佛山二號(hào)線(xiàn)下穿廣州地鐵運(yùn)營(yíng)隧道監(jiān)測(cè)分析

劉志鋒

摘 要：目前，各城市軌道交通迅速發(fā)展，新建線(xiàn)路下穿運(yùn)營(yíng)線(xiàn)路的情況越來(lái)越多?；诖耍疚闹饕治龇鹕蕉?hào)線(xiàn)下穿廣州地鐵七號(hào)線(xiàn)入段線(xiàn)的變形情況并總結(jié)變形規(guī)律。結(jié)果表明，地鐵穿越前后各個(gè)階段隧道變形特征不相同，盾構(gòu)下穿前既有隧道最大隆起量達(dá)到+2.6 mm，穿越過(guò)程中下沉為+0.4 mm，盾構(gòu)通過(guò)后最大沉降為-2.03 mm。

關(guān)鍵詞：地鐵;隧道;隆起量;最大沉降

中圖分類(lèi)號(hào)：U456.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2021）19-0066-03

Abstract： At present， with the rapid development of urban rail transit， there are more and more new lines passing through operation lines. Based on this， this paper mainly analyzed the deformation of Foshan line 2 under Guangzhou Metro Line 7， and summarized the deformation law. The results show that the deformation characteristics of the tunnel before and after subway crossing are different. The maximum uplift of the existing tunnel before shield crossing is + 2.6 mm， the settlement during crossing is + 0.4 mm， and the maximum settlement after shield passing is -2.03 mm.

Keywords： subway;tunnel;uplift;maximum settlement

目前，國(guó)內(nèi)各大城市軌道交通發(fā)展非常迅速。隨著各城市軌道交通線(xiàn)網(wǎng)的日益完善與加密，不同地鐵線(xiàn)路之間相互交叉、相互穿越的情況越來(lái)越多[1]，新建城市軌道交通隧道不可避免地存在上跨或者下穿既有地鐵隧道的現(xiàn)象。為確保盾構(gòu)安全地上跨或下穿地鐵運(yùn)營(yíng)線(xiàn)路，避免下穿過(guò)程中引起既有隧道變形過(guò)大或者結(jié)構(gòu)開(kāi)裂等病害[2]，需要在隧道下穿前后對(duì)既有隧道進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測(cè)[3]。本文以佛山二號(hào)線(xiàn)下穿廣州地鐵七號(hào)線(xiàn)為例，利用仿真軟件建立三維仿真模型，分析盾構(gòu)下穿對(duì)既有線(xiàn)路的影響，預(yù)測(cè)在建地鐵盾構(gòu)隧道下穿運(yùn)營(yíng)地鐵隧道的變形規(guī)律。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目概況

佛山地鐵二號(hào)線(xiàn)一期工程林岳東站—廣州南站區(qū)間（以下簡(jiǎn)稱(chēng)林廣區(qū)間）的施工主要采用土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)，從林岳東站出發(fā)，沿林岳大道南側(cè)的空地向東敷設(shè)，下穿陳村水道和原西海咀泵站，之后盾構(gòu)隧道轉(zhuǎn)向東南方向，繼續(xù)下穿廣州地鐵二號(hào)線(xiàn)和七號(hào)線(xiàn)隧道，剖面關(guān)系如圖1所示，最后下穿石壁涌后沿石山大道南向東到達(dá)終點(diǎn)站廣州南站。

林廣區(qū)間施工以盾構(gòu)法為主，部分區(qū)域采用明挖法施工，盾構(gòu)區(qū)間全長(zhǎng)共計(jì)1 406.054 m。佛山二號(hào)線(xiàn)在建隧道主要位于中風(fēng)化砂巖地層。廣州七號(hào)線(xiàn)既有隧道位于強(qiáng)風(fēng)化巖層與中風(fēng)化砂巖地層之間，既有隧道的地質(zhì)條件普遍較好，便于控制盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程導(dǎo)致的既有隧道變形[4]。擬建佛山地鐵二號(hào)線(xiàn)右線(xiàn)隧道與既有廣州地鐵七號(hào)線(xiàn)入段線(xiàn)隧道的垂直方向凈距離最小為8.5 m，與廣州地鐵七號(hào)線(xiàn)出段線(xiàn)隧道的垂直方向凈距離最小為8.3 m。本項(xiàng)目林廣區(qū)間下穿廣州地鐵七號(hào)線(xiàn)出入段線(xiàn)項(xiàng)目外部作業(yè)影響等級(jí)為一級(jí)[5]。

1.2 三維模擬評(píng)估分析

本文通過(guò)有限元數(shù)值計(jì)算分析盾構(gòu)隧道下穿施工對(duì)既有盾構(gòu)隧道的變形影響，重點(diǎn)分析既有隧道的沉降變形和收斂變形[6]，以評(píng)估隧道結(jié)構(gòu)的安全性。為方便計(jì)算，將有限元仿真分析模型地層根據(jù)地質(zhì)鉆孔資料進(jìn)行簡(jiǎn)化。穿越隧道與既有地鐵隧道接近程度為“非常接近”，從外部作業(yè)的工程影響分區(qū)判斷，地鐵隧道結(jié)構(gòu)位于盾構(gòu)下穿的“顯著影響區(qū)”，綜合判定該盾構(gòu)下穿項(xiàng)目對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)的影響等級(jí)屬于特級(jí)。根據(jù)《城市軌道交通既有結(jié)構(gòu)保護(hù)技術(shù)規(guī)范》（DBJ/T 15—120—2017），需要在施工過(guò)程中對(duì)既有運(yùn)營(yíng)地鐵隧道進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。

