陳 浩

(北京市軌道交通建設(shè)管理公司,北京 100048)

1 工程簡介

北京地鐵9號(hào)線軍事博物館車站位于中華世紀(jì)壇南側(cè)，斜跨復(fù)興路與羊坊店路路口布置，車站主體下穿既有1號(hào)線軍博站西端區(qū)間結(jié)構(gòu)，與地鐵1號(hào)線軍事博物館站呈“T”字換乘關(guān)系。如圖1所示。

新建車站下穿既有地鐵1號(hào)線區(qū)間部分采用分離式單層單洞形式，單洞斷面高10.50 m，寬9.55 m，拱頂與既有1號(hào)線區(qū)間底板垂直距離10.8 m，“CRD”法施工。該段既有線區(qū)間結(jié)構(gòu)為雙跨單層矩形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，頂板厚0.75 m，底板厚0.7 m，側(cè)墻厚0.7 m，縱向每22.8 m設(shè)置1道變形縫。軍事博物館站與既有線橫剖面位置關(guān)系如圖2所示。

2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)

2.1 工程地質(zhì)

軍事博物館站工程范圍內(nèi)地形略有起伏，地面高程48.66～50.12 m。下穿既有線區(qū)間段結(jié)構(gòu)主要位于礫巖1層，該地層為紫灰色～雜色，弱膠結(jié)極軟巖，成巖性較差，強(qiáng)～中等風(fēng)化。膠結(jié)物以強(qiáng)風(fēng)化的砂泥質(zhì)物為主，礫石粒徑一般2 mm×3 mm～9 cm×12 cm，局部可達(dá)20 cm以上。

2.2 水文地質(zhì)

圖1 軍事博物館站與既有線平面位置關(guān)系

圖2 軍事博物館站與既有線橫剖面位置關(guān)系(單位：mm)

軍事博物館站處于工程水文地質(zhì)分區(qū)Ⅲb亞區(qū)，場區(qū)勘察深度范圍內(nèi)測到1層地下水，地下水類型為潛水，水位為40.15～41.77 m(埋深8.00～8.70 m)，含水層為卵石、圓礫⑤層。因下穿段結(jié)構(gòu)距含水層最近約9.5 m，隔水層厚度較大，地下水對(duì)開挖施工影響較小。

3 既有線變形控制指標(biāo)

為保證施工期間地鐵既有線的正常運(yùn)營，既有線結(jié)構(gòu)及軌道變形控制標(biāo)準(zhǔn)如下：

(1)結(jié)構(gòu)沉降≯3 mm，結(jié)構(gòu)上浮≯2 mm，變形縫兩端沉降差異≯1 mm；

(2)軌道下沉≯3 mm，單線兩軌高差≯2 mm；

(3)軌道結(jié)構(gòu)縱向變形坡率≯1/2 500；

(4)最大沉降速率≯1 mm/d。

4 各施工階段變形分配

為了保證下穿施工過程中既有線的變形不突破最終控制指標(biāo)，把變形指標(biāo)按照施工階段進(jìn)行了分解，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)、全過程的管理控制，力爭每個(gè)施工階段都能有效控制變形發(fā)展。見表1。

表1 各施工階段變形控制指標(biāo)分配

5 下穿既有線施工方案主要技術(shù)措施

下穿施工中為控制既有線的變形，除了常規(guī)的施工技術(shù)措施外，從減少隧道開挖過程中地層損失，限制地層松動(dòng)圈隨時(shí)間發(fā)展等方面采取了主動(dòng)的控制措施，起到了良好的效果。

5.1 地層加固雙層超前注漿管棚

管棚采用雙排R76S自進(jìn)式錨桿，排距800 mm，間距400 mm，距導(dǎo)洞開挖拱頂400 mm，漿液采用超細(xì)水泥。管棚外露50 cm，施工完成后2排對(duì)應(yīng)錨桿焊接鎖定，綁扎鋼筋，澆筑混凝土。雙層超前注漿管棚形成一個(gè)近似的鋼筋混凝土板梁體系，能夠?qū)﹂_挖過程中地層應(yīng)力損失上移形成一定的阻隔和抵抗作用。

5.2 開挖階段地層系統(tǒng)注漿

車站下穿既有線段采用CRD法，左右隧道共12步開挖作業(yè)，施工過程中結(jié)合現(xiàn)場條件，采取袖閥管同步跟蹤補(bǔ)償注漿措施，隨開挖步序及時(shí)、多點(diǎn)、多次對(duì)管棚上方地層進(jìn)行系統(tǒng)注漿，補(bǔ)償?shù)貙右蜷_挖產(chǎn)生的損失，保證土體的密實(shí)性，減少地層變形。

5.3 既有線結(jié)構(gòu)變形補(bǔ)償注漿

在施工過程中通過設(shè)置的既有線變形補(bǔ)償注漿管對(duì)既有線結(jié)構(gòu)進(jìn)行了變形補(bǔ)償注漿。補(bǔ)償注漿在既有線的自動(dòng)化監(jiān)測和人工巡視密切配合下進(jìn)行，做到注漿低壓力、既有線抬升小幅度、多點(diǎn)多次進(jìn)行，嚴(yán)格控制既有線變形縫的差異變形。既有線變形補(bǔ)償注漿基本做到了使既有線結(jié)構(gòu)變形在不大于1 mm/循環(huán)的效果，保證了既有線運(yùn)營的安全和最終變形控制目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。見圖3。

