新建盾構隧道上跨地鐵區間工程措施及施工影響分析

焦莉莉

(北京城建設計發展集團股份有限公司沈陽分公司，遼寧 沈陽 110000)

1 工程概況及主要工程措施

1.1 上跨工程概況

沈陽市地下綜合管廊(南運河段)工程西起南京南街，東至善鄰路。盾構井及工藝井采用明挖法施工，區間采用盾構法施工。管廊D2盾構井～D3盾構井區間在文藝路與青年大街路口位置上跨既有沈陽地鐵2#線青年公園站-工業展覽館站區間，既有地鐵2#線采用盾構法施工，管廊區間與既有地鐵區間凈距約2.5 m。管廊區間與既有地鐵區間平面相交角度約為75°。

管廊區間及地鐵區間隧道外徑6 m，內徑5.4 m，隧道襯砌厚300 mm，采用C50混凝土。襯砌管片分為6塊：3塊標準管片，2塊鄰接管片，1塊封頂管片，每環的寬度為1 200 mm，管片采用錯縫拼裝。

1.2 上跨位置風險源處理措施

(1)下穿施工前采用地面袖閥管注漿，對管廊區間及地鐵區間之間土體進行加固；袖閥管間距1 m×1 m，長度15 m，注漿壓力0.5～1 MPa。

(2)在進入上跨影響范圍取之前需對盾構機進行全面檢修，使盾構機的任何零部件都能正常運行，以便盾構機快速通過該區段。

(3)盾構推進過程中，做好推力、推進速率、出土量等推進參數的控制，控制好隧道軸線，盡量減少蛇形和超挖。

(4)做好同步注漿及二次注漿，嚴格控制注漿壓力。

(5)在進入上跨影響區之前應根據變形控制指標，對盾構施工參數進行試驗，以便順利通過既有線。

(6)采用自動化監測技術，施工時進行實時監控，加強監控測量，提高監測的數量和頻率，根據監測反饋信息，隨時調整施工參數。

2 有限元計算分析

2.1 有限元模型建立

管廊區間與既有地鐵區間中心線交角為75°，下穿段長度約為20 m。建立考慮新建管廊區間及既有地鐵區間的三維有限元模型，模型縱向長度取100 m，寬度為100 m，模型總高度為39.3 m。各土層采用彈塑性材料模型，三維實體單元，屈服準則采用Mohr-Coulomb準則；管廊區間及地鐵區間結構均采用彈性材料模型，板單元模擬。在模型底部施加豎向約束，模型四個側面分別施加垂直側面方向的水平位移約束。模型施加重力荷載。

2.2 計算模型主要參數

根據巖土工程勘察報告，施工主要影響范圍內土層主要有：素填土、礫砂、圓礫。土體參數見表1。

表1 地層參數表

主要結構為管廊區間及既有地鐵區間，結構參數見表2。

表2 結構力學參數表

2.3 施工過程模擬

管廊隧道施工前，激活既有地鐵結構，模型位移清零。管廊區間首先進行左線盾構隧道開挖，左線施工完成后進行右線盾構隧道開挖。盾構隧道推進過程模擬分為土體開挖、盾構機的頂進、襯砌環的拼裝、推進面壓力模擬及壁后注漿模擬等。對于盾構機推進及襯砌環拼裝的模擬，先在對應位置設定好預設單元，在計算開始之前先將預設單元“殺死”和“激活”。盾構施工過程模擬每一施工步施工一環管片寬度，即1.2 m。

3 計算結果分析

計算管廊隧道施工期間既有地鐵區間的變形及內力，分析既有地鐵區間的安全性。對管廊隧道施工過程中地鐵區間的變形隨施工步的變化區間進行分析，分析不同階段對地鐵區間的影響情況。

(1)既有地鐵區間變形結果

圖1 左線施工完地鐵區間豎向變形圖/m

圖2 右線施工完成地鐵區間豎向變形圖/m

圖3 左線施工完成地鐵區間水平變形圖/m

圖4 右線施工完成地鐵區間水平變形圖/m

管廊區間全部施工完成時對既有地鐵區間影響最大，區間最大豎向變形為上浮變形，上浮量為2.99 mm，最大水平變形為0.41 mm。根據《城市軌道交通結構安全保護技術規范》及《城市軌道交通工程監測技術規范》，按照控制較嚴格的標準進行取值，隧道結構最大允許沉降取10 mm，最大允許上浮量取5 mm，最大允許水平變形量取5 mm。采用現有措施，地鐵區間結構變形滿足變形控制標準。

(2)既有地鐵區間上浮變形隨施工步變化曲線

對地鐵與管廊左線中心線交點位置地鐵區間隧道頂點①、②及地鐵與管廊右線中心線交點位置地鐵區間隧道頂點③、④上浮變形量隨施工步的變化進行分析。

圖5 變形分析點上浮變形隨施工步變化曲線圖

計算結果顯示，四個分析點的最終上浮變形量相差不大，最終上浮量接近2.9 mm。管廊左線施工首先影響到距離管廊左線上跨位置較近的分析點①、③，左線上方分析點①上浮量大于右線分析點③上浮量，隨著管廊左線向前施工逐漸對②、④分析點產生影響，經過下穿區域后對既有地鐵區間影響減小；管廊右線施工首先影響到距離管廊右線上跨位置較近的分析點①、 ③， 右線上方分析點③上浮量大于左線分析點①上浮量，隨著管廊右線向前施工逐漸對②、④分析點產生影響，經過下穿區域后對既有地鐵區間影響減小。管廊盾構機掘進面距離既有地鐵區間18 m以上時，盾構施工對既有地鐵影響較小；管廊盾構機掘進面經過既有地鐵區間18 m后，盾構施工對既有地鐵影響較小。

4 結論與建議

本文分析了南運河管廊區間上跨既有地鐵區間采用的工程措施，通過數值據算對管廊區間對既有地鐵區間的影響進行了分析，得出如下結論。

(1)對管廊區間及地鐵區間之間土體進行加固后，管廊區間上跨既有地鐵區間，地鐵區間變形較小，最大上浮量為2.99 mm，最大水平變形為0.41 mm，滿足規范要求變形控制指標。

(2)新建盾構隧道在上跨既有地鐵結構施工過程中應通過控制推進參數，做好同步注漿及二次注漿，對既有地鐵結構采用自動化監測技術隨時調整施工參數等盾構施工技術減小施工對既有結構的影響。

(3)當盾構刀盤施工至既有結構前方約18 m位置，既有結構沉降速度明顯加快。當盾構刀盤通過既有結構約18 m后，盾構施工對既有結構的影響較小。盾構在此范圍內施工應注意加強對既有地鐵區間結構的監測并加強盾構施工控制。