李 威

（上海市政工程設(shè)計研究總院（集團），上海 200092）

1 引言

某地鐵線路場地位于南京市，是該市貫通市區(qū)與過江新區(qū)的關(guān)鍵線路。該段線路途徑某地下綜合管廊，與該綜合管廊斜向交叉。綜合管廊為干線綜合管廊，是高壓電力主通道，內(nèi)含管線為220kV、110kV高壓電力線，且回數(shù)眾多。由于新區(qū)為國家級新區(qū)，而穿越地屬核心區(qū)范圍，電力管線不可以以架空形式敷設(shè)，必須以埋地形式敷設(shè)。綜合管廊穿越直接影響該線路的運營安全。該綜合管廊工程緊鄰地鐵隧道線，距離最近地鐵站最小平面間距約98m，距離隧道隧道盾構(gòu)最小平面間距約20m。

根據(jù)《軌道交通條例》規(guī)定：為了保障軌道交通規(guī)劃的合理性、建設(shè)過程中能順利施工并完成以及建成后的安全暢通，必須設(shè)立軌道交通控制保護區(qū)和軌道交通特別保護區(qū)；地面和高架車站以及線路軌道結(jié)構(gòu)外邊線外側(cè)30m內(nèi)；為確保既有地鐵線安全運營，綜合管廊穿越既有地鐵線期間應著重加強對既有地鐵線隧道的水平變形、豎向變形、徑向收斂變形、軌道橫向高差、軌向高差、道床脫空量及管片結(jié)構(gòu)裂縫寬度等內(nèi)容的監(jiān)測，各項監(jiān)測值應嚴格控制在允許范圍內(nèi)。

2 工程設(shè)計方案

2.1 工程概況

綜合管廊與既有地鐵線盾構(gòu)區(qū)間近乎垂直相交，平面交角81°，該地鐵區(qū)間全長約570m。區(qū)間左、右線均位于平直線上；區(qū)間設(shè)計為單面坡，最大坡度28‰，區(qū)間覆土厚度9.61～14.15m。隧道平面圖及盾構(gòu)管片結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 隧道平面圖及盾構(gòu)管片結(jié)構(gòu)圖

2.2 地勘情況

既有地鐵線盾構(gòu)井～車站區(qū)間所處地層主要為②-2b4淤泥質(zhì)（粉質(zhì)）黏土（流塑）、②-2d3-4粉砂、細砂（松散～稍密）、②-4d1-2粉細砂（中密～密實）。盾構(gòu)井～臨江站區(qū)間地質(zhì)縱斷面圖如圖2所示。

圖2 盾構(gòu)井～臨江站區(qū)間地質(zhì)縱斷面圖

2.3 設(shè)計方案

根據(jù)地鐵公司意見，管廊不允許下穿地鐵區(qū)段。受制于隧道頂覆土、入廊管線等因素的影響，管廊無法采用盾構(gòu)形式穿越，經(jīng)過專家評審會意見后，綜合管廊最終采用圓形雙頂管上穿既有地鐵線江區(qū)間段。根據(jù)實際情況，既有地鐵區(qū)間與頂管之間的實際凈距控制在2.3m，頂管上部覆土厚度為4.8m左右，約為1d（d為頂管直徑），這樣才能滿足該工程的頂管施工要求。頂管隧道內(nèi)徑3600mm，外徑3960mm，壁厚230mm。頂管隧道穿越地層主要為②-1d3-4粉砂、細砂（松散～稍密）、②-2b4淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土（軟～流塑）、②-2d3-4粉砂、細砂（松散～稍密）。圓形雙頂管上穿斷面圖及加固圖如圖3所示。

圖3 圓形雙頂管上穿斷面圖及加固圖

2.4 計算模擬

（1）計算假定。數(shù)值模擬過程中，為了計算環(huán)境與實際的差距無限接近，必須采取有效措施，部分簡化和處理地層及結(jié)構(gòu)，這樣才能更好地運用計算軟件和計算理論。經(jīng)過仔細研判，擬定了以下幾種計算基本假定：一是初始應力要對構(gòu)造應力的影響加以忽略，而對圍巖的自重應力進行考慮；二是土體水平成層分布，而且所有材料連續(xù)、均質(zhì)，同時各向同性；三是襯砌考慮為彈性材料，圍巖考慮為摩爾-庫倫理想彈性材料；四是頂管隧道只進行整體簡化分析，不考慮每節(jié)預制構(gòu)件之間的連接；五是對于線內(nèi)列車運行時產(chǎn)生的震動不加以考慮。

