不同工法穿越城市軌道交通既有線沉降變形分析

劉函仲，姚添寶

（北京市勘察設計研究院有限公司，北京 100038）

1 引言

目前，城市軌道交通線路錯綜復雜，新建線路的施工活動將不可避免地對既有線路產生影響。施工過程對既有線路的影響將一定程度上威脅到既有線路的運營安全。不同工法穿越或鄰近既有線對不同工法車站或區間的影響不同，采取的施工加強措施不同。分析以往穿越或鄰近既有線的變形情況，可以有效指導專項設計及施工人員選擇科學、有效、合理的方案。因此，大量分析總結鄰近或穿越既有線工程經驗，有利于在保證既有線路運營安全的同時控制施工成本。本文對盾構法及礦山法區間穿越既有車站的沉降變形情況進行分析，以期為后續盾構法、礦山法穿越既有線工程提供經驗參考。

2 工程概況

2.1 礦山法穿越既有線概況

礦山法區間為標準暗挖區間，區間下穿既有線車站單層暗挖段。既有線車站暗挖單層段長65 m，頂板覆土約為12.83 m，底板埋深約為22.71 m。既有線車站西側采用交叉中隔墻法（CRD工法）、東側采用洞樁法（PBA工法）。新建區間密貼下穿既有車站主體結構；區間穿越既有線平面圖如圖1所示。

2.2 盾構法穿越既有線概況

新建線路工程為盾構法區間，本段區間鄰近、下穿既有車站主體結構。既有車站為明挖雙柱雙層三跨結構，圍護樁規格為Φ1 000 mm@1 600 mm。隧道與主體結構底板凈距約2.3 m。區間穿越既有線剖面圖如圖2所示。

3 既有線監控量測設計

及時準確地掌握區間下穿既有車站的變形情況可有效保證既有線的運營安全。根據既有線特點，布置相應監測項目，并根據施工進度設計監測頻率。

3.1 監測項目

本工程穿越既有線施工期間，針對既有道床結構進行既有線結構遠程實時監測，針對既有道床結構、車站主體結構進行道床、隧道結構沉降監測。

3.2 監測頻率

按照施工情況進行自動化監測系統數據采集，下穿期間采集頻率為每20 min進行1 次；同時進行人工監測數據采集，左、右線下穿期間采集頻率為每1～3天進行1次。

4 既有線監測情況分析

4.1 礦山法區間穿越既有車站變形情況

4.1.1 區間穿越既有 CRD 工法車站

結合如圖3所示的區間穿越既有CRD工法車站典型測點自動化監測沉降變形曲線（圖例中的DJC-01-09與SJC-01-09為典型測點的編號），既有CRD工法車站區間左線下穿部位在整個區間下穿期間變形值變化分析如下：

（1）上臺階距既有線約10 m時，監測數據整體變化平緩，累積沉降量達到-0.28 mm；

（2）上臺階距既有線約2 m時，監測數據開始出現下降趨勢，該階段累積沉降-0.25 mm；

（3）上臺階穿越既有CRD工法車站期間是發生變形的主要階段，下沉約-0.96 mm；

（4）上臺階穿越既有PBA工法車站期間，監測數據仍有少量下降，在此期間出現監測預警情況；后續增加初支背后回填注漿措施，變形趨于平緩，該階段沉降約-0.51 mm；

（5）后續過既有線影響區、下臺階施工等階段，監測數據變化平緩，該階段沉降約-0.12 mm。

4.1.2 區間穿越既有 PBA 工法車站

結合如圖4所示的區間穿越既有PBA工法車站典型測點自動化監測沉降變形曲線，既有PBA工法車站區間左線下穿部位在整個區間下穿期間變形值變化分析如下：

（1）上臺階距既有線約10 m時，監測數據整體變化平緩，累積沉降量達到-0.31 mm；

（2）上臺階距既有線約2 m時，監測數據開始出現下降趨勢，該階段累積沉降-0.16 mm；

（3）上臺階穿越既有CRD工法車站期間，因超前注漿加固影響，監測數據呈現上升趨勢，該階段上升約+0.20 mm；

（4）上臺階穿越既有PBA工法車站期間是發生變形的主要階段，沉降約-0.64 mm；

（5）在后續出既有線影響區期間，監測數據前期受初支施工擾動影響少量下降，后期注漿趨于平緩，該階段沉降約-0.41 mm；

（6）在左線下臺階下穿、區間右線下穿期間，監測數據仍有少量下降，該階段沉降約-0.50 mm。

4.1.3 區間穿越不同工法車站變形情況小結

根據穿越既有CRD工法車站及PBA工法車站的監測數據，變形情況分析總結如下：

（1）穿越既有PBA工法車站期間，截除既有邊樁期間既有線變形值較小；

（2）穿越既有線的變形主要集中在正下穿期間，初支穿越完成后仍有輕微沉降發生；因此，在初支封閉成環后要及時進行背后回填注漿。因施工部位位于既有線正下方，可采取少量、多次、低壓反復回填注漿的方式；