三維模擬分析結(jié)果表明：在建隧道下穿施工過(guò)程造成既有廣州地鐵七號(hào)線(xiàn)隧道結(jié)構(gòu)的最大豎向位移為-2.89 mm，最大收斂變形為外擴(kuò)1.79 mm。

2 監(jiān)測(cè)方法

本文采用的監(jiān)測(cè)方法主要是靜力水準(zhǔn)自動(dòng)化沉降監(jiān)測(cè)和收斂自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。

2.1 靜力水準(zhǔn)自動(dòng)化沉降監(jiān)測(cè)

根據(jù)本項(xiàng)目特點(diǎn)，本文選用電容式靜力水準(zhǔn)儀。其配件主要有主體容器、PVC（Polyvinyl Chloride，聚氯乙烯）連通管、氣管以及電容傳感器等。當(dāng)儀器支架之間發(fā)生差異沉降時(shí)，水準(zhǔn)儀內(nèi)的水面會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致裝有中間極的浮子與固定在容器頂?shù)囊唤M電容極板間的相對(duì)位置發(fā)生變化。通過(guò)測(cè)量裝置測(cè)出電容比的變化就能計(jì)算得到各測(cè)點(diǎn)的相對(duì)沉降[7]。該儀器量程大約為50 mm，是測(cè)量相對(duì)高程變化的精密儀器，在高鐵、水電站等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，特點(diǎn)是采樣率高、受環(huán)境影響小[8]。電容式靜力水準(zhǔn)儀布置原理如圖2所示，一般可假定項(xiàng)目共布置[n]個(gè)測(cè)點(diǎn)。其中，1號(hào)點(diǎn)為高程不變的基準(zhǔn)點(diǎn)，初始狀態(tài)時(shí)各測(cè)量安裝高程相對(duì)于（基準(zhǔn)）參考高程面[H0]間的距離則為[y01，y02，…，y0i，…，y0n]（[i]為測(cè)點(diǎn)代號(hào)，[i]=0，1，…，[n]）。各測(cè)點(diǎn)安裝高程與液面間的距離則為[h01，h02，…，h0i，…，h0n]，則有：

當(dāng)各個(gè)靜力水準(zhǔn)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)由于外部施工而發(fā)生差異沉降后，只要用電容傳感器測(cè)得任意時(shí)刻各測(cè)點(diǎn)容器內(nèi)液面相對(duì)于該點(diǎn)安裝高程的距離[hji]（含[hj1]及首次的[h0i]），就可以計(jì)算得到此時(shí)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)1的沉降。同理，如果把監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)任意監(jiān)測(cè)點(diǎn)g（1，2，…[i]，…，[n]）作為相對(duì)固定的基準(zhǔn)點(diǎn)，將第[f]測(cè)回的測(cè)量結(jié)果作為基準(zhǔn)的參考測(cè)回，可以計(jì)算得到任意監(jiān)測(cè)點(diǎn)相對(duì)g監(jiān)測(cè)點(diǎn)（以第f測(cè)回為基準(zhǔn)值）的沉降差[Hij]。

2.2 收斂自動(dòng)化監(jiān)測(cè)

隧道收斂自動(dòng)化測(cè)量系統(tǒng)主要采用激光測(cè)距技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，由激光測(cè)距儀、連接線(xiàn)纜、固定支架、數(shù)據(jù)采集單元及CDMA（Code Division Multiple Access，碼分多址）數(shù)據(jù)傳輸通信裝置、后臺(tái)服務(wù)器及數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)組成。數(shù)據(jù)采集單元放置在隧道內(nèi)電源附近，可控制接入的測(cè)距儀，將測(cè)距儀的信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并保存在儲(chǔ)存模塊中，定時(shí)通過(guò)CDMA無(wú)線(xiàn)通信模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送到后臺(tái)服務(wù)器。作業(yè)人員可查詢(xún)并獲取系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并進(jìn)一步分析。收斂監(jiān)測(cè)前先進(jìn)行初始值觀(guān)測(cè)，待初始值確定后再進(jìn)行常規(guī)監(jiān)測(cè)。根據(jù)廠(chǎng)家的出廠(chǎng)檢驗(yàn)及前期項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，激光測(cè)距儀進(jìn)行斷面收斂觀(guān)測(cè)，收斂觀(guān)測(cè)精度誤差優(yōu)于±1 mm。激光測(cè)距儀收斂觀(guān)測(cè)變形量為正表示隧道外擴(kuò)，為負(fù)表示隧道收縮。

