張朋嬌

摘 要：針對杭州地區(qū)盾構(gòu)下穿地下通道，采用摩爾庫倫模型理論，對地鐵盾構(gòu)區(qū)間下穿地下通道進(jìn)行數(shù)值分析，綜合施工風(fēng)險(xiǎn)、經(jīng)濟(jì)性提出針對性的設(shè)計(jì)及施工應(yīng)對技術(shù)措施。對今后類似工程起一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)隧道、下穿地下通道

一、引言

隨著城市建設(shè)的發(fā)展，地鐵下穿既有地下通道的工程愈來愈多。為防止盾構(gòu)在掘進(jìn)過程中，造成既有地下通道區(qū)內(nèi)土體下沉、道床沉降，危及行車安全。穿越節(jié)點(diǎn)處采取推進(jìn)前對既有地下通道線路預(yù)加固和對地下通道影響范圍內(nèi)的隧道采用加強(qiáng)配筋的超深埋管片。同時在盾構(gòu)推進(jìn)時實(shí)行信息化動態(tài)施工，及時調(diào)整盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)，保持盾構(gòu)開挖面的穩(wěn)定，管片脫出盾尾時及時采用同步注漿、二次注漿來填充盾尾建筑空隙，以保工程和地下通道行車安全。以杭州軌道交通5號線打鐵關(guān)站～寶善橋站區(qū)間盾構(gòu)下穿環(huán)城北路地下通道進(jìn)行計(jì)算分析，證明以上措施可達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

二、工程概況

打鐵關(guān)站～寶善橋站區(qū)間位于下城區(qū)，區(qū)間采用盾構(gòu)法施工，設(shè)置兩座聯(lián)絡(luò)通道，其中一座聯(lián)絡(luò)通道兼泵站，在建國北路與環(huán)城北路交叉口處下穿該地下通道，形成立體交叉。

區(qū)間于YDK26+490～YDK26+530段下穿環(huán)城北路地下通道，下穿角度約70°，該處地鐵區(qū)間埋深約25.8m，環(huán)城北路地下通道2015年10月通車，其北線為明挖區(qū)間，底板厚800mm，距離5號線盾構(gòu)區(qū)凈距約18m，南線為直徑11.2m、600mm厚管片大盾構(gòu)區(qū)間，距離5號線盾構(gòu)區(qū)間約2.1m。為防止通道沉降（特別是南線盾構(gòu)隧道），環(huán)城北路地下通道盾構(gòu)隧道下方土體采用Φ800@600高壓旋噴樁進(jìn)行加固，加固范圍為：地鐵盾構(gòu)隧道縱向約22m，環(huán)向不小于3m。按照目前工籌，盾構(gòu)掘進(jìn)期間該通道已運(yùn)營。

三、工程地質(zhì)及水文概況

區(qū)間段線路穿越了不同時代的地層，根據(jù)勘探孔揭露的地層結(jié)構(gòu)、各巖土層分別按巖土層代號自上而下描述：①1雜填土、①2素填土、③2砂質(zhì)粉土、③3砂質(zhì)粉土夾粉砂、③4砂質(zhì)粉土夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、③5砂質(zhì)粉土、③6粉砂夾砂質(zhì)粉土、③7砂質(zhì)粉土夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、④1淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、④2淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土⑥1淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、⑥2淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土夾粉砂、⑦1粉質(zhì)粘土、⑧2粉質(zhì)粘土、⑨1粉質(zhì)粘土、⑨2含砂粉質(zhì)粘土、⑨3礫砂、⑩2粉質(zhì)粘土夾粉砂，該段盾構(gòu)底部位于⑥2淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土夾粉砂中。

場地淺層地下水屬孔隙性潛水，由大氣降水徑流補(bǔ)給以及河水的側(cè)向補(bǔ)給，排泄主要通過蒸發(fā)形式。由于場地地勢較低，地下水與地表水水力聯(lián)系較強(qiáng)，地下水位高程受降雨及內(nèi)河水位漲落影響較大。潛水水量較大，地下水位隨季節(jié)變化。水位埋深一般為1.00～4.50m，高程3.70～5.26m。

四、數(shù)值計(jì)算分析

在分析新建地下工程對既有地下結(jié)構(gòu)安全性影響的過程中，目前常用的方法主要還是利用數(shù)值分析軟件（如邁達(dá)斯GTS、ABAQUS、FLAC3D、ANSYS等），通過建立數(shù)值仿真模型進(jìn)行計(jì)算分析從而判斷新建地下工程是否會對既有結(jié)構(gòu)的正常運(yùn)營造成威脅。

4.1 控制標(biāo)準(zhǔn)

由于盾構(gòu)下穿大盾構(gòu)工程案例較少，結(jié)合《城市軌道交通監(jiān)測規(guī)范》及杭州、上海及寧波等軟土地區(qū)其他工程經(jīng)驗(yàn)。盾構(gòu)下穿環(huán)城北路地下通道，其結(jié)構(gòu)沉降及水平位移分別為10mm和5mm。

4.2 計(jì)算模型建立

用邁達(dá)斯GTS對區(qū)間下穿在建通道進(jìn)行分析。數(shù)值模型水平長120m，向下延伸60m，徑向延伸70m。計(jì)算模型采用摩爾庫倫模型，地下通道結(jié)構(gòu)及地鐵盾構(gòu)管片采用板單元、土體采用實(shí)體單元進(jìn)行模擬。地層參數(shù)參照《杭州地鐵5號線巖土工程詳勘報(bào)告》并加以合理概化。

