暗挖隧道下穿地鐵出入口通道變形分析及控制

劉士海

(1.北京市建設(shè)工程質(zhì)量第三檢測所有限責(zé)任公司，北京 100037；2.北京市市政工程研究院，北京 100037)

0 引 言

近年來，隨著地鐵工程的建設(shè)和開發(fā)，地鐵線路所覆蓋的地區(qū)越來越大，越來越多的新建地下工程處于既有地鐵工程保護(hù)范圍內(nèi)，兩者之間的相互影響不可避免[1-4]。地鐵車站出入口變形縫對變形較敏感，其兩側(cè)差異沉降過大將導(dǎo)致拉裂、滲漏等，嚴(yán)重影響使用安全[5，6]。

基于此，本文結(jié)合某新建電力隧道下穿地鐵出入口通道工程的施工和監(jiān)測，對暗挖隧道下穿地鐵出入口通道的影響進(jìn)行研究，分析了隧道開挖過程中地鐵車站附屬出入口通道的結(jié)構(gòu)變形及變形縫兩側(cè)差異沉降，以了解暗挖隧道下穿地鐵出入口通道的變形規(guī)律，并提出施工過程中的控制措施及建議，為今后類似工程施工提供借鑒。

1 工程概況

新建電力隧道為拱頂直墻斷面，內(nèi)凈空尺寸為斷面為2.0 m×2.3 m單孔隧道(圖1)。初支為0.25 m厚C25噴射混凝土+鋼格柵，初支格柵縱向間距0.5 m。二襯為0.3 m厚C40模筑防水混凝土。對隧道周圈外1.5 m范圍洞內(nèi)深孔注漿，注漿漿液為水泥-水玻璃雙液漿，單次注漿12 m、2 m止?jié){墻。注漿完成后的土體滲透系數(shù)應(yīng)小于等于1.0×10-7cm/s。注漿加固后土體強(qiáng)度不小于0.8 MPa。

圖1 新建隧道斷面圖

新建電力隧道鄰近及下穿既有地鐵出入口通道，平行段與出入口通道水平距離約8.6 m(圖2、圖3)。下穿出入口通道段隧道與出入口30°斜交，豎向凈距約3.5 m。受新建工程影響的出入口通道采用明挖法施工，原采用樁+內(nèi)支撐方式進(jìn)行支護(hù)。

圖2 新建隧道與既有地鐵車站出入口相對位置關(guān)系平面圖

圖3 新建隧道與既有地鐵車站出入口相對位置關(guān)系剖面圖

根據(jù)勘察報告查明，場地地層由人工填土層、粉土-黏土層、黏土層，地層剖面如圖4所示。

圖4 地層剖面圖

本次勘察期間于鉆孔中實(shí)測到1層地下水。地下水類型為潛水，含水層主要為黏質(zhì)粉土②層。地下水穩(wěn)定水位標(biāo)高為38.24～40.12 m(埋深8.70～9.78 m)。

2 既有出入口變形實(shí)測結(jié)果分析

為了解隧道開挖過程中地鐵車站附屬出入口通道的結(jié)構(gòu)變形及變形縫兩側(cè)差異沉降，了解暗挖隧道下穿地鐵出入口通道的變形規(guī)律，本文通過對施工期既有出入口通道結(jié)構(gòu)豎向位移和水平位移進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測，對既有出入口通道結(jié)構(gòu)變形數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析。

2.1 現(xiàn)場監(jiān)測方案

既有出入口通道結(jié)構(gòu)豎向位移采用精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行監(jiān)測，測點(diǎn)布設(shè)間距為10 m，在變形縫兩側(cè)加設(shè)測點(diǎn)。既有出入口通道結(jié)構(gòu)水平位移使用全站儀進(jìn)行監(jiān)測，結(jié)構(gòu)水平位移測點(diǎn)間距基本與結(jié)構(gòu)豎向位移測點(diǎn)相同。監(jiān)測布點(diǎn)如圖5所示。

圖5 現(xiàn)場監(jiān)測布點(diǎn)圖

2.2 地鐵車站變形實(shí)測結(jié)果匯總

現(xiàn)場測試成果匯總見表1。

表1 實(shí)測結(jié)果匯總表(單位：mm)

