深埋軟巖小凈距隧道近接既有車站的位移響應

張立國 王志金

摘 要：本文章以某地鐵站為施工背景，建設的車站選用的是分離式小凈距隧道近距下穿既有車站，借助三維數(shù)據(jù)研究和場地實際勘測相結(jié)合的形式，對現(xiàn)有站臺體系的位移響應展開具體的研究與討論，提出了施工過程中的關鍵環(huán)節(jié)，并總結(jié)得出了一些結(jié)論。研究數(shù)據(jù)證明，場地勘測與數(shù)值運算的最終數(shù)據(jù)大致相符，符合隧道體系縱向位移≤10mm的標準。

關鍵詞：城市軌道交通 小凈距隧道 沉降槽寬度參數(shù)

中圖分類號：U231 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）06（c）-0054-02

近年來，隨著軌道交通建設的迅速發(fā)展，新建的地鐵結(jié)構(gòu)越來越多地下穿既有結(jié)構(gòu)，在近接施工過程中，會不可避免地對既有地鐵結(jié)構(gòu)產(chǎn)生擾動，因此，如何確保新建結(jié)構(gòu)施工時既有結(jié)構(gòu)的正常運營，就成為地鐵建設的難點和重點。根據(jù)《北京市軌道交通工程風險工程分級與設計指南》（BJMTR/RM}F-03，2013.05），軌道交通下穿既有地鐵線路（含鐵路）風險源等近距下穿既有車站的位移級為特級、一級，因此，開展針對位移響應的研究尤為重要。

1 工程概況

某地鐵項目處在兩江新區(qū)中，地鐵全長32.15km，在此中地下段的全長為24.85km，高架段全長為7.3km。本項目一共建設19座車站，其中有一座為地上車站。

本工程位于五紅路段處，呈現(xiàn)以南、北方向的布置，借助15m島式站臺，單拱雙層體系，站臺主體運用暗挖的形式進行建設。車站全長222m，二襯寬度為25.2m，高度20.81m，站臺屬于復合式襯砌體系，且其埋深大，頂層覆蓋的層厚大致為65.1～72.9m。

本站和現(xiàn)有的地鐵6號線紅土地站呈現(xiàn)以一種十字換乘的形式，位于6號線的紅土地站在該站臺的上層，同已有的結(jié)構(gòu)之間的間距為5.06m，而紅土地站整體的建筑模式選用雙層體系，建筑主體剖面尺寸的寬23.16m，高為18.36m，現(xiàn)如今運作的情況穩(wěn)定。

本站下穿區(qū)間是基于小凈距隧道、雙層拱體系設置的，單個隧洞的凈距是1.66m，穿越區(qū)間的穩(wěn)固手段主要包含以下幾種。

（1）在進入洞體之前，超前小導管穩(wěn)固拱體的圍巖，施工選用φ42mm的導管，L=6.0m，環(huán)距0.4m，一共2環(huán)。

（2）在下部穿越區(qū)間嚴格借助非爆破形式進行挖掘。

（3）中部巖柱進行中空注漿，將規(guī)格為R25@lm×0.5m、L=2.5m的拉錨桿布置成梅花形。

（4）首先挖掘右邊隧道，等到右側(cè)隧道初支與二襯工作完成后再挖掘左側(cè)的隧道。

（5）強化初支護的強度，借助型號為25a的工字鋼進行強化，挖掘的進尺選擇為0.5m。

（6）上下階梯錯開之間的間距≤5m，并及時地封閉初支。

（7）對初支的后側(cè)進行及時的注漿工作，以免出現(xiàn)空隙。

（8）強化對現(xiàn)有軌道與現(xiàn)有體系的監(jiān)測，依照監(jiān)測到的數(shù)據(jù)信息，并且有機結(jié)合實際的施工方案，不斷優(yōu)化本工程中的穩(wěn)固技術(shù)。

2 基于現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)分析的位移響應

2.1 基于Peck公式既有車站的豎向位移擬合

本項目所選用的是分離式的小凈距隧道穿越現(xiàn)有地鐵站臺，借助在已有站臺拱頂區(qū)域的布控點，動態(tài)監(jiān)控現(xiàn)有站臺縱向位移與水平位移，通過分析實際的監(jiān)測結(jié)果能得出，站臺架構(gòu)的水平位移還是要低一些，并且基于既有車站縱向位移進行分析。

選用Matlab 7.0軟件來對場地測得的數(shù)據(jù)展開擬合工作。

借助研究現(xiàn)有體系縱向位移能歸納出以下幾個結(jié)論：

（1）下穿越區(qū)間小凈距隧道借助CRD的形式進行建設，每個隧道均能劃分成左、右各一個導洞，并且所有導洞都包括上、中、下3個階梯。上階梯挖掘造成現(xiàn)有體系的縱向位移占到了整體位移的27.4%，而中階梯與下階梯的比重分別是9.6%與12.4%。

（2）考慮到在CRD建設的過程中，中隔壁的拆除施工會在很大程度上擾動隧道周圍環(huán)境，沒有進行拱頂和回填層的澆筑作業(yè)前，應有機結(jié)合實測數(shù)據(jù)分段（約6～7m）將原本的支撐拆除，可是拆除工作會在很大程度上促進結(jié)構(gòu)產(chǎn)生位移，并且比重達到了30.1%。

（3）在小凈距地鐵建設環(huán)節(jié)中，左、右側(cè)隧道挖掘引起的縱向位移會產(chǎn)生疊加效益的現(xiàn)象。隧道挖掘斷面規(guī)模較大，而中部巖柱較窄，既有架構(gòu)縱向位移的累積曲線還沒有呈現(xiàn)出一種雙峰值的特征。

