軟土地層暗挖車站工程中組合頂管相繼頂進的疊加效應(yīng)分析

楊忠勇 王禹椋 潘偉強

1. 同濟大學(xué) 上海 200092；2. 上海隧道工程有限公司 上海 200032

目前，國內(nèi)軌道交通地下車站常見的施工方法主要有明挖法、暗挖法以及明暗結(jié)合法。明挖法是各國地下軌道交通車站施工的首選方法，在地面交通和環(huán)境允許的地方通常采用明挖法施工。但在城市中心地區(qū)，受到地面交通、管線以及周圍建筑物的制約，明挖法因其施工時占用地面空間較大，往往無法適用于某些場地條件緊張的地下車站工程。相比之下，暗挖法因其不影響地面交通和管線、占用場地小等優(yōu)點，近年來在國內(nèi)各大城市地面交通繁忙和地下管線復(fù)雜的城市中心地區(qū)得到越來越廣泛的應(yīng)用。目前國內(nèi)外采用暗挖法修建地鐵車站的施工方法主要有淺埋暗挖法、管幕法、盾構(gòu)法、洞樁法等[1-4]。

經(jīng)過綜合調(diào)研分析，由于上述工法在上海市軌交14號線靜安寺車站工程B區(qū)段施工的適用性均較差，最后該區(qū)段決定采用頂管法進行施工。

截至目前，國內(nèi)外尚無采用頂管法進行地鐵車站施工的案例，該工程在軟黏土地區(qū)環(huán)境敏感區(qū)域地鐵車站建設(shè)方面具有開創(chuàng)性意義，因此需要從多方面研究該工程存在的重、難點以及施工風(fēng)險。

本文則著眼于組合頂管相繼頂進的疊加效應(yīng)研究，通過分析疊加效應(yīng)對周圍土體變形、場地周邊高架橋樁基變形產(chǎn)生的影響，從宏觀角度得到組合頂管頂進過程中存在的施工風(fēng)險，為該工程以及今后的同類工程提供參考。

1 工程概況

上海市軌交14號線靜安寺站位于華山路與延安中路交叉路口，沿華山路南北向布置，為地下3層島式站臺車站，與已建成通車的軌交2號線、7號線靜安寺站形成三線換乘樞紐。車站長度225 m，凈寬20.54 m。整個車站主體自北向南分為A、B、C共3個區(qū)（圖1），其中A、C區(qū)采用分段半幅蓋挖＋局部框架逆作法施工，本文所研究的B區(qū)采用暗挖頂管法施工。

B區(qū)暗挖段橫貫延安高架路及其地面道路，長度82 m，頂管頂部埋深15 m左右，頂管管節(jié)斷面為8.85 m×7.65 m、9.50 m×4.80 m這2種規(guī)格的類矩形，每節(jié)頂管縱向長度為2 m，施工時先采用鋼管節(jié)頂進，后期于隧道內(nèi)部現(xiàn)澆鋼筋混凝土，形成復(fù)合管節(jié)（圖2）。

圖1 軌交14號線靜安寺站平面布置

圖2 頂管橫截面

2 頂管近距離相繼頂進疊加效應(yīng)分析

軌交14號線靜安寺站B區(qū)暗挖段所在地層橫斷面上無地面建筑物，因此，在研究組合頂管相繼頂進產(chǎn)生的疊加效應(yīng)對鄰近地面結(jié)構(gòu)的影響時，主要研究延安路的路面不均勻沉降以及延安高架路橋墩樁基的變形情況。

2.1 疊加效應(yīng)對周圍土體的影響分析

圖3反映的是組合頂管相繼頂進疊加效應(yīng)對地面沉降的影響。左側(cè)大頂管頂進結(jié)束后地表沉降最大值為5 mm，位于頂管上方，此時沉降槽寬度大約為18 m；右側(cè)大頂管頂進后地表沉降普遍達到7 mm，此時沉降槽寬度明顯增加，達28 m；在站廳層小頂管施工后地表發(fā)生小范圍的大幅度沉降，沉降最大值達到14.3 mm。根據(jù)這一分析結(jié)果，雖然站臺層兩頂管斷面大于站廳層頂管，但由于站廳層頂管覆土淺，且整個組合頂管為非對稱結(jié)構(gòu)，所以站廳層頂管施工時會發(fā)生大幅度的不均勻沉降，站廳層頂管上方地表6 m范圍內(nèi)沉降均達到14 mm，而這一范圍外的沉降僅0.6 mm，因此在實際施工中需要特別注意這一工況的施工風(fēng)險。

圖4反映的是組合頂管相繼頂進疊加效應(yīng)對不同路徑分層沉降的影響。不同路徑的分層沉降反映了組合頂管施工對周圍土體的擾動情況。對于不同路徑，呈現(xiàn)一定的相似規(guī)律，又有所不同：例如深度0～5 m，沉降均緩慢變化；而5～10 m，沉降值迅速變化。對于路徑B，由于該路徑位于頂管正上方，其沉降隨深度的增加而增加，這主要是由于頂管頂進過程中頂管上方土體出現(xiàn)陷落引起的，而其他路徑在深度5 m以下迅速減小，表明這一部分區(qū)域的土體不在組合頂管施工擾動較強的范圍內(nèi)。由于C、D路徑距離小頂管較近，因此可以看到小頂管施工后，曲線上6m深處沉降值突增。

圖3 組合頂管施工對地面沉降的影響

圖4 組合頂管施工對不同路徑的分層沉降的影響

2.2 疊加效應(yīng)對高架橋樁基的影響分析

從3根頂管頂進完畢后左側(cè)和右側(cè)第1根樁基的變形（圖5、圖6）可以看出，由于組合頂管結(jié)構(gòu)不對稱，施工時的影響不同，兩側(cè)樁基變形值規(guī)律也不同，左側(cè)樁基變形最大值接近2.2 mm，而右側(cè)樁基變形最大值達到3.2 mm。左側(cè)樁基隨著頂管施工的變形增量較為平緩，而右側(cè)樁基由于上下頂管疊交施工，在深度9～21 m范圍內(nèi)變形發(fā)生突增。

圖5 左側(cè)第1根樁基變形

圖6 右側(cè)第1根樁基變形

3 結(jié)語

本文采用二維數(shù)值模擬方法對軟土地層城區(qū)環(huán)境敏感區(qū)域頂管法暗挖地鐵車站組合頂管相繼頂進施工的環(huán)境影響疊加效應(yīng)進行研究，得到如下結(jié)論：

1）組合頂管結(jié)構(gòu)非對稱部分施工將使地面道路產(chǎn)生大幅度的不均勻沉降，小頂管所在位置小范圍的沉降值達到左側(cè)頂管所在位置的2倍，這一工況存在較大的施工風(fēng)險。

2）右側(cè)上方小頂管施工使得右側(cè)第1根樁基變形模式發(fā)生突變，其在深度9～21 m范圍內(nèi)變形發(fā)生突增，右側(cè)樁基變形最大值為左側(cè)樁基的1.45倍。