從表1可以看出：既有出入口通道結(jié)構(gòu)最大豎向位移為下沉6.34 mm(C10)，最大水平位移0.23 mm(W6)；變形縫兩側(cè)差異沉降最大為5.07 mm(C10-C11)；自動扶梯兩側(cè)差異沉降最大為0.43 mm(C1-C22)。

2.3 出入口結(jié)構(gòu)豎向位移實(shí)測結(jié)果分析

出入口結(jié)構(gòu)豎向位移實(shí)測結(jié)果如圖6、圖7所示。圖6為各豎向位移測點(diǎn)累計值統(tǒng)計曲線圖。圖7為各豎向位移測點(diǎn)時程曲線。

圖6 出入口結(jié)構(gòu)各豎向位移測點(diǎn)累計值統(tǒng)計曲線圖

圖7 出入口結(jié)構(gòu)各豎向位移測點(diǎn)時程曲線

由圖6可知，既有出入口通道結(jié)構(gòu)最大豎向位移為下沉6.34 mm(C10)，發(fā)生在電力隧道下穿上方；車站與出入口通道變形縫處兩側(cè)差異沉降為5.07 mm(C10-C11)、2.82 mm(C12-C13)；自動扶梯兩側(cè)差異沉降為0.43 mm(C1-C22)、0.18 mm(C2-C21)，遠(yuǎn)小于變形縫差異沉降。

由圖7可知，電力隧道穿越施工期間，隨著掌子面推進(jìn)，既有結(jié)構(gòu)會有一定的前期變形，正下穿施工期間，既有出入口通道沉降呈現(xiàn)緩沉狀態(tài)，穿越完成后，出入口變形沉降突變超限且變形尚未穩(wěn)定，原因分析可能是穿越段前期施工過程中飽和黏土低壓深孔注漿效果有限，地下水控制效果不佳且初支背后注漿間距過大無法填充背后空隙，后期初支背后反復(fù)多次注漿減緩了出入口通道的沉降速率，注漿結(jié)束后的一周時間內(nèi)，既有出入口通道結(jié)構(gòu)沉降趨勢趨于平穩(wěn)。

2.4 出入口結(jié)構(gòu)水平位移實(shí)測結(jié)果分析

出入口結(jié)構(gòu)水平位移實(shí)測結(jié)果如圖8、圖9所示。圖8為各水平位移測點(diǎn)累計值統(tǒng)計曲線圖。圖9為各水平位移測點(diǎn)時程曲線。

圖8 水平位移測點(diǎn)累計最大值統(tǒng)計曲線圖

圖9 出入口結(jié)構(gòu)各水平位移測點(diǎn)時程曲線

由圖8、圖9可知，既有出入口通道結(jié)構(gòu)水平位移均較小，遠(yuǎn)小于結(jié)構(gòu)豎向位移，水平位移方向?yàn)槠螂娏λ淼篱_挖側(cè)，且主要發(fā)生在鄰近電力隧道施工期間，最大水平位移為0.23 mm(W6)。

3 結(jié) 論

(1)根據(jù)實(shí)測結(jié)果分析：既有出入口通道結(jié)構(gòu)最大豎向位移為下沉6.34 mm，最大水平位移為0.23 mm；變形縫兩側(cè)差異沉降最大為5.07 mm；自動扶梯兩側(cè)差異沉降最大為0.43 mm。

(2)既有出入口通道結(jié)構(gòu)水平位移均較小，遠(yuǎn)小于結(jié)構(gòu)豎向位移，水平位移方向?yàn)槠螂娏λ淼篱_挖側(cè)，且主要發(fā)生在鄰近電力隧道施工期間。

(3)本工程正下穿施工期間，既有出入口通道呈現(xiàn)緩沉狀態(tài)，主要沉降發(fā)生在穿越完成后，原因分析是穿越段施工前期低壓深孔注漿效果有限，地下水控制效果不佳且初支背后注漿間距過大無法填充背后空隙；后期初支背后反復(fù)多次注漿減緩了出入口通道的沉降速率，注漿結(jié)束后的一周時間內(nèi)，既有出入口通道結(jié)構(gòu)沉降趨于平穩(wěn)。建議今后類似工程施工保證穿越前期深孔注漿，飽和黏土采用超細(xì)水泥漿反復(fù)多次注漿對控制地層變形有一定效果，今后類似工程可以借鑒。