影響地鐵隧道凈空余量的主要因素分析

楊再道，孫 寧

(中國鐵道科學(xué)研究院，北京 100081)

地鐵土建工程投資巨大，合理確定地鐵隧道開挖斷面尺寸，對地鐵工程投資有著十分重要的作用。在總結(jié)了北京、上海、廣州、南京等地鐵隧道建設(shè)的基礎(chǔ)上，《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》對不同城市應(yīng)采用的地鐵隧道凈空余量做了規(guī)定，但是未對影響地鐵凈空余量的施工方法、施工質(zhì)量、工程地質(zhì)等因素進(jìn)行分項(xiàng)規(guī)定［1］。在實(shí)際施工過程中，由于凈空余量預(yù)留過大，造成混凝土工程量增加或拱墻背后注漿、回填不密實(shí)的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生。因此合理確定隧道開挖斷面，不僅可以起到節(jié)約地鐵工程投資的作用，而且有助于提高工程實(shí)體質(zhì)量。本文結(jié)合沈陽地鐵工程實(shí)例，就影響隧道凈空余量的主要因素進(jìn)行探討。

1 沈陽地鐵滂黎明挖區(qū)間隧道凈空余量影響因素分析

1.1 工程概況

沈陽地鐵一號線滂黎區(qū)間左線 DK21+485—DK21+710.63區(qū)段為明挖結(jié)構(gòu)，隧道斷面為矩形。底板厚600～1 100 mm，頂板厚600～1 000 mm，結(jié)構(gòu)高度6 400～7 300 mm。明挖區(qū)間線路由兩個(gè)矩形結(jié)構(gòu)漸變?yōu)橐粋€(gè)矩形結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)為C30防水混凝土。明挖隧道采用φ800@1 200鉆孔灌注樁作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，混凝土等級為C30，樁間掛網(wǎng)噴射混凝土。基坑支撐系統(tǒng)橫撐采用φ600、t=14 mm鋼管。

滂黎明挖區(qū)間勘察深度范圍內(nèi)的地層結(jié)構(gòu)由第四系全新統(tǒng)人工填筑層，第四系全新統(tǒng)渾河高漫灘及古河道沖積層，第四系全新統(tǒng)渾河新扇沖積層，第四系上更新統(tǒng)渾河老扇沖積層，第四系下更新統(tǒng)冰水沉積相地層組成。

1.2 凈空余量影響因素分析

1)滂黎明挖隧道結(jié)構(gòu)變形及位移(表1)

表1 滂黎明挖隧道結(jié)構(gòu)位移及變形一覽

2)測量誤差

《地下鐵道、輕軌交通工程測量規(guī)范》12.4.3規(guī)定，明挖隧道結(jié)構(gòu)邊、中墻模板支立前，應(yīng)按設(shè)計(jì)要求，依據(jù)線路中線放樣邊墻內(nèi)側(cè)和中墻中線位置，放樣允許偏差為±10 mm［2］。從現(xiàn)場施工測量復(fù)核的情況來看，施工單位的測量誤差能控制在規(guī)范要求的范圍內(nèi)。

3)立模、模板變形誤差

在明挖區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)施工完成后，施工單位、監(jiān)測單位對隧道斷面誤差狀況進(jìn)行了復(fù)核。為了便于對立模及模板變形誤差進(jìn)行分析，結(jié)合施工現(xiàn)場的實(shí)際情況(圖1)，本文在對斷面誤差復(fù)核結(jié)果進(jìn)行分析時(shí)做了以下幾點(diǎn)假設(shè):

①由施工測量引起的誤差為±10 mm;

②同一斷面各測點(diǎn)誤差的最小值是由于立模誤差引起的;

③同一斷面最大誤差與最小誤差的差值是由于模板變形引起的。

經(jīng)過分析，得出的立模及模板變形誤差結(jié)果匯總?cè)绫?。

圖1 滂黎明挖區(qū)間模板支架

表2 滂黎明挖區(qū)間斷面立模及模板變形結(jié)果匯總 mm

2 影響地鐵隧道凈空余量的主要因素

2.1 地質(zhì)條件

隧道橫向位移、豎向位移與地質(zhì)條件關(guān)系密切。上海、南京地區(qū)地質(zhì)條件差，在施工及運(yùn)營過程中地鐵隧道均會產(chǎn)生較大收斂。黃小平［3］通過研究表明，上海軌道交通2號線人民廣場站—南京東路站上行區(qū)間隧道，2006年水平徑向收斂變形平均值為44 mm。北方大多數(shù)地區(qū)地質(zhì)條件較好，各類隧道收斂值較小。徐建國［4］通過對分水嶺隧道施工監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析得出，隧道橫向最終收斂值在10 mm以內(nèi)。沈陽地鐵滂黎明挖區(qū)間隧道收斂值為6 mm左右;小滂盾構(gòu)區(qū)間隧道收斂值在10～20 mm之間;滂黎礦山法隧道的初支收斂值在10～20 mm之間。