通過數(shù)值模擬分析，杭州地鐵5號線盾構(gòu)下穿環(huán)城北路地下通道引起該通道最大沉降為：南線大盾構(gòu)3.61mm，北線明挖區(qū)間：4.05mm；最大水平位移為：南線大盾構(gòu)4.82mm，北線明挖區(qū)間：1.71mm；變形量較小，故可判定5號線盾構(gòu)區(qū)間下穿環(huán)城北路地下通道施工處于安全可控狀態(tài)。

五、安全保護(hù)方案及應(yīng)急預(yù)案

通過以上分析，杭州地鐵5號線區(qū)間盾構(gòu)下穿環(huán)城北路地下通道施工安全可控，但考慮到地鐵及大型地下交通工程社會影響巨大，不容有任何意外發(fā)生，因此需制定安全保護(hù)方案及應(yīng)急預(yù)案。

5.1安全保護(hù)方案

保護(hù)措施主要包括以下措施：

a）地層損失率控制在5‰以內(nèi)。

b）利用盾構(gòu)推進(jìn)的初始100m長度作為試驗(yàn)段，掌握盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)與地層位移間的規(guī)律，進(jìn)行智能化施工；

c）根據(jù)隧道覆土厚度、地面附加荷載等情況，結(jié)合模擬段施工時總結(jié)的最佳參數(shù)，確定最佳的穿越通道的盾構(gòu)機(jī)土壓平衡值；

d） 盾構(gòu)推進(jìn)過程速度保持穩(wěn)定，確保盾構(gòu)均衡、勻速地穿越，減少盾構(gòu)推進(jìn)對土體造成的擾動。

e） 在盾構(gòu)機(jī)穿地下通道時，將出土量控制在理論出土值的99.5%左右，保證盾構(gòu)切口上方土體能有微量的隆起（不超過1mm），以便抵消一部分土體的后期沉降量；

5.2監(jiān)測方案

穿越前（30m）、穿越中（40m）及穿越后（30m）過程中，應(yīng)加強(qiáng)地面沉降及變形的監(jiān)測。以地鐵盾構(gòu)下穿處為中心在環(huán)城北路地下通道兩側(cè)各30m范圍內(nèi)布設(shè)自動監(jiān)測斷面，對地層做變形量測。盾構(gòu)通過期間，每10min提供一組監(jiān)測數(shù)據(jù)。為保證既有地下通道的行車安全和正常運(yùn)營，在盾構(gòu)穿越鐵路期間，必須對既有線路實(shí)施全天24小時的監(jiān)控。

1）監(jiān)測項(xiàng)目

（1）對地鐵盾構(gòu)隧道的監(jiān)測包項(xiàng)目括隧道拱頂沉降和管片襯砌變形等。

（2）對地下通道的監(jiān)測項(xiàng)目包括通道結(jié)構(gòu)沉降、上浮、水平位移、裂縫觀測及地表沉降等。

2）監(jiān)測要求

（1）地面沉降監(jiān)測點(diǎn)需布置縱向（沿軸線）剖面監(jiān)測點(diǎn)和橫剖面監(jiān)測點(diǎn)，取每隔5 ～6.5米在沿軸線方向布置一個測點(diǎn)。

（2）監(jiān)測橫剖面：每隔10～15m布置一個橫剖面，在橫剖面上從盾構(gòu)軸線由中心向兩側(cè)由近到遠(yuǎn)，按測點(diǎn)間距為2m；布設(shè)的范圍為盾構(gòu)外徑的2～3倍，即線路左右各12 ～18m范圍。

（3）對于軌面的監(jiān)測，在每根軌道上沿軌道方向每3m設(shè)一個觀測點(diǎn)，測點(diǎn)用紅油漆標(biāo)記，并統(tǒng)一編號。

（4）監(jiān)測頻率：盾構(gòu)掘進(jìn)時，地面監(jiān)測頻率為1次/2h，監(jiān)測范圍為機(jī)頭前10m和后20m。

5.3施工應(yīng)急措施

在施工掘進(jìn)過程當(dāng)?shù)叵峦ǖ赖某两导白冃屋^大時，主要采取以下應(yīng)急措施：

1）隧道內(nèi)應(yīng)急措施：立即停止盾構(gòu)掘進(jìn)，并保持土倉壓力，有效控制地表繼續(xù)沉降。

2）對已拼裝成形的盾構(gòu)隧道，在沉降區(qū)內(nèi)進(jìn)行管片背后補(bǔ)注漿，在此期間提高監(jiān)測的頻率，及時繪制變形曲線圖，以便根據(jù)變形發(fā)展情況采取相應(yīng)措施。

3）施工時還應(yīng)準(zhǔn)備好足夠的搶險(xiǎn)物資及設(shè)備，如發(fā)泡聚氨脂、盾尾油脂等，并成立行之有效的應(yīng)急機(jī)構(gòu)。

六、結(jié)論

經(jīng)過上述分析計(jì)算，通道最大沉降約4.82mm，滿足通道保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)；同時盾構(gòu)自身豎向變形及水平收斂也滿足規(guī)范要求。因此，該工程方案可行，安全可控。但是考慮到地鐵和大盾構(gòu)都是重要市政工程一旦出現(xiàn)問題后果不堪設(shè)想，故建議施工采取保護(hù)措施。

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