàn)有線路的不利影響，并確保線路施工和結(jié)構(gòu)的安全性，這是目前需要解決的非常重要和迫切的問題。

1 工程概況

軌道交通建設(shè)的不斷擴(kuò)大，大量的新老線將交叉。在某些大型交通樞紐的位置，線路是復(fù)雜且可互換的，新舊線路的緊密交集是不可避免的。 研究人員觀察到如何確?，F(xiàn)有地鐵結(jié)構(gòu)的安全性和現(xiàn)有地鐵的正常運(yùn)行不會(huì)受到影響。 在地鐵的單線隧道中，左，右線穿過現(xiàn)有地鐵的開挖隧道。橫截面長(zhǎng)度約為240米，與既有地鐵結(jié)構(gòu)的最近距離僅為1.70米，最小角度僅為7°。由于施工期的限制，新隧道必須通過爆破施工，圍繞隧道的隧道是密集的多層結(jié)構(gòu)，地下電纜密度很高，非常繁忙。

根據(jù)有關(guān)規(guī)定，對(duì)既有地鐵的保護(hù)原則是：1）混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫寬度不應(yīng)大于0.2 mm。 2）地鐵施工引起的隧道結(jié)構(gòu)沉降不得大于12 mm的垂直和平面曲率半徑。 3）灌漿施工引起的附加載荷不應(yīng)超過20 kPa。在地鐵施工引起的振動(dòng)隧道過程中，地鐵施工引起的振動(dòng)隧道最大速度小于或等于2 m / s。

2 施工對(duì)既有線影響的安全性分析

為了解施工過程中地層的變形及施工對(duì)現(xiàn)有跨區(qū)隧道的影響，采用三維有限元模擬計(jì)算方法對(duì)現(xiàn)有線路施工過程進(jìn)行了數(shù)值模擬分析。

2.1 計(jì)算模型及參數(shù)

根據(jù)工程的實(shí)際情況和特點(diǎn)，將土層簡(jiǎn)化為水平分層彈塑性材料，方法是：在三維有限差分元分析中，采用MC彈塑性模型；水平位移約束應(yīng)用于模型的前后左右，垂直位移約束應(yīng)用于底部，頂面是自由的。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)和理論分析，選擇的土壤范圍為130 m×330 m×70 m（X×Y×Z）。在該區(qū)域中，通過激活和鈍化挖掘區(qū)域中的土壤來模擬土壤層，并通過襯砌元件模擬隧道施工過程和土體位移。整個(gè)三維有限元計(jì)算模型由93764個(gè)元素組成。計(jì)算分為三個(gè)工作條件：一是地鐵隧道開挖完成；二是地鐵隧道挖掘40步完成；最后要考慮到地鐵隧道結(jié)構(gòu)的計(jì)算。

2.2 數(shù)值模擬結(jié)果及分析

隧道的最大沉降值為12毫米。隧道結(jié)構(gòu)的最大沉降量為6.13 毫米，以滿足沉降要求。通過數(shù)值模擬，地鐵施工對(duì)結(jié)構(gòu)截面軸向力的影響較為復(fù)雜，但軸向力的變化范圍較小，隧道的最大軸向壓力在右墻頂部。如果最大垂直位移為6.13毫米，橫向位移為3.8毫米，則最大垂直位移將減小為2.61毫米和2.09毫米。如果將開挖步驟增加到40步，則可以通過增加開挖步驟來有效地減少由地鐵施工引起的隧道結(jié)構(gòu)的偏移和壓力的變化，從而可以提高隧道結(jié)構(gòu)的安全性。

3 安全控制對(duì)策

3.1 近鄰地鐵隧道注漿加固與施工擾動(dòng)變形控制技術(shù)

3.1.1 袖閥管止?jié){墻施工關(guān)鍵技術(shù)

