暗挖隧道近距離下穿運(yùn)營(yíng)地鐵車站影響分析

向茂源

（中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津300133）

新建隧道下穿既有運(yùn)營(yíng)地鐵車站的情況越來(lái)越普遍，常用的工法有盾構(gòu)法或暗挖法[1]。盾構(gòu)法下穿須滿足一定的安全距離，一般不小于1倍洞徑，在增加足夠安全措施的情況下不小于0.5倍洞徑；同時(shí)需結(jié)合既有車站下的構(gòu)筑物綜合考慮實(shí)施的可行性。暗挖法下穿既有車站時(shí)，可根據(jù)土層，較為靈活的選擇夾土區(qū)厚度，甚至可做到零夾土，但對(duì)上部地層的變形控制來(lái)說(shuō)不如盾構(gòu)法；常規(guī)設(shè)計(jì)普遍采用平頂斷面，使初支或二襯與車站底板貼合，便于豎向荷載傳遞至地基。本文結(jié)合工程實(shí)施條件，提出三次襯砌設(shè)計(jì)，為后續(xù)工程提供新思路。

1 工法的選擇

成都軌道交通9號(hào)線一期工程孵化園站與既有運(yùn)營(yíng)1號(hào)線車站通道換乘，與在建18號(hào)線車站節(jié)點(diǎn)換乘，9號(hào)線需下穿既有1號(hào)線車站。

由于既有1號(hào)線底板下設(shè)置的抗拔樁及工程樁處于9號(hào)線區(qū)間影響范圍內(nèi)，盾構(gòu)法在掘進(jìn)過程中磨樁風(fēng)險(xiǎn)較大，同時(shí)磨樁后樁端集中力對(duì)盾構(gòu)管線受力不利；因此選擇暗挖法下穿既有1號(hào)線，在1號(hào)線西側(cè)設(shè)置盾立盾構(gòu)吊出井，滿足施工需求。見圖1。

圖1 暗挖區(qū)間與既有1號(hào)線車站位置關(guān)系

1）下穿既有線暗挖隧道支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)[2～3]。下穿既有線暗挖隧道總長(zhǎng)57.8 m，其中正穿1號(hào)線孵化園站約23.8 m。既有車站底板下表皮距離暗挖隧道開挖面約2.3～2.6 m，隧道洞身主要位于中風(fēng)化泥巖層，管棚工作室開挖拱頂局部進(jìn)入密實(shí)卵石層約0.5 m。為減少單次開挖既有線下方土體范圍，采用CRD法施工，由車站主體進(jìn)洞，先行施作管棚工作室，完成后在1號(hào)線下方打設(shè)雙層?108 mm大管棚，為后續(xù)開挖提供超前支護(hù)[2～3]。

結(jié)合地勘資料、外部風(fēng)險(xiǎn)源及工程經(jīng)驗(yàn)，下穿既有線斷面[1，4]見圖2。

2）下穿既有線暗挖隧道工序設(shè)計(jì)[5～6]。由于既有車站底板下存在工程樁，考慮切割后底板的壓力將擴(kuò)散到樁附近夾土體，通過夾土傳遞到隧道結(jié)構(gòu)上，若隧道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度偏小，可能引起車站結(jié)構(gòu)變形過大，導(dǎo)致安全事故；因此在初支二襯實(shí)施階段不破除工程樁，二襯在既有樁位置留出后澆帶，待二襯強(qiáng)度達(dá)到100%、隧道整體剛度足夠后，再靜力切割既有工程樁，以控制上部結(jié)構(gòu)的變形。由于工程樁及中隔壁影響，二襯結(jié)構(gòu)施工縫很多，漏水隱患大，為減少隧道后期漏水風(fēng)險(xiǎn)，在二襯內(nèi)設(shè)置模筑三襯防水混凝土；三襯結(jié)構(gòu)采用臺(tái)車整體澆筑，施工縫較少，可提高隧道的防水效果，同時(shí)作為結(jié)構(gòu)的安全儲(chǔ)備。

2 工況模擬

為驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的可行性，采用Midas GTS-NX有限元分析軟件[7]，選取三維地層-結(jié)構(gòu)模型，分工況模擬隧道開挖、拆中隔壁、靜力切割既有樁等關(guān)鍵工序?qū)扔芯€的影響。

隧道施工對(duì)既有1號(hào)線存在一定影響，誘發(fā)1號(hào)線主體結(jié)構(gòu)最大豎向位移0.59 mm，附屬結(jié)構(gòu)最大豎向位移0.26 mm，靜力切既有樁時(shí)引起的結(jié)構(gòu)變形速率最大，施工過程中應(yīng)對(duì)該環(huán)節(jié)嚴(yán)加把控。見圖3。

