既有地鐵車站暗挖擴(kuò)建施工安全性影響研究

李桂鵬

摘要：隨著我國(guó)城市化進(jìn)程逐步加快，為了緩解城市交通和空間壓力，地鐵建設(shè)是解決該問(wèn)題的有效措施之一。在地鐵線網(wǎng)不斷擴(kuò)容、調(diào)整時(shí)，后期線路與先期已運(yùn)營(yíng)的線路經(jīng)常出現(xiàn)換乘、接駁問(wèn)題。由于新舊線路規(guī)劃的不同步、工程周邊環(huán)境條件復(fù)雜等原因，使得既有地鐵車站、區(qū)間的改造工程具有建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)高、技術(shù)難度大的特點(diǎn)，成為后期線路建設(shè)的工程重難點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：既有地鐵車站;施工影響分析;暗挖擴(kuò)建

1暗挖區(qū)間隧道下穿既有地鐵施工技術(shù)概述

1.1施工技術(shù)介紹

既有的1號(hào)線地鐵車站是南北方向分布的雙層的地下地鐵車站，采用了雙柱三跨箱型的體系結(jié)構(gòu)。在建的7號(hào)線則是呈東西分布與1號(hào)線垂直的三層地下雙柱三跨箱型的體系構(gòu)造。與1號(hào)線在該車站實(shí)現(xiàn)換乘。由于1號(hào)線建設(shè)完成后7號(hào)線的規(guī)劃尚未確定，所以造成未對(duì)7號(hào)線留有隧道下穿的施工區(qū)間。具體施工需要將原有的1號(hào)線的車站兩排車站立柱進(jìn)行破除，且面臨著7號(hào)線施工時(shí)1號(hào)線處于正常運(yùn)營(yíng)時(shí)期的問(wèn)題。因此有較大的施工難度，需要嚴(yán)格設(shè)計(jì)施工的具體方案。

1.2施工技術(shù)方案及施工步序

針對(duì)7號(hào)線暗挖區(qū)間隧道下穿施工難點(diǎn)，對(duì)所選用的施工技術(shù)的選用應(yīng)當(dāng)從技術(shù)的成熟度、工程造價(jià)、施工的安全性和對(duì)既有地鐵的影響等角度來(lái)全方位的考察。因此選用礦山法的施工方法，隧道的端面呈馬蹄形狀，復(fù)合襯砌，CRD工法。新建的軌道交通隧道支承構(gòu)架與既有地鐵車站的底部有兩米的間距，同時(shí)為防止出現(xiàn)塌陷的情況發(fā)生，選用了直徑為108mm的長(zhǎng)管棚和直徑為42mm的小導(dǎo)管對(duì)隧道超前支承與防護(hù)，分期施工兩側(cè)的扯到，左右兩側(cè)線路間距16m。制定具體的施工步序如下：

第一步：對(duì)搭建的長(zhǎng)管棚進(jìn)行鉆工施工，并向管棚與鉆孔之前的間隙注入水泥漿，使水泥充滿整個(gè)空隙，保證管棚結(jié)實(shí)牢靠。

第二步：采用CRD法對(duì)隧道進(jìn)行區(qū)塊劃分，總共分成4個(gè)區(qū)塊來(lái)開(kāi)展下穿工程的施工，施工的具體原則是先左側(cè)后右側(cè)，先上后下對(duì)導(dǎo)坑進(jìn)行施工，每個(gè)導(dǎo)坑之間間隔5m，直到隧道施工的終點(diǎn)位置。

第三步：對(duì)施工防水層的建設(shè)和再次的襯砌工作，應(yīng)當(dāng)在仰拱及臨時(shí)中隔壁未被拆除的情況下展開(kāi)。

第四步：等到再次的襯砌工作完成并符合設(shè)計(jì)的要求后，展開(kāi)對(duì)臨時(shí)仰拱及臨時(shí)中隔壁進(jìn)行拆除工作。

1.3施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及分析

統(tǒng)計(jì)不同施工時(shí)期的既有車站結(jié)構(gòu)的沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，不同的監(jiān)測(cè)位置的數(shù)據(jù)表明，在暗挖區(qū)間隧道下穿施工中既有地鐵車站結(jié)構(gòu)和軌道的沉降范圍在4mm以下，保證了地鐵結(jié)構(gòu)和地鐵運(yùn)營(yíng)的位置變動(dòng)范圍是處于安全的，對(duì)既有地鐵的運(yùn)營(yíng)不產(chǎn)生影響，另外數(shù)據(jù)顯示，在施工初期既有地鐵車站的已有1.5到1.8mm的升降量，分析可知主要是在鉆孔施工中導(dǎo)致地層的流失造成的。

2隆起突變問(wèn)題及其影響

2.1三維有限元方面產(chǎn)生的變形

以三維地質(zhì)建模和三維結(jié)構(gòu)建模為前提，根據(jù)洞室的群造型和地質(zhì)狀態(tài)來(lái)確定形狀，并設(shè)計(jì)好三維有限元計(jì)算模型。工作時(shí)需要對(duì)巖體的物理力學(xué)參數(shù)有深入的了解，并結(jié)合開(kāi)挖和支護(hù)工作開(kāi)展來(lái)確定三維彈塑性數(shù)字模擬分析。完成這一分析后，若不采取相應(yīng)的保護(hù)措施，則構(gòu)造的最高位置是2.8cm。根據(jù)地鐵修建的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，這一項(xiàng)目中結(jié)構(gòu)隆起數(shù)超出了標(biāo)準(zhǔn)，因此需要有關(guān)機(jī)構(gòu)采取相應(yīng)的保護(hù)措施。

