暗挖隧道下穿地鐵出入口通道變形分析及控制

劉士海

(1.北京市建設(shè)工程質(zhì)量第三檢測(cè)所有限責(zé)任公司，北京 100037；2.北京市市政工程研究院，北京 100037)

0 引 言

近年來(lái)，隨著地鐵工程的建設(shè)和開(kāi)發(fā)，地鐵線路所覆蓋的地區(qū)越來(lái)越大，越來(lái)越多的新建地下工程處于既有地鐵工程保護(hù)范圍內(nèi)，兩者之間的相互影響不可避免[1-4]。地鐵車站出入口變形縫對(duì)變形較敏感，其兩側(cè)差異沉降過(guò)大將導(dǎo)致拉裂、滲漏等，嚴(yán)重影響使用安全[5，6]。

基于此，本文結(jié)合某新建電力隧道下穿地鐵出入口通道工程的施工和監(jiān)測(cè)，對(duì)暗挖隧道下穿地鐵出入口通道的影響進(jìn)行研究，分析了隧道開(kāi)挖過(guò)程中地鐵車站附屬出入口通道的結(jié)構(gòu)變形及變形縫兩側(cè)差異沉降，以了解暗挖隧道下穿地鐵出入口通道的變形規(guī)律，并提出施工過(guò)程中的控制措施及建議，為今后類似工程施工提供借鑒。

1 工程概況

新建電力隧道為拱頂直墻斷面，內(nèi)凈空尺寸為斷面為2.0 m×2.3 m單孔隧道(圖1)。初支為0.25 m厚C25噴射混凝土+鋼格柵，初支格柵縱向間距0.5 m。二襯為0.3 m厚C40模筑防水混凝土。對(duì)隧道周圈外1.5 m范圍洞內(nèi)深孔注漿，注漿漿液為水泥-水玻璃雙液漿，單次注漿12 m、2 m止?jié){墻。注漿完成后的土體滲透系數(shù)應(yīng)小于等于1.0×10-7cm/s。注漿加固后土體強(qiáng)度不小于0.8 MPa。

圖1 新建隧道斷面圖

新建電力隧道鄰近及下穿既有地鐵出入口通道，平行段與出入口通道水平距離約8.6 m(圖2、圖3)。下穿出入口通道段隧道與出入口30°斜交，豎向凈距約3.5 m。受新建工程影響的出入口通道采用明挖法施工，原采用樁+內(nèi)支撐方式進(jìn)行支護(hù)。

圖2 新建隧道與既有地鐵車站出入口相對(duì)位置關(guān)系平面圖

圖3 新建隧道與既有地鐵車站出入口相對(duì)位置關(guān)系剖面圖

根據(jù)勘察報(bào)告查明，場(chǎng)地地層由人工填土層、粉土-黏土層、黏土層，地層剖面如圖4所示。

圖4 地層剖面圖

本次勘察期間于鉆孔中實(shí)測(cè)到1層地下水。地下水類型為潛水，含水層主要為黏質(zhì)粉土②層。地下水穩(wěn)定水位標(biāo)高為38.24～40.12 m(埋深8.70～9.78 m)。

2 既有出入口變形實(shí)測(cè)結(jié)果分析

為了解隧道開(kāi)挖過(guò)程中地鐵車站附屬出入口通道的結(jié)構(gòu)變形及變形縫兩側(cè)差異沉降，了解暗挖隧道下穿地鐵出入口通道的變形規(guī)律，本文通過(guò)對(duì)施工期既有出入口通道結(jié)構(gòu)豎向位移和水平位移進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，對(duì)既有出入口通道結(jié)構(gòu)變形數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析。

2.1 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方案

既有出入口通道結(jié)構(gòu)豎向位移采用精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)，測(cè)點(diǎn)布設(shè)間距為10 m，在變形縫兩側(cè)加設(shè)測(cè)點(diǎn)。既有出入口通道結(jié)構(gòu)水平位移使用全站儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)構(gòu)水平位移測(cè)點(diǎn)間距基本與結(jié)構(gòu)豎向位移測(cè)點(diǎn)相同。監(jiān)測(cè)布點(diǎn)如圖5所示。

圖5 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)布點(diǎn)圖

2.2 地鐵車站變形實(shí)測(cè)結(jié)果匯總

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試成果匯總見(jiàn)表1。

表1 實(shí)測(cè)結(jié)果匯總表(單位：mm)