（2）計算模擬內(nèi)容。①隧道壁后注漿的模擬。本次模擬過程中認為壁后注漿在注漿范圍內(nèi)是連續(xù)的、均勻的，不考慮注漿過程中產(chǎn)生的跑漿、劈裂注漿。壁后注漿的模擬采用更換網(wǎng)格組屬性的方式進行模擬，在保證原網(wǎng)格組不變的情況下改變其參數(shù)來實現(xiàn)注漿效果。②接觸的模擬。根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件，土體與隧道襯砌之間由于變形會導致縫隙，不能實現(xiàn)完全接觸。因此，在計算模擬的時候，要根據(jù)具體情況，采用接觸單元對土體與隧道襯砌之間的接觸進行模擬。③土倉壓力的模擬。在實際工程中，土倉壓力以均衡的壓強形式存在，為了更接近實際，在數(shù)值模擬過程中，直接對開挖面土體施加法向均勻分布的壓力來模擬土倉壓力。④襯砌結(jié)構(gòu)、圍護結(jié)構(gòu)及圍巖模擬。隧道襯砌及基坑圍護結(jié)構(gòu)在模擬時采用彈性本構(gòu)模擬。均質(zhì)彈性材料的應力應變關(guān)系符合虎克定律。圍巖模擬采用Mohr-Coulomb模型，Mohr-Coulomb模型是彈性-塑性本構(gòu)，其破壞準則是受最大剪應力控制的，可通過反映最大和最小主應力關(guān)系的摩爾圓來表現(xiàn)，如圖4所示。

圖4 最大和最小主應力關(guān)系的摩爾圓

（3）計算模擬工況及工序。①左線頂管下穿施工；②右線頂管下穿施工。三維計算分析，橫江大道綜合管廊頂管上穿（地層未加固）開挖頂進對地層及既有地鐵線影響分析結(jié)果如圖5所示。

（4）計算模擬結(jié)果。在頂管隧道左線開挖頂進的過程中，地表產(chǎn)生豎向向下的位移，最大沉降值為15.0mm；在頂管隧道左線施工完畢，右線開挖頂進的過程中，在對地層進行二次擾動及疊加效應的影響下，地表產(chǎn)生豎向向下的位移，最大沉降值為19.1mm；既有地鐵10號線隧道豎向最大隆起為3.9mm，最小值位于頂管隧道正上方，并向兩側(cè)擴散，隆起量隨著與既有地鐵線距離的增加而增加；在頂管隧道左線施工完畢，右線開挖頂進的過程中，在對地層進行二次擾動的影響下，既有地鐵10號線隧道豎向隆起位移值發(fā)生變化，最大隆起為5.0mm；最大水平位移為2.4mm。

2.5 計算結(jié)果分析

綜合管廊穿越既有地鐵線隧道方案計算分析結(jié)果一覽表如表1所示。

表1 綜合管廊穿越既有地鐵線隧道方案計算分析結(jié)果一覽表

圖5 圓形雙頂管上穿既有地鐵三維模型圖及計算結(jié)果

（1）圓形雙頂管上穿方案對地表豎向變形、既有地鐵線的變形影響較小。

（2）采取地層加固措施有利于減小橫江大道綜合管廊施工過程對地表、既有地鐵10號線隧道的變形影響。

（3）采用圓形雙頂管上穿（地層加固）方案可行。

（4）頂管施工前應根據(jù)工程所處工程地質(zhì)及水文地質(zhì)、地下障礙物和需要保護的構(gòu)建筑物等因素，合理選擇頂管機械，建議采用土壓平衡頂管掘進機。

（5）頂管頂進施工過程中應加強土倉壓力控制，避免過高或過低土倉壓力對既有地鐵線產(chǎn)生不利變形影響。

（6）頂管隧道貫通后應采用水泥砂漿置換觸變泥漿，拆除注漿管路后，應將管道上的注漿孔封閉嚴密。

（7）為保證既有地鐵線運營安全，減小綜合管廊工程上穿過程中對既有地鐵1線造成的變形影響，因此，在上穿施工之前，應采取必要的地層加固措施。

3 結(jié)束語

文章充分運用了有限元數(shù)值三維仿真計算，對綜合管廊頂管穿越既有地鐵線路產(chǎn)生的影響進行分析，在采取充分的加固措施后，頂管穿越既有隧道產(chǎn)生的影響較小且在控制范圍之內(nèi)，并且提出相應的施工措施，以保證穿越頂管的順利進行。