（3）對監測數據進行整體分析，穿越既有PBA工法車站的累計變形值小于CRD工法車站；

（4）對穿越施工各階段變形情況進行分析，既有CRD工法車站在下穿期間的變形較PBA工法車站更加明顯；兩工法初支穿越完成后變形仍會輕微增加，說明結構變形存在一定滯后。

4.2 盾構法區間穿越既有車站變形情況

4.2.1 穿越既有西側車站

根據如圖5所示的既有車站軌行區監測數據全程指導施工，控制沉降，3個階段變形情況如下。

（1）刀盤到達階段。西側比前次隆起約+0.19 mm。

（2）刀盤進入及盾體通過階段。沉降發展的主要階段，西側沉降約-0.66 mm。

（3）盾尾脫出至穩定階段。開始增加二次補漿，在此階段西側沉降約-0.18 mm。

4.2.2 穿越既有東側車站

根據如圖6所示的既有車站軌行區監測數據全程指導施工，控制沉降。盾構磨樁造成的既有線沉降較小，3個階段變形情況如下。

（1）刀盤到達階段。東側比前次隆起約+0.15 mm。

（2）刀盤進入及盾體通過階段。沉降發展的主要階段，東側沉降約-1.59 mm。

（3）盾尾脫出至穩定階段。開始增加二次補漿，在此階段東側隆起約+0.52 mm。

4.2.3 盾構穿越既有車站變形情況小結

根據盾構穿越既有車站的監測數據變形情況，分析總結如下：在區間穿越既有線階段，既有線變形主要出現在下穿期間及盾尾脫出階段；下穿完成后經過多次二次補漿措施，既有結構變形有輕微回升直至趨于平緩；盾構磨樁造成的既有線沉降較小；區間下穿既有線期間，因變形造成的風險處于可控狀態。

4.3 沉降變形分析總結

根據礦山法穿越既有線沉降變形分析，礦山法穿越既有CRD工法車站累積沉降最大值為-2.12 mm，穿越既有PBA工法車站累積沉降最大值為-1.80 mm；穿越CRD工法車站變形較大。在礦山法穿越時，初支封閉成環后應及時進行初支背后回填注漿，嚴格控制注漿壓力、注漿量。一般應進行反復、多次、少量、低壓注漿，且注漿情況視既有線變形情況及時調整，防止注漿過大造成既有線隆起變形。

根據盾構法穿越既有線變形分析，盾構法穿越明挖既有車站累積沉降最大值為-0.92 mm。在盾構法穿越時，應根據以往經驗及試驗段數據確定盾構參數，在穿越過程中及時根據監測數據調整相應參數。在盾構穿越過程中，應及時進行同步注漿及二次補漿；二次補漿應控制注漿壓力及注漿量，一般在距盾尾3環左右即可進行二次補漿；但為防止注漿壓力過大造成由盾尾處泡漿，應控制注漿壓力。在距盾尾7環左右時可再次進行二次補漿，此時注漿壓力及注漿量可適當增加，并根據監測數據變化適時調整。可根據既有線監測情況進行多次二次補漿措施；一般為防止注漿造成既有線隆起變形，不考慮采用徑向注漿措施；但若既有線變形過大，嚴重超標，則適時采用該措施。

5 總結

根據本文中礦山法及盾構法穿越既有車站變形分析，在進行既有地下車站穿越施工時，同等地層環境下盾構法穿越較礦山法穿越對既有線的影響更小。

在施工過程中，礦山法應及時封閉成環并及時進行初支背后回填注漿，盾構法應及時進行同步注漿及二次補漿；初支背后回填注漿及盾構法二次補漿應視既有線變形情況進行反復多次、少量、低壓注漿。為避免注漿壓力過大或打設注漿孔時對既有線造成影響，徑向注漿措施一般在既有線變形超標時作為應急預案采用。在以后選擇既有線下穿施工時，在文中類似條件情況下，可以優先選擇盾構法穿越施工。