在隧道施工過程中，車站底板下既有樁軸力隨每道工序變化明顯。隧道開挖及中隔壁拆除時(shí)，由于樁底位于隧道開挖面以下，樁的承載力變化較??；在拆樁工況下，當(dāng)隧道范圍內(nèi)樁切割后，其自身軸力下降明顯；與此同時(shí)，中間未拆樁軸力有增大趨勢(shì)。見圖4。

圖4 既有車站工程樁軸力變化

切割既有工程樁時(shí)，上部車站荷載傳遞路徑會(huì)隨之發(fā)生轉(zhuǎn)移，一部分轉(zhuǎn)移到未切割的樁體上，更多的轉(zhuǎn)移到周邊土體上，因此采用初支和二襯共同承擔(dān)上部荷載的思路是合理的；同時(shí)整個(gè)開挖回筑過程中上部車站的結(jié)構(gòu)豎向位移較小，可滿足地鐵保護(hù)的要求，也驗(yàn)證了整個(gè)隧道方案設(shè)計(jì)的合理性及可實(shí)施性。

3 既有線監(jiān)測(cè)

根據(jù)成都地鐵保護(hù)要求，鄰近既有線施工必須采用全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、控制指標(biāo)[8]及預(yù)警見表1和表2。

表1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目控制值mm

表2 監(jiān)測(cè)預(yù)警

隧道范圍內(nèi)間距5 m，隧道范圍外間距按10 m設(shè)置測(cè)點(diǎn)，一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面上布置6個(gè)，左右線各3個(gè)。見圖5。

圖5 測(cè)點(diǎn)布置

監(jiān)測(cè)結(jié)果反映，整個(gè)開挖、中隔壁拆除、既有樁切割過程中隧道的豎向及水平位移均未超限，也未出現(xiàn)報(bào)警情況。在隧道完工后持續(xù)監(jiān)測(cè)10月，結(jié)果顯示，既有1號(hào)線車站最大豎向位移-0.89 mm，最大水平位移值-0.76 mm，道床最大差異沉降-0.72 mm，均滿足設(shè)計(jì)要求及規(guī)范要求。見表3。

表3 最后一期監(jiān)測(cè)日?qǐng)?bào)mm

監(jiān)測(cè)值與數(shù)值模擬計(jì)算值比較接近，也反映出本工程數(shù)值模擬計(jì)算基本合理。

4 結(jié)論與建議

結(jié)合工程實(shí)際邊界條件，提出三次襯砌設(shè)計(jì)，同時(shí)優(yōu)化施工工序，很好地控制住了既有車站的結(jié)構(gòu)變形，順利完成隧道貫通。

目前成都軌道交通9號(hào)線一期工程已開通運(yùn)營(yíng)，既有線運(yùn)營(yíng)狀態(tài)良好，充分證明下穿隧道的設(shè)計(jì)思路、設(shè)計(jì)方案、監(jiān)測(cè)方案是切實(shí)可行的，可為后續(xù)類似站點(diǎn)的設(shè)計(jì)提供參考借鑒經(jīng)驗(yàn)。結(jié)合工程具體情況，提出以下建議：

1）本工程中既有車站下已有工程樁，但由于后續(xù)車站線間距變大，無(wú)法利用既有樁的板凳結(jié)構(gòu)；后續(xù)工程在有條件的情況下應(yīng)盡量利用現(xiàn)有豎向支撐體系，減小切樁過程中既有車站的風(fēng)險(xiǎn)；

2）實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中既有車站豎向位移略大于模擬計(jì)算值，原因在于此暗挖隧道工程前序還存在既有車站兩側(cè)深基坑開挖的情況，已誘發(fā)既有車站產(chǎn)生了一定的豎向變形，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是持續(xù)累加的，但數(shù)值模擬計(jì)算時(shí)對(duì)前序工況進(jìn)行了位移清零處理，未考慮變形疊加；后續(xù)工程在制定監(jiān)測(cè)控制值及預(yù)警值時(shí)應(yīng)充分考慮前序工況對(duì)既有結(jié)構(gòu)的變形影響；

3）對(duì)工序較多、銜接緊密的工程而言，在方案設(shè)計(jì)后建議通過有限元數(shù)值模擬進(jìn)行施工工況分析，發(fā)現(xiàn)最不利工況并采取針對(duì)性的加強(qiáng)措施，做到精細(xì)化設(shè)計(jì)，例如本工程的三襯設(shè)計(jì)、切樁時(shí)機(jī)選擇、加強(qiáng)二襯設(shè)計(jì)等均很好的體現(xiàn)了這一點(diǎn)。