挖隧道下穿運營地鐵沉降分析與保護措施研究

任瑞樂

(華北科技學院,河北 廊坊 065201)

1 分析工程概況

1.1 工程位置分析

南京地鐵10#線一期工程是由安德門站到小行站，這一區間的工程與地鐵1#線之間的平面夾角大致在64°～70°。而且該區間的隧道并不是直線的隧道，而是形成了緩和曲線線段，呈半徑約為400 m的圓形線段，在一定程度上提高了隧道挖掘的難度。

根據圖一所示，新建的隧道右線自右起，DK1+251.371～278.505下穿既有隧道，與既有隧道左線、右線垂直距離分別為5.18 m和4.07 m。在新建隧道左線自左起，DK1+272.628～297.380下穿既有隧道，與既有隧道左線、右線垂直距離分別為4.97 m和3.98 m。

1.2 既有隧道概況

南京地鐵10#線的隧道工程是通過礦山大進行施工，呈馬蹄形的斷面。在隧道工程實施的初期所運用的是C20的噴射型混凝土，厚度約為300 mm，在第二次建寧襯砌時，所運用到的為C30的防水型鋼筋混凝土，厚度約為300 mm。

1.3 既有地鐵軌道概況

既有隧道內軌道道床所采用的是整體式的結構，并且是標準的軌距。因此，新建隧道所施工的路段處于曲線上，外軌的高度最高值應控制在120 mm以內，軌面與結構內部輪廓底的間距在650 mm。

1.4 新建隧道概況

新建隧道所采用的是礦山法的施工策略，采用連接圓順的馬蹄形斷面，開挖的斷面寬度約為6.68 m，高約為6.7 m，預留核心土臺階法進行施工。復合式襯砌結構，在工程初期采用的是C25噴射混凝土，厚度約為300 mm，在二次進行襯砌時，所運用的是C35防水性鋼筋混凝土，厚度約為350 mm。采用與既有隧道不同的材質因主要是因為不同的隧道情況材質需求不同，采用C25噴射型混凝土噴射的距離比較長，工作風壓低，且對于滲水的巖面適應性比較好。運用C35防水型鋼筋混凝土強度較高，其耐久性、防火性以及防水性能好，有良好的抗震效果。

1.5 變形控制標準

(1)道床以及結構沉降的數值最多不能超過5 mm；

(2)在隧道工程中相鄰的兩根鋼軌高度差與外軌最高值的差異需要控制在4 mm內；

(3)相鄰的兩根軌道之間的距離控制在-2 mm～+4 mm之間；

(4)10 m的弦長軌面高程差控制在4 mm之內。

(5)新建隧道所產生的爆破對既有隧道的震動峰值不能超過1.5 cm/s。

2 施工影響分析

為了更好的分析出新建隧道的暗挖對既有隧道所造成的影響，專業的工程人員采用三維技術分析出了隧道上方和下方的土體示意圖，如圖1所示(圖片來源于網絡)，模型的長度為70 m，寬為70 m，高度為40 m。

圖1 計算機模型

隧道三維模型的建立是通過計算機軟件有限元進行的分析，在挖掘的隧道中所運用的結構模型是土體彈塑性模型，是根據實際的隧道工程模擬出來的模型。實際的施工過程是先在上臺階進行環形圍巖，其次通過對中間核心土部分進行施工后，再施工下臺階圍巖工程。根據模型的建立能夠有效的分析隧道工程施工步驟的安全性，同時也能根據模型模擬實際的施工進度，方便發現問題，以及完善整個工程，保證隧道工程順利的實施。

由表2可知，不同配方對油茶的滋味影響較大，春綠茶制作的油茶鮮爽，加入石崖茶的油茶滋味較濃、回甘，加入羅漢果的油茶藥味明顯、適口性差，冰鮮烏龍茶制作的油茶滋味醇正、花果香濃，加入花生、綠豆和魚粉的油茶鮮美、細滑，但湯涼后有腥味。各配方制作的油茶滋味排名為配方9＞配方2＞配方1＞配方6＞配方3＞配方7＞配方5＞配方4＞配方8＞CK。

通過對既有隧道沉降變形的實際勘測之后，根據有限元計算可以得出新建的10#線中安德門站～小行站區間對于既有隧道結構下沉的值最大為1.049 mm，滿足了道床以及結構沉降的數值最多不能超過5 mm的地鐵運營要求，該區間的地鐵可以順利的實施。