從表1可以看出：既有出入口通道結(jié)構(gòu)最大豎向位移為下沉6.34 mm(C10)，最大水平位移0.23 mm(W6)；變形縫兩側(cè)差異沉降最大為5.07 mm(C10-C11)；自動(dòng)扶梯兩側(cè)差異沉降最大為0.43 mm(C1-C22)。

2.3 出入口結(jié)構(gòu)豎向位移實(shí)測(cè)結(jié)果分析

出入口結(jié)構(gòu)豎向位移實(shí)測(cè)結(jié)果如圖6、圖7所示。圖6為各豎向位移測(cè)點(diǎn)累計(jì)值統(tǒng)計(jì)曲線圖。圖7為各豎向位移測(cè)點(diǎn)時(shí)程曲線。

圖6 出入口結(jié)構(gòu)各豎向位移測(cè)點(diǎn)累計(jì)值統(tǒng)計(jì)曲線圖

圖7 出入口結(jié)構(gòu)各豎向位移測(cè)點(diǎn)時(shí)程曲線

由圖6可知，既有出入口通道結(jié)構(gòu)最大豎向位移為下沉6.34 mm(C10)，發(fā)生在電力隧道下穿上方；車站與出入口通道變形縫處兩側(cè)差異沉降為5.07 mm(C10-C11)、2.82 mm(C12-C13)；自動(dòng)扶梯兩側(cè)差異沉降為0.43 mm(C1-C22)、0.18 mm(C2-C21)，遠(yuǎn)小于變形縫差異沉降。

由圖7可知，電力隧道穿越施工期間，隨著掌子面推進(jìn)，既有結(jié)構(gòu)會(huì)有一定的前期變形，正下穿施工期間，既有出入口通道沉降呈現(xiàn)緩沉狀態(tài)，穿越完成后，出入口變形沉降突變超限且變形尚未穩(wěn)定，原因分析可能是穿越段前期施工過(guò)程中飽和黏土低壓深孔注漿效果有限，地下水控制效果不佳且初支背后注漿間距過(guò)大無(wú)法填充背后空隙，后期初支背后反復(fù)多次注漿減緩了出入口通道的沉降速率，注漿結(jié)束后的一周時(shí)間內(nèi)，既有出入口通道結(jié)構(gòu)沉降趨勢(shì)趨于平穩(wěn)。

2.4 出入口結(jié)構(gòu)水平位移實(shí)測(cè)結(jié)果分析

出入口結(jié)構(gòu)水平位移實(shí)測(cè)結(jié)果如圖8、圖9所示。圖8為各水平位移測(cè)點(diǎn)累計(jì)值統(tǒng)計(jì)曲線圖。圖9為各水平位移測(cè)點(diǎn)時(shí)程曲線。

圖8 水平位移測(cè)點(diǎn)累計(jì)最大值統(tǒng)計(jì)曲線圖

圖9 出入口結(jié)構(gòu)各水平位移測(cè)點(diǎn)時(shí)程曲線

由圖8、圖9可知，既有出入口通道結(jié)構(gòu)水平位移均較小，遠(yuǎn)小于結(jié)構(gòu)豎向位移，水平位移方向?yàn)槠螂娏λ淼篱_(kāi)挖側(cè)，且主要發(fā)生在鄰近電力隧道施工期間，最大水平位移為0.23 mm(W6)。

3 結(jié) 論

(1)根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果分析：既有出入口通道結(jié)構(gòu)最大豎向位移為下沉6.34 mm，最大水平位移為0.23 mm；變形縫兩側(cè)差異沉降最大為5.07 mm；自動(dòng)扶梯兩側(cè)差異沉降最大為0.43 mm。

(2)既有出入口通道結(jié)構(gòu)水平位移均較小，遠(yuǎn)小于結(jié)構(gòu)豎向位移，水平位移方向?yàn)槠螂娏λ淼篱_(kāi)挖側(cè)，且主要發(fā)生在鄰近電力隧道施工期間。

(3)本工程正下穿施工期間，既有出入口通道呈現(xiàn)緩沉狀態(tài)，主要沉降發(fā)生在穿越完成后，原因分析是穿越段施工前期低壓深孔注漿效果有限，地下水控制效果不佳且初支背后注漿間距過(guò)大無(wú)法填充背后空隙；后期初支背后反復(fù)多次注漿減緩了出入口通道的沉降速率，注漿結(jié)束后的一周時(shí)間內(nèi)，既有出入口通道結(jié)構(gòu)沉降趨于平穩(wěn)。建議今后類似工程施工保證穿越前期深孔注漿，飽和黏土采用超細(xì)水泥漿反復(fù)多次注漿對(duì)控制地層變形有一定效果，今后類似工程可以借鑒。