2.2隧道豎向變形的影響因素

若項(xiàng)目周邊受力產(chǎn)生變動(dòng)，則會(huì)產(chǎn)生豎向變形的問(wèn)題，但是確定其內(nèi)力布局和變形特點(diǎn)有比較大的難度。在深入了解彈性地基梁的基礎(chǔ)上確定解析方式，能夠提高項(xiàng)目狀態(tài)與土體的適應(yīng)性，并更好地消除各種不良因素的影響。通過(guò)研究Winker的彈性地基模型理論不難知道，當(dāng)隧道地基上存在無(wú)限長(zhǎng)梁結(jié)構(gòu)時(shí)，隧道的縱向變形、抗剪強(qiáng)度都會(huì)產(chǎn)生很大的變動(dòng)，但通過(guò)對(duì)新車站周邊的土地進(jìn)行加固操作，則土體強(qiáng)度可以顯著提升，還可以減少變形問(wèn)題。施工地點(diǎn)水位的變化除了會(huì)使地基產(chǎn)生豎向變化，也會(huì)對(duì)抗剪力產(chǎn)生很大影響。所以，一定要處理好關(guān)鍵干擾壓縮，這樣才能夠很好地解決豎向變形問(wèn)題。

3保護(hù)技術(shù)的具體落實(shí)

3.1科學(xué)確定襯砌建設(shè)流程

工程變形數(shù)的提升會(huì)導(dǎo)致工程上方卸載數(shù)有明顯的提升，所以，在對(duì)工程變形數(shù)數(shù)值有一個(gè)準(zhǔn)確的了解好，便能夠取得十分明顯的調(diào)節(jié)效果。實(shí)際進(jìn)行地鐵項(xiàng)目的施工時(shí)，一定要結(jié)合建設(shè)流程做好調(diào)節(jié)工作。

3.2做好已有土體的加固工作

使用灌漿的方法能夠?qū)崿F(xiàn)新建車站底部的加固，加固過(guò)程中也不能忽略隧道附近土體的加固，這樣才能夠很好地提升新建車站底部以及隧道附近土體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)值。一般條件下，需要結(jié)合設(shè)計(jì)好的土體加固參數(shù)和土體加固施工這兩個(gè)方面進(jìn)行加固處理。

3.3預(yù)應(yīng)力錨桿的設(shè)置

進(jìn)行預(yù)應(yīng)力錨桿設(shè)置工作時(shí)應(yīng)重點(diǎn)把握好以下兩點(diǎn)，即預(yù)應(yīng)力錨桿參數(shù)的確定和預(yù)應(yīng)力錨桿的施工。確定預(yù)應(yīng)力錨桿參數(shù)時(shí)，需要結(jié)合卸載的具體影響區(qū)域來(lái)確定。拉錨的一段應(yīng)該固定在初期支護(hù)底板上，錨桿應(yīng)呈現(xiàn)為梅花形，其間距為3m×3m，錨桿的長(zhǎng)度為14m和9m兩種。在原有線區(qū)間側(cè)邊位置需要采用長(zhǎng)錨桿進(jìn)行車站的暗挖工作，暗挖車站的邊緣錨桿應(yīng)當(dāng)處于下向外側(cè)的下方，其他錨桿應(yīng)當(dāng)是垂直向下設(shè)置的。桿體的材料一般為2φ32鋼筋，錨桿總長(zhǎng)都需要設(shè)置成固錨段，錨固體的直徑為20cm，錨桿軸向拉力值應(yīng)為229kN。錨桿注漿材料應(yīng)為水泥漿，并保證抗壓強(qiáng)度超過(guò)30MPa。

4暗挖區(qū)間隧道下穿既有地鐵施工安全分析

為了對(duì)施工安全進(jìn)行分析，本文采用了Midas-GTS有限元的分析方法。首先建立了7號(hào)線與既有地鐵1號(hào)線的三維模型，然后將模型導(dǎo)入到Midas-GTS有限元分析軟件中，分析施工對(duì)既有地鐵1號(hào)線車站的升降、水平的移動(dòng)分析計(jì)算，其中三維模型中X軸方向?yàn)?號(hào)線的隧道方向，Y軸則是1號(hào)線的車站方向。整個(gè)模型中X軸、Y軸、Z軸方向的長(zhǎng)度分別為44m、60m和40m。分析計(jì)算中對(duì)模型的X方向、Y方向及底部施加法向的約束，而上表面無(wú)約束。整個(gè)模型的施工環(huán)境材料選用摩爾-庫(kù)侖理想彈塑性模型對(duì)巖土層進(jìn)行仿真，既有地鐵車站及7號(hào)線在建隧道設(shè)置成彈性材料。擬仿真的施工步驟為三步，分別為施工左線隧道選用CRD施工方法，將馬蹄形斷面分成四個(gè)區(qū)塊進(jìn)行初期的支護(hù)。采用相同的方法施工右線隧道初期支護(hù)，對(duì)二次襯砌結(jié)構(gòu)的施工。

5結(jié)語(yǔ)

綜上所述，要對(duì)已有線路上方及其附近的土體都進(jìn)行加固操作，而且還要做好抗隆處理，這樣才能夠有效地降低變形問(wèn)題的出現(xiàn)率。還可以借助自動(dòng)化測(cè)試體系來(lái)確定變形狀態(tài)，這樣能夠更好地保證測(cè)試體系運(yùn)行的穩(wěn)定性，為我國(guó)地鐵行業(yè)的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳文博.試論地鐵暗挖車站施工保護(hù)技術(shù)[J].科技與創(chuàng)新，2015（4）：141-142.

（作者單位：中鐵三局集團(tuán)有限公司）