大跨度密貼上穿既有地鐵結(jié)構(gòu)變形影響分析

潘婷

（北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司，北京100037）

1 引言

目前，地下結(jié)構(gòu)常規(guī)和公認(rèn)的計(jì)算方法有2 種，即荷載-結(jié)構(gòu)模型和地層-結(jié)構(gòu)模型[1]。地層-結(jié)構(gòu)模型認(rèn)為地下空間的結(jié)構(gòu)體系是由圍巖和支護(hù)共同組成，圍巖既是荷載的來源，又是支護(hù)的重要組成部分。對于幾何形狀和圍巖初始應(yīng)力狀態(tài)、地質(zhì)條件等較為復(fù)雜的地下工程，尤其是需要考慮圍巖的各種非線性特征和施工過程對隧道穩(wěn)定性影響時(shí)，采用地層－結(jié)構(gòu)模型較為有利。本文采用地層-結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行分析，以滿足圍巖的非線性特性，CRD 工法的施工步驟和開挖面空間效應(yīng)所形成的三維狀態(tài)。

新建車站為兩端雙層暗挖，中間單層暗挖上跨既有地鐵，與既有車站成十字換乘，密貼上穿。本文主要分析密貼上穿段對既有地鐵的影響。上穿施工由于土的卸荷作用，目前沒有十分有效的控制變形的方法，因此，需要進(jìn)行工前評價(jià)，預(yù)測新建工程施工過程中，既有地鐵結(jié)構(gòu)的變形值，評估上穿施工對既有線的影響。

本文通過收集、整理地質(zhì)及設(shè)計(jì)資料，在現(xiàn)狀調(diào)查和檢測資料的基礎(chǔ)上，運(yùn)用數(shù)值分析，預(yù)測施工引起既有地鐵車站結(jié)構(gòu)及軌道的變形，以此評價(jià)既有地鐵結(jié)構(gòu)是否安全，軌道是否滿足運(yùn)營要求。

2 工程概況

既有車站為單層暗挖分離側(cè)式車站，為2 個(gè)暗挖單層單洞鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，兩端設(shè)有風(fēng)道，兩側(cè)站臺各預(yù)留4 個(gè)換乘通道接口，中間平頂直墻段預(yù)留新建地鐵車站站臺上穿條件。車站底板埋深為28m。下穿新建地鐵線斷面為平頂直墻斷面，初襯采用350mm 厚C20 格柵噴射混凝土結(jié)構(gòu)，二襯采用C40 模筑混凝土，抗?jié)B等級P10，頂板厚1.3m，底板厚1.2m，側(cè)墻厚1m。

新建車站與既有車站“十”字換乘。車站中間單層暗挖段長49.5m，為單層拱頂直墻雙洞斷面，采用CRD 法分10 導(dǎo)洞施工，外輪廓尺寸為19.8m×9.12m，覆土深度10.195m，頂板及側(cè)墻厚0.7m，中墻厚0.5m，底板厚0.8m。采用C40 模筑混凝土，抗?jié)B等級P10。初襯采用350mm 厚C20 格柵噴射混凝土結(jié)構(gòu)。

新建車站主要處于卵石層和粉質(zhì)黏土層。上穿暗挖段拱頂為粉細(xì)砂層。地下水位位于既有車站底板下。不考慮地下水的影響。

為減小對既有線的影響，設(shè)計(jì)采用深孔注漿加固地層，范圍為結(jié)構(gòu)二襯內(nèi)邊線至初襯外1.5m。注漿采用后退式深孔注漿，漿液采用水泥-水玻璃雙液漿。若深孔注漿效果不好時(shí)，再輔以超前小導(dǎo)管補(bǔ)充注漿。密貼上穿暗挖斷面、CRD 法導(dǎo)洞分布及與既有地鐵關(guān)系如圖1 所示。

圖1 密貼上穿暗挖斷面、導(dǎo)洞分布及與既有地鐵關(guān)系圖

3 結(jié)構(gòu)變形預(yù)測分析

采用地層-結(jié)構(gòu)模型，用Midas/GTS 進(jìn)行建模。分析新建車站密貼上穿施工對既有車站結(jié)構(gòu)以及軌道的影響[3]。

根據(jù)新建暗挖段的施工過程，計(jì)算模型分成6 個(gè)施工階段進(jìn)行模擬，施工模擬工序及計(jì)算得到既有車站底板結(jié)構(gòu)在各模擬步驟下的豎向（Z方向）位移云圖如圖2 所示。

圖2 施工模擬工序及各階段底板豎向位移云圖

在上穿暗挖段施工過程中，底板結(jié)構(gòu)累計(jì)最大豎向變形值為2.693mm，結(jié)構(gòu)發(fā)生上浮，發(fā)生在施工階段6，施工側(cè)墻頂板二襯結(jié)構(gòu)，拆除初襯過程中，表明拆撐對結(jié)構(gòu)變形影響較大。假設(shè)軌道與結(jié)構(gòu)底板協(xié)調(diào)變形，則預(yù)測軌道最大變形值為2.693mm[2]。

4 結(jié)論

通過數(shù)值模擬，對新建車站密貼上穿施工對既有地鐵車站的影響進(jìn)行了分析，得出如下結(jié)論：

1）根據(jù)數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果，在密貼上穿施工過程中，既有線車站結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了上浮，軌道豎向位移最大值為2.693mm。橫向位移較小。根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算和工程類比，新建工程對既有車站結(jié)構(gòu)的變形影響能夠滿足車站結(jié)構(gòu)的安全?，F(xiàn)行的施工工藝和施工方法可滿足軌道工務(wù)維修的基本要求，但不能滿足當(dāng)前軌道運(yùn)營管理的相關(guān)規(guī)定。

2）建議在施工過程中采取一定的軌道防護(hù)措施，同時(shí)加強(qiáng)對既有地鐵結(jié)構(gòu)及軌道結(jié)構(gòu)的第三方監(jiān)測，以保證運(yùn)營安全。一旦變形超過預(yù)警值，應(yīng)立即停止施工。

3）施工單位應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工，提前做好相關(guān)超前措施，實(shí)施動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管理，利用監(jiān)測數(shù)據(jù)和風(fēng)險(xiǎn)記錄，對施工期間風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤及控制。