（4）下部穿越現(xiàn)有體系仰拱縱向位移造成的提提沉降與Peck曲線的特質(zhì)相符，監(jiān)測數(shù)值的縱向位移的極值為8.42mm，符合隧道體系縱向位移≤10mm的標準。

2.2 既有車站的豎向位移擬合結(jié)果分析

（1）沉降槽寬度參數(shù)K。

基于天然泥巖地質(zhì)條件與下部穿越現(xiàn)有地鐵站臺體系相同區(qū)域縱向位移曲線兩者間的比較情況，能得出結(jié)論：軟巖小凈距隧道沉降槽寬度參數(shù)K的范圍是2.89～3.82。運用FLAC工具能進行有限元差分析，并且能形成三維運算程序，就沒有包括現(xiàn)有體系的站臺挖掘造成的相同區(qū)域的縱向位移開展研究，能得出穿越現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的參數(shù)值相對較大，是自然地質(zhì)環(huán)境標準的0.924倍[1]。

下穿既有車站實際測得的參數(shù)值相對較小，主要是因為小凈距隧道挖掘造成的勢能的釋放被現(xiàn)有的站臺結(jié)構(gòu)造成影響，體現(xiàn)出以下兩個層面：地下站臺的挖掘造成了地下空間中能量的釋放，現(xiàn)有的站臺結(jié)構(gòu)可以吸收這一部分能量，并將其轉(zhuǎn)化成為對應的應變能，呈現(xiàn)出整體發(fā)生位移的情況；現(xiàn)有地鐵站臺的結(jié)構(gòu)阻礙了能量向土層之上傳遞的趨勢，因為能量就會向水平方向延伸，所以比天然泥巖環(huán)境下橫向的作用區(qū)間小。

（2）地層損失率V1。

依照監(jiān)測數(shù)值的擬合結(jié)論，其中V1的數(shù)值選擇區(qū)間是0.108%～0.16%，由于小凈距地鐵的建設借助CRD法進行挖掘、實時開展初支護工作，所以土層的損失率數(shù)值才會整體偏低。

2.3 施工過程中的關鍵環(huán)節(jié)

（1）下穿段一定要采取非爆破挖掘的施工技術(shù)，并且在拱頂配置中空注漿錨桿，嚴格掌控實際的注漿成效，預先運用措施將拱部巖體穩(wěn)定。

（2）控制隧道仰拱后的施工，有機結(jié)合實測數(shù)值分段（約6～7m），運用先進的施工技術(shù)將臨時中隔壁拆除。

（3）嚴格依照設計標準進行挖掘，并及時開展支護工作。

3 基于數(shù)值計算分析的位移響應

3.1 數(shù)值模型的建立

依照穿越現(xiàn)有站臺的項目實況，借助有限元差分軟件FLAC，可以構(gòu)建起一個三維立體的站臺數(shù)據(jù)模型[2]。依照Saint Vecant的機理，地下站臺作業(yè)只影響洞體附近一定區(qū)間的巖體，所以模型計算的范圍是：以新建站臺橫斷面寬度方向為x軸，取值160m；同樣的，以戰(zhàn)線的方向為模型的y軸，以數(shù)值方向為模型的z軸。

3.2 數(shù)值模型的結(jié)果分析

根據(jù)下穿越已有結(jié)構(gòu)仰拱縱向位移監(jiān)測數(shù)值與計算處理后得出的擬合曲線，可知：

（1）場地監(jiān)測與數(shù)據(jù)計算的結(jié)果大致符合，地表沉降的極值區(qū)域處于中部巖柱軸線的上面。

（2）下穿現(xiàn)有結(jié)構(gòu)仰拱縱向位移造成的沉降規(guī)律與Peck曲線的特性相符合，監(jiān)測數(shù)值的縱向位移的極值為8.42mm，符合隧道體系縱向位移≤10mm的標準。

4 結(jié)論

根據(jù)上文分析，關于深埋軟巖小凈距隧道近接既有車站的位移響應，可得出以下結(jié)論。

（1）下穿區(qū)間范圍小凈距地鐵挖掘造成的上層現(xiàn)有建筑縱向位移有著較為顯著的階段特征，挖掘上階梯與拆除臨時支護所造成的位移站到了總位移的將近60%。

（2）在小凈距隧道建設環(huán)節(jié)中，左、右隧道的縱向位移擬合曲線和雙Peck曲線的規(guī)律特征一致。

（3）就天然泥巖環(huán)境而言，下穿越現(xiàn)有建筑計算得到的沉降槽寬度參數(shù)K值較小，這是因為小凈距隧道施工引起的能量釋放會被已有的建筑體系擾動。

（4）場地所檢測得到的數(shù)值經(jīng)過計算處理之后基本相吻合，符合隧道體系縱向位移≤10mm的標準。

5 結(jié)語

綜上所述，文章對既有車站的位移響應進行分析，可知：下穿已有架構(gòu)所得沉降槽寬度數(shù)據(jù)是自然土層前提下的0.924倍；深埋軟巖小凈距下穿已有建筑體系的隧道土層損失率的數(shù)值區(qū)間是0.108%～0.16%；上臺階開挖掘是注重控制拱區(qū)域中空注漿錨桿的超前加固工作，構(gòu)成一定區(qū)間的承載拱。

參考文獻

[1] 扈世民，張頂立，郭婷，等.大斷面黃土隧道變形特征分析[J].鐵道學報，2012，34（8）：117-122.

[2] 韓煊，劉赪煒，Jamie RStanding.隧道下穿既有線的案例分析與沉降分析方法[J].土木工程學報，2012，45（1）：134-141.