樊松勃

（中鐵第六勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，天津 300308）

1 引言

隨著城市軌道交通的快速發(fā)展，地鐵施工臨近或下穿既有運(yùn)營線路的情況日益增多。而暗挖隧道本身施工風(fēng)險較大，近距離下穿既有地鐵會進(jìn)一步增大施工風(fēng)險。為保證地鐵運(yùn)營線的安全，對地鐵施工過程中下穿既有線路的影響及風(fēng)險控制進(jìn)行研究越來越重要。

目前，國內(nèi)學(xué)者對臨近或下穿既有線施工風(fēng)險的控制進(jìn)行了大量研究。黃友發(fā)[1]以深圳市在建港廈北綜合交通樞紐工程為例，分析了深基坑對臨近既有線產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變形和位移的原因，探討了適用于保護(hù)既有地鐵線路安全的技術(shù)措施，系統(tǒng)地闡述了臨近既有線施工的關(guān)鍵工序節(jié)點，為國內(nèi)同類工程提供了寶貴的借鑒經(jīng)驗。蔡建鵬，高強(qiáng)等[2-4]研究了基坑開挖對下臥隧道的影響，并提出了相應(yīng)的風(fēng)險控制方案，取得了良好的效果。張玉龍等[5]為了解決小凈距重疊隧道下穿準(zhǔn)高速鐵路的安全施工問題，采用數(shù)值計算的方法，對上下重疊隧道不同施工順序引起的地層變形、管片結(jié)構(gòu)位移和受力情況進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，采用“先下后上”開挖方式時，地表沉降、隧道管片結(jié)構(gòu)豎向位移均小于“先上后下”方式。

目前的研究中，多為深基坑開挖對于鄰近既有線路的影響，對于暗挖隧道近距離下穿既有線的影響研究較少。本文以北京某新建地鐵區(qū)間下穿既有運(yùn)營線路施工項目為例，研究暗挖隧道近距離下穿既有線路施工風(fēng)險控制方案。

2 工程概況

2.1 工程概況

擬建某區(qū)間為盾構(gòu)法+礦山法區(qū)間，區(qū)間全長2 522.811 m，其中，暗挖段140.311 m，明挖風(fēng)井及盾構(gòu)井長105.400 m，盾構(gòu)段長2 277.100 m。盾構(gòu)井與M19 新宮站之間下穿既有線區(qū)域為礦山法施工，右線長100.410 m，左線長99.28 m，過程中下穿既有新宮站。新建線路與既有地鐵車站平面位置關(guān)系如圖1 所示，其中，A 型斷面開挖寬度為13.8 m，開挖高度為10.85 m，覆土為14.8 m；B 型斷面開挖寬度為13.5 m，開挖高度為8.46 m，覆土為17.1 m；C 型斷面開挖寬度為6.5 m，開挖高度為7.26～9.06 m，覆土為15.9～18.2 m。A、B 型斷面均采用雙側(cè)壁導(dǎo)洞法施工，C 型斷面采用臺階法施工。

圖1 新建線路與既有地鐵車站平面位置關(guān)系圖

區(qū)間近距離下穿既有新宮站，隧道拱頂與既有站底板墊層底最小豎向凈距約0.095 m，下穿段采用平頂直墻斷面。襯砌類型采用復(fù)合式襯砌，初期支護(hù)采用噴混凝土+格柵鋼架措施，二次襯砌采用模筑鋼筋混凝土，兩次襯砌之間設(shè)柔性防水層。輔助工程措施采用深孔注漿加固、掌子面噴射混凝土封閉等。

根據(jù)地勘資料，下穿段自上而下依次為雜填土、黏質(zhì)粉土、粉細(xì)砂、卵石圓礫、粉質(zhì)黏土等。區(qū)間隧道主要洞身主要為卵石⑦層及⑥3 層粉細(xì)砂，下穿段主要為卵石⑦層及⑥3 層粉細(xì)砂（下部為粉質(zhì)黏土⑧層）。

綜合風(fēng)險評估，該穿越工程風(fēng)險等級為特級。

2.2 工程重難點

1）既有線變形控制要求較高，有效控制既有結(jié)構(gòu)變形在允許范圍內(nèi)，確保既有線正常運(yùn)行是工程重難點。

2）區(qū)間下穿既有線斷面寬×高為13.5 m×8.46 m，跨度較大，開挖風(fēng)險大。

3 數(shù)值模擬分析

該穿越工程風(fēng)險評估報告對穿越過程中既有地鐵的變形情況進(jìn)行了數(shù)值模擬分析。本次計算采用MIDAS 建模及計算分析，模擬新建19 號線新新區(qū)間（新宮站—新發(fā)地站區(qū)間）在施工過程中對既有新宮站主體結(jié)構(gòu)、軌道結(jié)構(gòu)的安全性影響，提供既有地鐵結(jié)構(gòu)的變形分析結(jié)果，評估新宮站主體結(jié)構(gòu)、軌道結(jié)構(gòu)的安全性。

根據(jù)計算過程及結(jié)果，新建19 號線施工過程中，既有新宮站結(jié)構(gòu)預(yù)測產(chǎn)生的最大沉降為2.96 mm，最大橫向位移為0.14 mm；既有地鐵軌道產(chǎn)生的最大累計沉降為2.89 mm。

