淺埋暗挖隧道近距施工引起的上覆地鐵結構變形問題進行討論

文/趙雷 中鐵第六勘察設計院集團有限公司 天津 300000

隨著我國城市化建設的飛速發展，多數地區都開始興建地鐵交通。然而新建隧道施工會干擾地鐵結構。因此在確保地鐵安全性前提下，需要對現有地鐵變形情況進行控制。如果地鐵出現較大變形情況，將會使軌距，隧道凈空以及軌面標高無法滿足當前列車行駛需求，還會對地鐵交通造成極大影響。所以，近接施工已經成為地鐵施工中風險等級比較高的工程。對隧道施工所造成的地下結構變形問題進行分析具有重大現實意義。

1、地鐵工程案例分析

此次所研究的新建4 號地鐵線某站單層段垂直下穿現有3 號線車站。地鐵的車站結構為鋼筋混凝土矩形框架結構，寬度和高度分別在18.6m和6.74m，每相隔27m 設置變形縫。在對該地鐵結構進行檢測，結果顯示，結構耐久性有所下降，存在細小裂縫，其余部位均良好。在該地鐵工程中，可以將現有地下結構變形情況劃分為兩個部分，其中一部分為旁側施工引起結構的變形一般是不均勻沉降，結構自身整體變形效果基本上可以忽略。在工程開始之前，在不考慮現有地下結構變形，注漿加固和管棚施工所造成的抬升作用。需要按照工程實施進度簡化施工過程。

2、現有地下結構整體變形規律分析

2.1 上覆地層變形規律分析

在分析上覆地層變形規律時可以應用Peck公式，單洞隧道開挖所導致的地表沉降為

在上述公式中，s（x）表示地表沉降數值；A 表示開挖面積；V1 表示地層損失率，i 表示沉降曲線對稱中心到曲線拐點的距離。

2.2 地層沉降損失率分析

通過表1數據能夠看出，地層損失率在0.116%至0.180%之間。由于新建隧道支護采用型鋼材料，再加上各導洞的開挖面積比較小，可以對隧道洞周邊收斂情況進行控制，所以地層損失率處于低水平狀態。

表1 Peck 公式擬合沉降的相關參數

在開挖期間，前四步施工期間主要應用臨時鋼支撐，能夠起到支撐作用，提升支護體系剛度，還能夠明顯控制隧道收斂變形的作用，地層損失率數值逐漸下降。

在將第一步地層損失率數值與第五步地層損失率數值進行比較分析能夠看出，兩者之間的數值大小基本一致，并且比第二步至第四步地層損失率數值大。第一步和第五步具有系統的支護體系，不存在臨時支撐問題。在進行第五步開挖期間，其開挖面積達到第一步的四倍。

3、現有地下結構塊變形規律分析

由于地鐵車站結構大多屬于整澆結構，橫向剛度和縱向剛度比較大。在近接工程中由于存在變形縫，現有地下結構與分段式箱梁結構比較類似，因此可以應用鋼體運行規律分析變形縫之間的塊體。

通過分析能夠看出，塊體主要為剛體轉動，隨著整體沉降和彎曲變形情況，可以將塊體轉動量通過以下公式表示：

其中θ 表示塊體轉動角度。S 左表示塊體左端沉降值；S 右表示塊體右端沉降值；之后對各塊體轉動角度進行計算分析。結果如表2所示：

表2 塊體轉動角度

在施工持續進行區間，會相應增大塊體轉動角度。B 塊石和C 塊石受到施工干擾影響比較大，最大轉動角度為0.0131°和0.0157°，但是也有部分塊體受到施工干擾影響比較小，比如A塊石和C 塊石，其最大轉動角度為0.0018°和0.0035°.在實際施工期間，C 塊石在3 變形縫左側測點的12 處結束時沉降達到1.24，因為其存在較大轉動角，因此在第四步和第五步的轉動角度0.0066、0.0157。

在不同施工階段，塊體轉動和沉降會沿著2變形縫呈現出對稱分布特點。雖然變形縫處出現不連續沉降問題，然而塊石額沉降特點呈現出“鏈狀”，其類似于天然地層變形特點，因此可以應用Peck 公式分析和描述。

3.2 分析塊體間絞接問題

由于存在轉動和沉降問題，因此塊石頂部在變形縫兩側會出現擠壓、匯聚和鉸接情況。如果塊體下方土體存在較大沉降量，并且塊體支架鉸接處所產生的剪切力比咬合力小，則會分離土體和塊體。

在完成近接工程之后，A、B 塊石在1 變形縫的沉降值最大可達到1.12mm，并且與土體沉降一致，兩塊體之間未出現明顯的擠壓作用。B、C 塊石在2 變形縫處于上下錯動，錯動值可以高達0.73mm。通過分析可以看出，B、C 塊石相互擠壓所產生的剪切力比咬合力大，鉸接點分離，塊體B 和塊體C 之間無力學聯系。C 塊體和D塊體與B、C 塊體情況比較類似。所以該地鐵線路地下結構塊體之間沒有由于相互鉸接和咬合產生三鉸拱，并且不同塊體與土體之間的變形情況比較一致，未發生與土體分離所導致的懸空問題。

結語：

綜上所述，通過以上分析可以得出以下結論：兩變形縫間現有地下結構會受到近距下穿施工影響，并且展現出剛體位移情況，并且以沉降和轉動為主。在開挖工程持續進行情況下，會逐漸增加塊體轉動量。使用Peck 公式進行擬合分析，結果顯示，地層損失率在0.117%至0.176%之間，并且與現有地下結構開挖斷面尺寸和開挖工程無顯著關聯性，與支護體系的架設時間以及剛度強度等有關。