盾構(gòu)區(qū)間近距離下穿既有地鐵車站方案設(shè)計分析

邵明秀

（中國鐵路設(shè)計集團有限公司，天津 300140）

1 引言

在城市交通發(fā)展進程中，新建地鐵線路時，其車站、區(qū)間結(jié)構(gòu)形式等設(shè)計項目備受地面交通、地鐵周圍環(huán)境、原有地鐵結(jié)構(gòu)等因素的影響，為其作業(yè)設(shè)計增加了難度。為此，以京線8號為研究視角，對其路線內(nèi)區(qū)間“安德里—鼓樓”（以下簡稱安鼓區(qū)間）開展盾構(gòu)設(shè)計，為相關(guān)地鐵區(qū)間設(shè)計提供參考。

2 工程概述

安鼓區(qū)間位于京線8 號地鐵的中間位置，線路起于安德里北街，沿途經(jīng)樓外大街，自北向南運行，行至安德路路口時，改為西南方向，進入舊鼓樓街區(qū)，鼓樓大街地鐵站設(shè)計在二環(huán)路與街區(qū)交叉位置。安鼓區(qū)間的里程為YDK 段17+850～17+870，在此區(qū)間內(nèi)有京線2 號原設(shè)地鐵，屬于特級風(fēng)險作業(yè)項目，基于作業(yè)環(huán)境對地鐵設(shè)計存在客觀限制，據(jù)此，工程選擇盾構(gòu)法作業(yè)方式。

京線2 號地鐵的鼓樓大街站，在20 世紀(jì)80 年代完成作業(yè)，位置選定在北二環(huán)主路北方區(qū)域，走向為東西，南方為鼓樓立交橋，在地鐵站縱向位置的下層結(jié)構(gòu)為防爆層，地鐵站與防爆層設(shè)計方式為疊落形式。此地鐵站北方向區(qū)域為護城河，護城河與地鐵站的水平直線距離為27m。

安鼓區(qū)間走向為由北向南，采取的設(shè)計方式為垂直下穿，下穿段隧道覆土為20～30m，區(qū)間結(jié)構(gòu)中涵蓋原有京線2 號地鐵的鼓樓大街站，將其底板厚度最小值設(shè)計為2.23m。下穿段開挖作業(yè)中，土層有多種類型，具體表現(xiàn)為：粉土層、中細砂層等，原有京線2 號地鐵的站底板間土層以黏土、粉土為主。盾構(gòu)隧道經(jīng)過原有京線2 號地鐵區(qū)間時，發(fā)現(xiàn)滯留水層，水層標(biāo)高不大于32m，位于地鐵站區(qū)域周邊，與區(qū)間拱頂距離有3m左右【1】。

3 工程難點

作業(yè)難點為：京線2 號地鐵處于正常運行狀態(tài)，其北方位置為鼓樓立交橋，應(yīng)保障地鐵、立交橋處于安全狀態(tài)，盾構(gòu)區(qū)間作業(yè)的保護性條件較高，對其沉降允許設(shè)定在[-3，0]mm；京線2 號地鐵原有地鐵站區(qū)域及周邊的作業(yè)方式為明挖工藝，隧道與原有站之間的距離較小，間距最小值為2.23m，盾構(gòu)作業(yè)區(qū)域的下穿段有可能存在不明物質(zhì)；安鼓區(qū)間的線路具有多處緩和曲線，在開展作業(yè)時應(yīng)排查各類不確定安全風(fēng)險，減少盾構(gòu)工藝對作業(yè)區(qū)域周邊環(huán)境造成的影響，如土體穩(wěn)定性；在工籌與作業(yè)時長的規(guī)定范圍內(nèi)，安鼓區(qū)間為單洞單線隧道，左線始發(fā)于鼓樓站，行駛途中存在原設(shè)風(fēng)道、地鐵站等，試運行地鐵路線選擇具有一定困難，盾構(gòu)掘進作業(yè)、參數(shù)校驗等程序有一定的實行難度。

4 關(guān)鍵技術(shù)

4.1 站底障礙物測量

依據(jù)京線地鐵以往的作業(yè)經(jīng)驗，作業(yè)途中如若經(jīng)過原設(shè)地鐵站，作業(yè)期間發(fā)現(xiàn)施工遺留物質(zhì)，如廢棄鋼，為盡可能地保障盾構(gòu)穿越期間，發(fā)生鋼開倉處理引起原有地鐵站發(fā)生較大沉降現(xiàn)象，危及原有地鐵站的安全與穩(wěn)定運行狀態(tài)。為此，在作業(yè)前期，應(yīng)對盾構(gòu)區(qū)間的作業(yè)范圍開展物探程序，保障穿越途中作業(yè)具有持續(xù)性，減少停機開倉作業(yè)次數(shù)。物探設(shè)計時，在京線2 號地鐵站周邊設(shè)計2 個探測豎井，探測導(dǎo)洞規(guī)格設(shè)計為：寬與高均設(shè)為2.5m，底板與新建作業(yè)區(qū)間距為0.55m。

為控制作業(yè)程序?qū)υ械罔F站造成的影響，探測程序?qū)嵤r應(yīng)以阻水作業(yè)為基礎(chǔ)，探測導(dǎo)洞拱部位置以袖閥管為作業(yè)工具，開展帷幕注漿程序，探測完成時在探洞區(qū)域設(shè)立鋼支撐，以此提升探測區(qū)的加固狀態(tài)，預(yù)留暫時性注漿管，為補漿作業(yè)提供條件。依據(jù)探洞作業(yè)情況，京線2 號地鐵站以放坡形式實施作業(yè)，作業(yè)周邊未設(shè)圍護樁，探測結(jié)果為：施工范圍內(nèi)不存在金屬物質(zhì)，作業(yè)程序?qū)υ械罔F站穩(wěn)定性造成影響可能性較小。