圖3 施工中注漿體系布置(單位：m)

圖5 下穿段施工引起既有線結(jié)構(gòu)線路沉降

5.4 臨時(shí)中撐不拆除施工二襯

CRD法施工，臨時(shí)中撐的拆除對(duì)變形影響較大，因此下穿段二襯施工除分段進(jìn)行外，暫時(shí)不拆除臨時(shí)工字鋼中撐，僅破除二襯厚度施工范圍內(nèi)的噴射混凝土，采用工字鋼上焊接止水法蘭，涂防水膏等措施進(jìn)行防水補(bǔ)強(qiáng)，臨時(shí)中撐澆筑在二襯混凝土內(nèi)，起到了較好的限制變形作用。

6 施工對(duì)既有線影響的安全性評(píng)估

為了了解隧道CRD法施工對(duì)既有線結(jié)構(gòu)變形的影響，采用基于有限差分的FLAC3D軟件對(duì)既有地鐵結(jié)構(gòu)受新建地鐵結(jié)構(gòu)施工的影響進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算和分析。

6.1 計(jì)算模型及參數(shù)(圖4，表2，表3)

模型邊界條件的選取為側(cè)面和底面為位移邊界，模型頂面取為自由邊界，底面采用固定約束，側(cè)面采用法向約束。不同的土層采用不同的材料參數(shù)模擬，土體采用摩爾-庫侖彈塑性本構(gòu)模型，新建及既有結(jié)構(gòu)均采用線彈性本構(gòu)模型，全部單元采用實(shí)體單元，共劃分了192 100個(gè)實(shí)體單元。

計(jì)算荷載考慮既有地鐵結(jié)構(gòu)自重、土體豎向自重力及地表均布超載20 kPa等。

圖4 計(jì)算模擬整體圖

土層編號(hào)土層名稱重度/(kN/m3)壓縮模量/MPa泊松比黏聚力/kPa內(nèi)摩擦角/(°)1填土1656040102砂195250290303卵礫20535020384礫巖2135502370405礫巖-1213850237040

表3 下穿段結(jié)構(gòu)參數(shù)

6.2 模擬計(jì)算結(jié)果及分析(圖5)

(1)既有線豎直變形。下穿段結(jié)構(gòu)整體施工結(jié)束后既有結(jié)構(gòu)最大沉降為2.38 mm，小于運(yùn)營安全控制指標(biāo)3 mm。

(2)變形縫處差異沉降。下穿段施工完畢后南側(cè)線路下結(jié)構(gòu)東西側(cè)變形縫處差異沉降分別為0.49 mm和0.31 mm，小于運(yùn)營安全控制指標(biāo)1 mm。

(3)既有線結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分析。通過模擬計(jì)算，在預(yù)測的沉降條件下，結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形滿足《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的正常使用極限狀態(tài)的裂縫寬度要求和承載能力極限狀態(tài)下的安全性要求，結(jié)構(gòu)有足夠的安全儲(chǔ)備(安全系數(shù)為3.51)。

7 既有線監(jiān)測

(1)測點(diǎn)設(shè)置。在下穿既有線施工過程中，采用自動(dòng)化與人工監(jiān)測相結(jié)合，動(dòng)態(tài)與靜態(tài)相結(jié)合的監(jiān)測方式，從隧道結(jié)構(gòu)、道床、軌道等幾個(gè)方面來監(jiān)控施工過程中既有線的變形。其中自動(dòng)化監(jiān)測測點(diǎn)在隧道結(jié)構(gòu)共布設(shè)18個(gè)，道床和軌道上共布設(shè)8個(gè)。

(2)監(jiān)測結(jié)果及分析。下穿施工自2011年4月20日開始，到2011年12月25日結(jié)束，既有線結(jié)構(gòu)最大沉降2.1 mm，變形縫差異沉降0.6 mm。其中既有線垂直沉降小于模擬分析值2.38 mm，變形縫差異沉降大于模擬分析值0.49 mm，變形顯示的規(guī)律基本相符，數(shù)值上的差異是由于在施工過程對(duì)既有線結(jié)構(gòu)變形補(bǔ)償注漿造成的，最終滿足了既有線結(jié)構(gòu)和運(yùn)營安全的需要。

8 結(jié)語

隨著城市地鐵建設(shè)的發(fā)展，新建地鐵線路要大量下穿既有地鐵結(jié)構(gòu)和其他地上、地下結(jié)構(gòu)物，保證既有建筑物安全和正常運(yùn)營是必須面對(duì)的課題。本工程根據(jù)其具體特點(diǎn)，通過模擬計(jì)算了解既有結(jié)構(gòu)變形規(guī)律，針對(duì)既有結(jié)構(gòu)變形采取有效的控制措施，結(jié)合監(jiān)控量測，信息化施工，通過主動(dòng)控制引起變形發(fā)生、發(fā)展的因素，取得了下穿施工的成功，對(duì)類似工程有一定的借鑒意義。

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