在分析近鄰工程施工技術(shù)和施工難點(diǎn)的基礎(chǔ)上，確定了套筒閥門澆注墻，“零距離，鋼對(duì)鋼”矩形截面等技術(shù)措施，在空間底層非常薄的情況下，常規(guī)的地層放大措施不能有效地依靠既有線路，建立靠近既有線路的剛性支撐結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)下線的施工。在既有地鐵線段，采用套筒閥管灌漿加固地層，矩形截面的頂部和兩側(cè)，形成單門加固區(qū)，對(duì)其起到一定的支撐作用。

3.1.2 矩形斷面開挖與支護(hù)施工關(guān)鍵技術(shù)

首先，對(duì)支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)和加固，工字梁25a鋼框架的間距為500 毫米。 噴射混凝土層的厚度為350毫米,相鄰鋼架焊接雙排L70×70連接角鋼，周向間距800毫米。第二，要注意初支結(jié)構(gòu)與既有結(jié)構(gòu)密貼，控制掘進(jìn)工作面穩(wěn)定。

3.2 近距離下穿既有線隧道施工變形監(jiān)測(cè)及預(yù)測(cè)分析

3.2.1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及監(jiān)測(cè)要求

監(jiān)視和測(cè)量是體系結(jié)構(gòu)的組成部分。通過監(jiān)視和控制地面性能，地面結(jié)構(gòu)，地板和建筑物（結(jié)構(gòu)），調(diào)整設(shè)計(jì)動(dòng)力，調(diào)整建筑，建造設(shè)計(jì)，建造設(shè)計(jì)，培訓(xùn)和規(guī)劃類似項(xiàng)目，建造和監(jiān)控儲(chǔ)備。動(dòng)態(tài)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)監(jiān)視的成功執(zhí)行必須滿足以下要求：（1）監(jiān)視主要基于專門的儀器測(cè)量，以監(jiān)視定量數(shù)據(jù)或由現(xiàn)場(chǎng)表示驗(yàn)證的特定組件。（2）必須完整，可靠且及時(shí)地繪制測(cè)量數(shù)據(jù)。如果狀態(tài)曲線趨于均衡，則將按時(shí)間和最終值計(jì)算回歸分析。（3）在進(jìn)行試驗(yàn)的時(shí)間的基礎(chǔ)上，計(jì)算隧道結(jié)構(gòu)和土壤沉降的穩(wěn)定性和荷載，并提出適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)措施。（4）所有測(cè)量點(diǎn)都反映了測(cè)量點(diǎn)隨時(shí)間的變化。從施工到完成測(cè)試數(shù)據(jù)。（5）作業(yè)單位和施工單位應(yīng)及時(shí)交付施工現(xiàn)場(chǎng)。

3.2.2 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及測(cè)點(diǎn)布置

為了掌握施工過程中的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)，確保洞室的穩(wěn)定性和既有線路建筑物的安全性，下部通道位于正常表面，地鐵隧道的拱頂下沉，通關(guān)收斂以監(jiān)測(cè)和測(cè)量工作量。此外，在主體結(jié)構(gòu)樓層設(shè)置沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每20米一段。在橫截面兩側(cè)距離20米，50米和100米處有一個(gè)部分，每個(gè)部分布置2個(gè)測(cè)量點(diǎn)，總共19個(gè)部分和38個(gè)測(cè)量點(diǎn)。匯聚監(jiān)測(cè)點(diǎn)嵌入隧道主體結(jié)構(gòu)的頂板和側(cè)壁。監(jiān)測(cè)部分與沉降監(jiān)測(cè)部分相同，每20米布置一個(gè)部分，在橫截面的每一端延伸一個(gè)監(jiān)測(cè)部分，每個(gè)部分布置5個(gè)反射板，共15個(gè)部分和75個(gè)測(cè)量點(diǎn)。

4 結(jié)語

通過運(yùn)用近鄰地鐵隧道注漿加固與施工擾動(dòng)變形控制技術(shù)及施工變形監(jiān)測(cè)，可以有效地保證隧道近距離下穿既有線地鐵線路的安全性。