本項(xiàng)目采用HD-2NJ112測(cè)距儀，觀(guān)測(cè)精度為單測(cè)回測(cè)距精度±1.0 mm。用無(wú)線(xiàn)沖擊鉆在隧道管片拱腰位置上鉆孔，打入直徑10 mm的膨脹螺栓，安裝測(cè)距儀支架，并將激光測(cè)距儀水平安置在支架上，調(diào)試好配套的無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)采集器模塊，并確保激光測(cè)距儀射出的激光沒(méi)有遮擋，調(diào)整激光測(cè)距儀測(cè)線(xiàn)方向與環(huán)片圓心方向一致。

3 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

佛山二號(hào)線(xiàn)左線(xiàn)和右線(xiàn)均穿越廣州地鐵二號(hào)線(xiàn)、七號(hào)線(xiàn)。為方便分析，主要分析佛山二號(hào)線(xiàn)右線(xiàn)穿越廣州地鐵七號(hào)線(xiàn)入段線(xiàn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)按照在建隧道的施工階段劃分為穿越前、穿越中、穿越后3個(gè)階段進(jìn)行分析。其中，隧道穿越前后沉降累計(jì)變化曲線(xiàn)如圖3所示，隧道穿越前后收斂累計(jì)變化曲線(xiàn)如圖4所示。

3.1 穿越前

盾構(gòu)機(jī)穿越前，即盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)慢慢進(jìn)入廣州地鐵七號(hào)線(xiàn)入段線(xiàn)隧道下方，使盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)對(duì)前方地層土體產(chǎn)生一定的擠壓效應(yīng)，入段線(xiàn)隧道段被整體抬起。由監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，隨著在建盾構(gòu)隧道的掘進(jìn)，既有隧道結(jié)構(gòu)沉降位移出現(xiàn)先隆起后下沉最后慢慢穩(wěn)定的特點(diǎn)，穿越前階段，最大隆起量達(dá)到2.6 mm，出現(xiàn)在第一個(gè)斷面處、發(fā)生最大隆起變化時(shí)，該斷面距盾構(gòu)機(jī)刀頭約6 m。

3.2 穿越中

盾構(gòu)機(jī)尾部慢慢到達(dá)穿越點(diǎn)的下方，盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)逐漸遠(yuǎn)離穿越點(diǎn)處，運(yùn)營(yíng)隧道各測(cè)點(diǎn)由隆起慢慢開(kāi)始下沉。由于隧道穿越過(guò)程中各方緊密配合，施工單位及時(shí)進(jìn)行了跟蹤注漿和二次注漿，盾尾從完全處于隧道下方到脫出隧道。隧道變形整體較為平穩(wěn)，變化最大的監(jiān)測(cè)點(diǎn)由隆起量2.6 mm下沉為隆起0.4 mm。

3.3 穿越后

盾構(gòu)機(jī)盾尾離開(kāi)穿越點(diǎn)后，隧道在一定時(shí)間內(nèi)緩慢發(fā)生沉降，最終隧道結(jié)構(gòu)最大累計(jì)變形量為-2.03 mm。

截至盾構(gòu)穿越過(guò)后2個(gè)月，地鐵隧道結(jié)構(gòu)點(diǎn)位最大累計(jì)變化量發(fā)生在豎直方向最大累計(jì)變形量為-2.03 mm，監(jiān)測(cè)點(diǎn)號(hào)7ZJ04位于第4個(gè)斷面，位于七號(hào)線(xiàn)出段線(xiàn)里程RDK1+180處。各斷面累計(jì)收斂位移值最大的測(cè)點(diǎn)為7ZD06，位于第6個(gè)斷面，最大累計(jì)收斂值為外擴(kuò)1.08 m。在整個(gè)監(jiān)測(cè)過(guò)程中，隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)項(xiàng)目累計(jì)變化量及日變化量均未達(dá)到原定的監(jiān)測(cè)警戒值?？梢?jiàn)本文監(jiān)測(cè)精度滿(mǎn)足規(guī)范及技術(shù)方案要求。隧道結(jié)構(gòu)變形較小，在盾構(gòu)施工過(guò)程中，監(jiān)測(cè)人員也定期去運(yùn)營(yíng)隧道進(jìn)行現(xiàn)狀巡視，未見(jiàn)滲水、裂縫等異常情況，判斷隧道處于安全可控狀態(tài)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)在建隧道穿越既有隧道的案例，對(duì)既有隧道內(nèi)的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，在建盾構(gòu)隧道下穿過(guò)程對(duì)既有隧道的變形影響比較明顯。通過(guò)對(duì)既有地鐵隧道的變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，施工方對(duì)盾構(gòu)施工參數(shù)和跟蹤注漿、二次注漿進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，以有效減小既有隧道的結(jié)構(gòu)沉降，最終將既有隧道結(jié)構(gòu)沉降變形控制在-4 mm之內(nèi)、收斂變形控制在2 mm之內(nèi)，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)文件和規(guī)范要求的預(yù)警值，保障運(yùn)營(yíng)地鐵的結(jié)構(gòu)安全，為運(yùn)營(yíng)隧道的結(jié)構(gòu)安全提供數(shù)據(jù)支撐。

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