3 關于地鐵運營的安全保護措施

3.1 超前支護措施

(1)超前長管棚

在隧道施工之前，需要通過管棚工作室在挖掘的隧道上進行拱頂工作，約為150°范圍采用40 m長的超長管棚來通過既有的隧道。其長管棚的設計參數如下所示。

①鋼管所采用的是通過熱軋無縫的鋼管，其外徑約為108 mm，管壁的厚度約為6 mm。

②管內之間的間距為400 mm

③鋼管上有注漿孔，孔徑的長度在10～16 mm之間，孔間距為110 mm左右。

④鋼管的徑向不能超過200 mm，相鄰鋼管的環向不能超過50 mm。

⑤隧道工程所采用的是普通的水泥漿液，水和石灰的比例為1∶1。

(2)超前小導管

在巖開挖斷面拱部120°范圍布設超前小導管，其支護參數如下。

①超前小導管規格是熱軋無縫的鋼花管，單根管長為3 m，長為1.5 m，外徑為42 mm，壁厚為3.5 mm。

②管內之間的間距為仍400 mm。

③注漿的材料也為水泥漿液，水和石灰的比例為1∶1。

3.2 礦山法隧道開挖施工控制

在下穿既有隧道時，所采用的隧道開挖法是預留土臺階的方式。在隧道施工的過程中應當堅持短進尺、強支護以及二襯跟進的施工原則，以此來保證隧道施工的安全性。同時，相關的工作人員也要加強對隧洞內以及既有隧道沉降變形方面的監測力度，及時的掌握既有隧道的狀況，以免發生難以預估的損失。在監測的過程中也要根據監測數值及時調整支護的參數，如果沉降形變的數值過大，可以在洞內設置臨時的仰拱，以此來緩解對既有隧道造成的影響。此外，在實際的隧道工程開挖過程中，應當盡量的減少對圍巖部分的施工，可以使用機械法進行隧道的挖掘，盡量減少或不適用爆破技術，減少對既有隧道的產生的影響。當隧道開挖工程不得不使用爆破技術時，相關的工作人員應當提前進行試爆工作，了解爆炸產生的爆破振速的具體數值，并將其爆破振速控制在1.5 cm/s之內，以此來提升整個隧道挖掘工程的安全性。同時，相關人員應當注意的是爆破作業應當在地鐵運營區間之外實施，以免造成群眾的恐慌，也是為了保證群眾的安全性。

對于隧道工程的施工順序應當是先施工左線隧道，在左線的隧道能夠順利的通過既有隧道之后，再去完成右線隧道的施工。通過這樣的施工方式能夠將損失控制在一定的范圍內，并能通過左線施工進度的觀測，及時的調整實施方案，在左線成功的基礎上，在進行右線的施工時，工程速度也會有所提升。其次，在隧道施工的過程中，要保證左線的隧道與右線的隧道需要錯開大約100 m以上的安全距離，避免因左線右線的影響呈疊加的現象。

3.3 拱部注漿措施

在進行初期的支護后要及時進行回填注漿工作，注漿的材料選擇水泥砂漿。在初期的支護施工時在支護拱部150°范圍內預埋注漿管，容積為0.9 m，環內的縱向間距為1 m×3 m。如果在隧道挖掘過程中出現地下水滲透的問題時，或在施工中既有隧道的沉降值處于臨界點或超過臨界值時，相關的工作人員要根據實際的情況向襯砌背后更深層次的圍巖注漿，保證工程安全的進行。

3.4 既有地鐵控制措施

在開展隧道挖掘工程之前，專業的人員需要提前對既有地鐵現狀進行調查和分析，并根據情況采取一定的防護措施，加固對既有地鐵的處理措施，包括對既有地鐵中的燈具、電力、電纜等方面，相關的人員進行探究之后進行拍攝。同時在本文中地鐵隧道的挖掘處于曲線線段區間，為了確保既有地鐵順利的運營，建議在穿越施工期間對既有地鐵采取限速措施，運營速度最好控制在25 km/h左右。

3.5 監控量測信息化施工

相關人員在進行地鐵隧道施工時，既要對新建隧道進行實施的監測之外，同時也要對運營地鐵進行同步的監測，主要的監測內容包括新挖隧道對既有地鐵結構沉降變形的數據分析、軌面沉降、水平位移以及爆破振動檢測等方面的內容。并在監測的過程中，設置報警系統，控制值為70%，方便工作人員能夠及時的掌握既有地鐵的情況。在變形監測系統當中，監測的設備應當具有遠程、實施以及自動采取信息數據的功能，同時由于是在隧道內進行監測，因此，設備需要具備一定的抗干擾能力以及尺寸要適中。設備的監測范圍在既有隧道前后30 m左右的范圍內，監測數據的保存應當設置在一小時兩次。當在隧道施工過程中出現既有隧道變形的情況時，要加強監測數據的頻率，并將其設置在一小時一次監測頻率。工程在施工之前，需要提前一周進行測試，直到地鐵施工完成之后形變值穩定為止。

通過以上五點隧道施工措施，實現在進行隧道挖掘時，保證既有地鐵能夠順利且安全的運行，并通過實時的監測，了解工程進行過程中動態數值，根據監測到的數值適當的進行加固工作，了解隧道下穿運營地鐵對既有地鐵沉降的影響，在工程順利實施的同時，也是保護施工人員以及地鐵群眾的安全。

4 結 語

本文通過計算機技術中的有限元軟件建立三維模型，分析從南京地鐵10#線中安德門站-小行站區間下穿運營地鐵中隧道挖掘工程對1#線南延線的沉降影響。通過模型分析，結合現代化施工技術和地鐵的安全運營要求，總結出在施工過程中應當注意的安全保護措施，以此來提升隧道工程的安全性。通過后續的監測，證明本文提出的安全措施對既有地鐵沉降方面有著良好的作用，可以為之后的隧道施工提供一些參考。