暗挖隧道近距離下穿運營地鐵車站影響分析

向茂源

（中鐵第六勘察設計院集團有限公司，天津300133）

新建隧道下穿既有運營地鐵車站的情況越來越普遍，常用的工法有盾構法或暗挖法[1]。盾構法下穿須滿足一定的安全距離，一般不小于1倍洞徑，在增加足夠安全措施的情況下不小于0.5倍洞徑；同時需結合既有車站下的構筑物綜合考慮實施的可行性。暗挖法下穿既有車站時，可根據土層，較為靈活的選擇夾土區厚度，甚至可做到零夾土，但對上部地層的變形控制來說不如盾構法；常規設計普遍采用平頂斷面，使初支或二襯與車站底板貼合，便于豎向荷載傳遞至地基。本文結合工程實施條件，提出三次襯砌設計，為后續工程提供新思路。

1 工法的選擇

成都軌道交通9號線一期工程孵化園站與既有運營1號線車站通道換乘，與在建18號線車站節點換乘，9號線需下穿既有1號線車站。

由于既有1號線底板下設置的抗拔樁及工程樁處于9號線區間影響范圍內，盾構法在掘進過程中磨樁風險較大，同時磨樁后樁端集中力對盾構管線受力不利；因此選擇暗挖法下穿既有1號線，在1號線西側設置盾立盾構吊出井，滿足施工需求。見圖1。

圖1 暗挖區間與既有1號線車站位置關系

1）下穿既有線暗挖隧道支護參數設計[2～3]。下穿既有線暗挖隧道總長57.8 m，其中正穿1號線孵化園站約23.8 m。既有車站底板下表皮距離暗挖隧道開挖面約2.3～2.6 m，隧道洞身主要位于中風化泥巖層，管棚工作室開挖拱頂局部進入密實卵石層約0.5 m。為減少單次開挖既有線下方土體范圍，采用CRD法施工，由車站主體進洞，先行施作管棚工作室，完成后在1號線下方打設雙層?108 mm大管棚，為后續開挖提供超前支護[2～3]。

結合地勘資料、外部風險源及工程經驗，下穿既有線斷面[1，4]見圖2。

2）下穿既有線暗挖隧道工序設計[5～6]。由于既有車站底板下存在工程樁，考慮切割后底板的壓力將擴散到樁附近夾土體，通過夾土傳遞到隧道結構上，若隧道結構強度和剛度偏小，可能引起車站結構變形過大，導致安全事故；因此在初支二襯實施階段不破除工程樁，二襯在既有樁位置留出后澆帶，待二襯強度達到100%、隧道整體剛度足夠后，再靜力切割既有工程樁，以控制上部結構的變形。由于工程樁及中隔壁影響，二襯結構施工縫很多，漏水隱患大，為減少隧道后期漏水風險，在二襯內設置模筑三襯防水混凝土；三襯結構采用臺車整體澆筑，施工縫較少，可提高隧道的防水效果，同時作為結構的安全儲備。

2 工況模擬

為驗證設計方案的可行性，采用Midas GTS-NX有限元分析軟件[7]，選取三維地層-結構模型，分工況模擬隧道開挖、拆中隔壁、靜力切割既有樁等關鍵工序對既有線的影響。

隧道施工對既有1號線存在一定影響，誘發1號線主體結構最大豎向位移0.59 mm，附屬結構最大豎向位移0.26 mm，靜力切既有樁時引起的結構變形速率最大，施工過程中應對該環節嚴加把控。見圖3。

在隧道施工過程中，車站底板下既有樁軸力隨每道工序變化明顯。隧道開挖及中隔壁拆除時，由于樁底位于隧道開挖面以下，樁的承載力變化較小；在拆樁工況下，當隧道范圍內樁切割后，其自身軸力下降明顯；與此同時，中間未拆樁軸力有增大趨勢。見圖4。

圖4 既有車站工程樁軸力變化

切割既有工程樁時，上部車站荷載傳遞路徑會隨之發生轉移，一部分轉移到未切割的樁體上，更多的轉移到周邊土體上，因此采用初支和二襯共同承擔上部荷載的思路是合理的；同時整個開挖回筑過程中上部車站的結構豎向位移較小，可滿足地鐵保護的要求，也驗證了整個隧道方案設計的合理性及可實施性。

3 既有線監測

根據成都地鐵保護要求，鄰近既有線施工必須采用全自動化監測。監測項目、控制指標[8]及預警見表1和表2。

表1 監測項目控制值mm

表2 監測預警

隧道范圍內間距5 m，隧道范圍外間距按10 m設置測點，一個監測斷面上布置6個，左右線各3個。見圖5。

圖5 測點布置

監測結果反映，整個開挖、中隔壁拆除、既有樁切割過程中隧道的豎向及水平位移均未超限，也未出現報警情況。在隧道完工后持續監測10月，結果顯示，既有1號線車站最大豎向位移-0.89 mm，最大水平位移值-0.76 mm，道床最大差異沉降-0.72 mm，均滿足設計要求及規范要求。見表3。

表3 最后一期監測日報mm

監測值與數值模擬計算值比較接近，也反映出本工程數值模擬計算基本合理。

4 結論與建議

結合工程實際邊界條件，提出三次襯砌設計，同時優化施工工序，很好地控制住了既有車站的結構變形，順利完成隧道貫通。

目前成都軌道交通9號線一期工程已開通運營，既有線運營狀態良好，充分證明下穿隧道的設計思路、設計方案、監測方案是切實可行的，可為后續類似站點的設計提供參考借鑒經驗。結合工程具體情況，提出以下建議：

1）本工程中既有車站下已有工程樁，但由于后續車站線間距變大，無法利用既有樁的板凳結構；后續工程在有條件的情況下應盡量利用現有豎向支撐體系，減小切樁過程中既有車站的風險；

2）實際監測數據中既有車站豎向位移略大于模擬計算值，原因在于此暗挖隧道工程前序還存在既有車站兩側深基坑開挖的情況，已誘發既有車站產生了一定的豎向變形，監測數據是持續累加的，但數值模擬計算時對前序工況進行了位移清零處理，未考慮變形疊加；后續工程在制定監測控制值及預警值時應充分考慮前序工況對既有結構的變形影響；

3）對工序較多、銜接緊密的工程而言，在方案設計后建議通過有限元數值模擬進行施工工況分析，發現最不利工況并采取針對性的加強措施，做到精細化設計，例如本工程的三襯設計、切樁時機選擇、加強二襯設計等均很好的體現了這一點。