2.2 施工測量

王毅［5］通過理論分析，得出城市軌道交通工程隧道貫通中誤差分配值如表3所示。

表3 城市軌道交通工程隧道貫通中誤差分配值 mm

在明挖隧道設(shè)計(jì)、施工過程中，需要考慮到地面控制測量、聯(lián)系測量以及施工測量誤差對隧道凈空的影響。在盾構(gòu)法、礦山法隧道設(shè)計(jì)與施工過程中，需要考慮地面控制測量、聯(lián)系測量、地下控制測量以及施工測量誤差，其中地下控制測量誤差與隧道貫通長度有密切關(guān)系(基本成正比關(guān)系)，隧道貫通長度越長該誤差值越大。沈陽地鐵滂黎暗挖段(礦山法施工)隧道貫通長度約400 m，隧道橫向貫通誤差為10 mm;小滂盾構(gòu)區(qū)間長度為1 500 m，隧道橫向貫通誤差為35 mm。

2.3 施工質(zhì)量

《地下鐵道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(GB50299—1999)對各種工法施工的混凝土結(jié)構(gòu)的允許偏差做了明確規(guī)定(表4)。從我們國家各個(gè)城市地鐵工程施工情況來看，大多數(shù)施工單位的灌注樁垂直度、模板安裝、管片拼裝質(zhì)量距離國家規(guī)范的要求還存在一定的差距(圖2)。

表4 混凝土結(jié)構(gòu)允許偏差一覽

圖2 某地鐵工程混凝土灌注樁垂直度偏差情況

2.4 其它因素

溫度應(yīng)變大小與環(huán)境溫度差異(施工環(huán)境溫度與將來地鐵的運(yùn)營環(huán)境溫度的差異)有關(guān)，溫度差異越大，溫度應(yīng)變也就越大，因此在施工中應(yīng)盡量避免在極端環(huán)境溫度下施工。

3 結(jié)束語

地鐵隧道工程凈空余量，與工程地質(zhì)條件、施工質(zhì)量、施工方法等密切相關(guān)。在實(shí)際工作中，設(shè)計(jì)單位可以根據(jù)工程地質(zhì)情況、施工工法、隧道長度等因素合理確定隧道凈空余量。對于沈陽、哈爾濱等地質(zhì)條件好的地區(qū)，可以適當(dāng)減少隧道收斂預(yù)留量;對于隧道貫通長度短的盾構(gòu)及礦山法隧道，可以減小地下控制測量誤差的預(yù)留量。施工單位應(yīng)根據(jù)自身實(shí)力，合理選擇隧道開挖斷面，對于明挖區(qū)間隧道，在立模質(zhì)量好的情況下，可以合理減少施工立模誤差預(yù)留量;對于盾構(gòu)區(qū)間隧道，在管片拼裝錯臺小、盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)控制能力強(qiáng)等情況下，可以合理減少盾構(gòu)機(jī)開挖斷面;對于礦山法施工的隧道，可以根據(jù)地下控制測量誤差的不同，設(shè)計(jì)不同的初期支護(hù)開挖斷面。

合理確定隧道凈空余量的大小，需要設(shè)計(jì)、施工單位將信息化工作切實(shí)落實(shí)到位。將施工中收集的隧道收斂、測量貫通誤差、模板變形等信息通過分析整理，反過來用于指導(dǎo)設(shè)計(jì)和施工。只有這樣才能將國家提出的“地鐵工程建設(shè)應(yīng)做到安全、可靠、適用經(jīng)濟(jì)和技術(shù)先進(jìn)”的要求落到實(shí)處。

［1］中華人民共和國建設(shè)部.GB50157—2003 地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國計(jì)劃出版社，2003.

［2］中華人民共和國建設(shè)部.GB50308—1999 地下鐵道、輕軌交通工程測量規(guī)范［S］.北京:中國計(jì)劃出版社，2000.

［3］黃小平.地鐵運(yùn)營隧道收斂變形分析［J］.城市軌道交通研究，2009(3):55-58.

［4］徐建國，王復(fù)明.隧道收斂變形監(jiān)測及圍巖特性參數(shù)反演［J］.中國公路學(xué)報(bào)，2008(5):81-85.

［5］王毅.城市軌道交通工程隧道施工貫通誤差測量精度設(shè)計(jì)與探討［J］.北京測繪，2009(3):3-5.