監(jiān)測控制指標(biāo)的制定應(yīng)依據(jù)其他類似工程經(jīng)驗和現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，在綜合考慮預(yù)測變形值和結(jié)構(gòu)容許變形值的基礎(chǔ)上考慮一定的安全系數(shù)，確定既有地鐵結(jié)構(gòu)變形的控制指標(biāo)建議。根據(jù)數(shù)值模擬計算結(jié)果，同時，依據(jù)現(xiàn)有常規(guī)測量儀器的監(jiān)測精度，綜合運(yùn)營安全要求及變形預(yù)測結(jié)果確定變形控制值。最終確定該穿越工程車站結(jié)構(gòu)累計沉降、軌道累計沉降監(jiān)測控制值為3.0 mm，車站結(jié)構(gòu)累計橫向位移、軌道累計橫向位移、結(jié)構(gòu)及軌道上浮結(jié)構(gòu)監(jiān)測控制值為2.0 mm，軌道變形速率控制值為1.0 mm/d，并將控制值的80%作為報警值，70%作為預(yù)警值。

4 工程風(fēng)險對策

4.1 對策一

新建區(qū)間采用平頂直墻（B 型斷面）密貼下穿既有新宮站方式，區(qū)間隧道拱頂與既有站底板墊層底最小豎向凈距約0.095 m，B 型斷面開挖跨度為13.5 m，開挖高度均為8.46 m，分6 個洞進(jìn)行開挖，下穿處進(jìn)行全斷面深孔注漿。

4.2 對策二

區(qū)間下穿既有線過程中采用的施工工序為先施作兩側(cè)C型二襯，再進(jìn)行中間導(dǎo)洞開挖：

1）施工二襯階段應(yīng)進(jìn)行分段破除臨時支護(hù)結(jié)構(gòu)，分段進(jìn)行二襯混凝土澆筑；

2）破除長度應(yīng)控制在6 m（具體根據(jù)監(jiān)測情況確定破除長度），嚴(yán)禁一次性破除太長，分段破除完成后，應(yīng)及時進(jìn)行下一步工序，盡快完成二襯混凝土澆筑；

3）破除施工過程中加強(qiáng)監(jiān)測，做到信息化施工。若監(jiān)測出現(xiàn)異常，則在洞內(nèi)設(shè)置型鋼支撐，確保洞內(nèi)施工安全。

上述措施在施工過程中均落實到位。深孔注漿采用二重管水泥外加水玻璃WSS 工法注漿技術(shù)，注漿壓力控制在0.3～0.5 MPa。深孔注漿隨開挖進(jìn)度每10 m 進(jìn)行一次，加固長度12 m，搭接2 m。已實施完成，有良好效果。二襯施工時，分段拆除臨時支護(hù)結(jié)構(gòu)、分段澆筑二襯，兩側(cè)C 字形二襯施作完成后再進(jìn)行中間洞開挖，變形控制效果較好。

5 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

施工過程中，加強(qiáng)對既有線的變形監(jiān)測。既有線監(jiān)測過程中，分人工監(jiān)測和自動化監(jiān)測兩部分，人工監(jiān)測主要監(jiān)測既有線結(jié)構(gòu)及道床變形，自動化監(jiān)測主要監(jiān)測既有線道床變形，整個穿越過程中，監(jiān)測數(shù)據(jù)未發(fā)生預(yù)警，工程現(xiàn)場未出現(xiàn)險情。

既有線道床自動化監(jiān)測測點共40 個，累計變形最大測點JLC-406，累計變形-0.95 mm，變形速率-0.02 mm/d，基本穩(wěn)定。既有線結(jié)構(gòu)人工監(jiān)測點共20 個，結(jié)構(gòu)累計變形最大測點SJC403，累計變形-0.92 mm，變形速率-0.01 mm/d，基本穩(wěn)定。既有線道床結(jié)構(gòu)人工監(jiān)測點共64 個，道床累計變形最大測點DJC110，累計變形-0.98 mm，變形速率-0.01 mm/d，基本穩(wěn)定。

不同施工階段既有線結(jié)構(gòu)、道床沉降時程曲線如圖2所示。

圖2 既有線結(jié)構(gòu)、道床沉降時程曲線

通過對以上監(jiān)測數(shù)據(jù)總結(jié)及分析可知，在新建地鐵新新區(qū)間暗挖段平頂直墻下穿既有線過程中，在B1 和B2 斷面導(dǎo)洞施工完成后，既有線道床監(jiān)測點累計變形最大測點DJC309，累計變形-0.61 mm，變形速率-0.02 mm/d；B3 斷面導(dǎo)洞施工完成后，既有線道床監(jiān)測點累計變形最大測點DJC408，累計變形-0.89 mm，變形速率-0.01 mm/d，均未超過報警值，監(jiān)測數(shù)據(jù)變形趨勢穩(wěn)定。

6 結(jié)論

新建地鐵區(qū)間暗挖段平頂直墻密貼下穿既有新宮站為特級風(fēng)險工程。施工過程中，現(xiàn)場采用深孔注漿+格柵噴射混凝土支護(hù)，施工過程中既有線結(jié)構(gòu)及道床結(jié)構(gòu)變形均未達(dá)到預(yù)警值，且未出現(xiàn)監(jiān)測預(yù)警及巡視預(yù)警。通過該項目可以得出如下結(jié)論：

1）區(qū)間下穿既有線過程中所采用施工工序為先施作兩側(cè)C 型二襯，再進(jìn)行中間導(dǎo)洞開挖，有利于既有線變形控制及隧道自身穩(wěn)定。

2）平頂直墻結(jié)構(gòu)密貼下穿既有線有利于其變形控制。

3）深孔注漿過程中，應(yīng)合理控制注漿壓力及注漿量等參數(shù)，并做好過程控制，加強(qiáng)監(jiān)測和巡查，避免地表冒漿及地表管線隆起情況。