徐州市區奎河綜合整治工程頂管施工對地鐵影響分析

尹 崢，燕 珍 ，彭小莉 ，周蘇紅

(1.徐州市水利工程建設監理中心有限公司，江蘇 徐州 221000；2.徐州市水利建筑設計研究院有限公司，江蘇 徐州 22100)

隨著城市化建設的快速發展，新建工程穿越(跨越)既有工程的情況越來越多[1-3]。在城市發展建設過程中，地下空間的利用越來越多，尤其是城市化進程較高的區域。城市地下管線、隧道復雜，當新建工程穿越(跨越)既有工程時，需要分析對既有工程的擾動。王立新等[4]采用三維數值模擬方法研究了盾構隧道下穿高鐵路基的影響，分析隧道開挖間距、隧道下穿角度等因素對路基的擾動；王錦華[5]利用有限元數值分析方法研究了隧道下穿機場跑道時對既有跑道的影響，認為施工參數和地層參數是影響跑道變形的主要因素。根據目前的研究成果可知，數值模擬方法是研究新建工程穿越(跨越)既有工程的常用方法，具備計算速度快、結果可靠等優勢[6-8]。

1 工程概況

工程頂管單頂長度超過730.32m(直53.76m+曲193.26m+直87.53m+曲96.19m+直48.86m+曲143.24m+直107.48m)，半徑R=700m的曲線頂管，因為本工程地質情況較為復雜，局部存在溶洞、微風化巖層、穿越河道、地鐵線路和綜合管廊。特別是在斷面為半巖層與半黏土層中頂進難度大，頂進過程容易造成抬頭、偏向，曲線線型難以維持，需要通過不斷地糾偏，難度非常大。

2 穿越地鐵段頂管基本情況

WN-8至WN-9頂管區間，橫穿地鐵2號線上方通過，如圖1所示。WN-8號工作井位置為回龍窩景區停車場，南側為奎河，距離8m；西側為景區2層商業房屋，距離22m；東側為2層鋼結構房屋，距離36m；地鐵與頂管井最近水平距離12m，頂管與隧道垂直距離為6.1m。

圖1 WN-8頂管工作井與地鐵2號線位置關系縱向剖面圖

為了保護地鐵工程，減少工程施工對地鐵產生的影響，采取以下針對性保護措施：

(1)項目施工時，與徐州市軌道公司建立聯系機制，制定應急預案，建立連理機制，加強雙方檢測數據溝通，保證頂管工程施工安全。為了保證沿線建筑的安全，距離盾構軸線L≤6m范圍內的建構筑物必須進行加固措施(盾構施工前進行預注漿)，L>6m范圍外的建構筑物采用應急措施。

(2)施工前與軌道公司做好溝通協調，與地保辦建立聯系。施工過程前和施工過程中加強對地保辦和軌道公司的報審和驗收程序。

(3)頂管工程施工前前，施工單位需根據地下頂管法施工技術要求，充分考慮實際情況，制定專項施工安全保護方案。

(4)頂管WN-8向WN-9頂進過程中，經過地鐵2號線正上方，嚴格控制頂進速度，控制在4～6m/d。

(5)項目針對WN-8工作井及地鐵上方影響范圍內加密布置了監測點，對本項目的基坑和頂管施工進行安全監測。

(6)項目施工完成后，項目參與方對地鐵結構有無裂縫及滲漏水等質量情況再次進行檢查確認，進行地鐵結構各項安全檢查。

3 數值模擬模型建立及結果分析

3.1 水文及地質情況

工程實施內容主要為奎河蘇堤南路至袁橋閘段，該段全長4km，河底寬度7～25m，3年一遇設計流量53～126m3/s，20年一遇設計流量104～282m3/s。工程區屬淮河流域沖積、洪積區，區域地下水主要有兩大類型，即松散巖類孔隙水和被第四系覆蓋的碳酸鹽巖類裂隙巖溶水。

工程蘇堤南路至袁橋閘段沿線從上游至下游分別位于沖-湖積平原區、沖(坡)-洪積區、沖積垅狀高地、沖積平原區，地面高程為32.0～39.5m。根據野外鉆探揭示及原位測試等結果，擬建場地勘察深度范圍內第四系土層主要有填土、粉土、粉質黏土、黏土等組成，下伏基巖主要為寒武系灰巖，局部分布有泥灰巖、粉砂巖、泥巖以及角礫巖。本次勘察共揭示了4大層及9亞層，其中①層為新近堆填土，②層為第四系全新統地層，③層為第四系上更新統地層，第④層為古生界寒武系地層。

3.2 數值模型建立

Plaxis 2D是目前常用的巖土工程、隧道工程數值分析軟件，根據前述的隧道地質、尺寸、空間關系，建立Plaxis 2D數值分析模型，研究奎河綜合整治工程頂管施工對既有地鐵2號線隧道的影響以及頂管施工時地面的變形沉降情況。如圖2所示。

圖2 Plaxis 2D數值分析模型

3.3 數值模型計算參數

根據地質勘察成果，結合區域經驗，場地各地層物理、力學參數取值見表1。

表1 各土層參數

3.4 數值模型計算結果

根據上述數值計算模型和參數獲取頂管施工對地鐵2號線隧道及地面沉降變形的影響情況。數值模擬計算結果如圖3所示。

圖3 數值模擬分析計算結果

根據圖3(a)、(b)可知，頂管施工后地鐵2號線的最大豎向、水平向位移均位于頂管施工軸線垂直對應的地鐵2號線隧道截面處。根據數值模擬結果可知，最大水平向、豎向位移分別為1.2、0.8mm，總體位移相對較小。在地鐵施工過程中，頂管開挖在地鐵2號線隧道上方形成了空洞，導致地鐵隧道出現水平、豎向方向的位移。根據數值分析結果可知，距離頂管施工軸線越近，地鐵隧道的水平、豎向位移不斷增大，相反，距離頂管施工軸線越遠，地鐵隧道的變形越小。

根據圖3(c)可知，距離頂管施工軸線越近地面沉降變形量越大，但總體沉降變形較為可控，最大沉降變形量為2.3mm。

4 結語

(1)徐州市奎河綜合整治工程穿越既有地鐵2號線隧道，頂管施工難度高，為了降低對地鐵工程的擾動，采用預加固、密監測、多溝通、控速度等多個措施相結合的方法進行施工。

(2)結合區域地質情況以及頂管施工和地鐵2號線的空間關系建立數值模擬分析計算模型，計算結果表明，采取了相關措施后可以有效控制頂管施工對既有地鐵2號線隧道以及地面變形的影響。

(3)地下管線工程跨越(穿越)既有工程的情況愈發常見，建議在工程建設實施過程中加強對周邊建筑的監測、預警，在關鍵節點區域降低頂管施工速度，以保障既有工程的安全。