4.2 站底土體加固

盾構(gòu)作業(yè)應(yīng)符合沉降規(guī)范的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，借助探測導(dǎo)洞作業(yè)程序，開展注漿加固措施，注漿加固區(qū)域為：站底縱向距離下探3m，地鐵站南北方向1m，新建區(qū)間外部延伸1.5m，漿液類別依據(jù)實際地層結(jié)構(gòu)，確定為水泥水玻璃、超細水泥，漿液配比以實驗結(jié)果為參考。加固完成時，土體無側(cè)限所具有的抗壓強度大于0.8MPa，滲透系數(shù)控制在1×10-6m/s 范圍內(nèi)。

4.3 盾構(gòu)作業(yè)

1）準(zhǔn)備工作：借助先期模擬工程獲得的掘進各類參數(shù)，作業(yè)前應(yīng)嚴(yán)格開展盾構(gòu)工具的檢查工作，保障作業(yè)連續(xù)性進行，減少在穿越作業(yè)期間發(fā)生刀盤更換的可能性。

2）加強推進速度的控制力度，推進作業(yè)以低速均衡狀態(tài)實施，保障推進作業(yè)良好排放土體應(yīng)力。

3）嚴(yán)格構(gòu)建盾構(gòu)整體作業(yè)狀態(tài)，防止糾偏事件發(fā)生，減少土體擾動事件發(fā)生。

4）同步注漿與二次補漿作業(yè)應(yīng)及時，有效控制注漿容量、壓力等參數(shù)，依據(jù)收斂實驗獲取的監(jiān)測數(shù)據(jù)，開展相關(guān)參數(shù)的調(diào)整工作。

5）以正面平衡壓力為代表的作業(yè)參數(shù)，應(yīng)逐一科學(xué)設(shè)定，結(jié)合理論技術(shù)分析監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，綜合確定掘進作業(yè)參數(shù)【2】。

4.4 作業(yè)監(jiān)測

安鼓區(qū)間的作業(yè)程序，應(yīng)以原有地鐵運行安全為基礎(chǔ)，在作業(yè)實施期間，應(yīng)對原有地鐵站結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性與安全性開展實時監(jiān)控與常規(guī)維護等工作，保障原有地鐵站有序運行，及時獲取作業(yè)程序期間引起的土質(zhì)結(jié)構(gòu)變化，提升地鐵建設(shè)能力，為原有地鐵安全運行、新建地鐵作業(yè)有序?qū)嵤┨峁┛赡苄?。具體監(jiān)測數(shù)據(jù)見表1。

5 模擬分析

5.1 作業(yè)流程帶來的沉降

建模參考地鐵作業(yè)的相關(guān)規(guī)格與尺寸，計算區(qū)間以地鐵站行駛方向選取75m，地鐵站行駛方向垂直范圍選擇111.6m區(qū)域，選擇方式為自上而下，向下時選擇盾構(gòu)隧道中心下限20m。計算分析，發(fā)生較大沉降的區(qū)域位于兩盾構(gòu)隧道中心位置的北方區(qū)域，發(fā)生較大沉降區(qū)域的結(jié)構(gòu)底板，其右側(cè)截面位置沉降差值為0.45mm，軌道沉降量的最大值為0.21mm。

表1 實時監(jiān)測數(shù)據(jù)

5.2 盾構(gòu)作業(yè)帶來的沉降

三維模型與實際作業(yè)參數(shù)相一致，計算區(qū)間以地鐵站行駛方向選取75m，地鐵站行駛方向垂直范圍選擇152m 區(qū)域，選擇方式為自上而下，向下時選擇盾構(gòu)隧道中心下限25m。模擬盾構(gòu)作業(yè)程序，單次挖進規(guī)格為2.4m。經(jīng)計算，盾構(gòu)隧道作業(yè)程序造成鼓樓車站發(fā)生沉降現(xiàn)象，沉降現(xiàn)象較為嚴(yán)重的截面位于結(jié)構(gòu)底板右側(cè)截面，沉降最大值為3.12mm，原有軌道相應(yīng)發(fā)生沉降，沉降最大值為2.86mm，新建沉降與原有結(jié)構(gòu)沉降差異為：3.12-2.86=0.26mm。

5.3 作業(yè)效果

工程數(shù)值模擬分析程序，選擇盾構(gòu)法作業(yè)工藝，以此科學(xué)控制推進狀態(tài)、保障掘進參數(shù)的規(guī)范性，發(fā)現(xiàn)原有地鐵站沉降最大值為2.86mm，符合地鐵相關(guān)運營規(guī)范要求，將原有地鐵整沉降控制在3.12mm，有效地保障了原有地鐵站的運行安全。

6 結(jié)語

1）此工程模擬數(shù)據(jù)與作業(yè)發(fā)展具有一致性，符合預(yù)期作業(yè)目標(biāo)，新建地鐵區(qū)間與原有地鐵站發(fā)生重疊，采取穿越式作業(yè)模式，具有可行性。

2）此工程在運行前期，對區(qū)間隧道、原有地鐵站土體實施加固措施，保障土體穩(wěn)定性，維護原有地鐵運行的安全性。