新建盾構(gòu)隧道上跨地鐵區(qū)間工程措施及施工影響分析

焦莉莉

(北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司沈陽分公司，遼寧 沈陽 110000)

1 工程概況及主要工程措施

1.1 上跨工程概況

沈陽市地下綜合管廊(南運(yùn)河段)工程西起南京南街，東至善鄰路。盾構(gòu)井及工藝井采用明挖法施工，區(qū)間采用盾構(gòu)法施工。管廊D2盾構(gòu)井～D3盾構(gòu)井區(qū)間在文藝路與青年大街路口位置上跨既有沈陽地鐵2#線青年公園站-工業(yè)展覽館站區(qū)間，既有地鐵2#線采用盾構(gòu)法施工，管廊區(qū)間與既有地鐵區(qū)間凈距約2.5 m。管廊區(qū)間與既有地鐵區(qū)間平面相交角度約為75°。

管廊區(qū)間及地鐵區(qū)間隧道外徑6 m，內(nèi)徑5.4 m，隧道襯砌厚300 mm，采用C50混凝土。襯砌管片分為6塊：3塊標(biāo)準(zhǔn)管片，2塊鄰接管片，1塊封頂管片，每環(huán)的寬度為1 200 mm，管片采用錯(cuò)縫拼裝。

1.2 上跨位置風(fēng)險(xiǎn)源處理措施

(1)下穿施工前采用地面袖閥管注漿，對管廊區(qū)間及地鐵區(qū)間之間土體進(jìn)行加固；袖閥管間距1 m×1 m，長度15 m，注漿壓力0.5～1 MPa。

(2)在進(jìn)入上跨影響范圍取之前需對盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行全面檢修，使盾構(gòu)機(jī)的任何零部件都能正常運(yùn)行，以便盾構(gòu)機(jī)快速通過該區(qū)段。

(3)盾構(gòu)推進(jìn)過程中，做好推力、推進(jìn)速率、出土量等推進(jìn)參數(shù)的控制，控制好隧道軸線，盡量減少蛇形和超挖。

(4)做好同步注漿及二次注漿，嚴(yán)格控制注漿壓力。

(5)在進(jìn)入上跨影響區(qū)之前應(yīng)根據(jù)變形控制指標(biāo)，對盾構(gòu)施工參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，以便順利通過既有線。

(6)采用自動化監(jiān)測技術(shù)，施工時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，加強(qiáng)監(jiān)控測量，提高監(jiān)測的數(shù)量和頻率，根據(jù)監(jiān)測反饋信息，隨時(shí)調(diào)整施工參數(shù)。

2 有限元計(jì)算分析

2.1 有限元模型建立

管廊區(qū)間與既有地鐵區(qū)間中心線交角為75°，下穿段長度約為20 m。建立考慮新建管廊區(qū)間及既有地鐵區(qū)間的三維有限元模型，模型縱向長度取100 m，寬度為100 m，模型總高度為39.3 m。各土層采用彈塑性材料模型，三維實(shí)體單元，屈服準(zhǔn)則采用Mohr-Coulomb準(zhǔn)則；管廊區(qū)間及地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)均采用彈性材料模型，板單元模擬。在模型底部施加豎向約束，模型四個(gè)側(cè)面分別施加垂直側(cè)面方向的水平位移約束。模型施加重力荷載。

2.2 計(jì)算模型主要參數(shù)

根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，施工主要影響范圍內(nèi)土層主要有：素填土、礫砂、圓礫。土體參數(shù)見表1。

表1 地層參數(shù)表

主要結(jié)構(gòu)為管廊區(qū)間及既有地鐵區(qū)間，結(jié)構(gòu)參數(shù)見表2。

表2 結(jié)構(gòu)力學(xué)參數(shù)表

2.3 施工過程模擬

管廊隧道施工前，激活既有地鐵結(jié)構(gòu)，模型位移清零。管廊區(qū)間首先進(jìn)行左線盾構(gòu)隧道開挖，左線施工完成后進(jìn)行右線盾構(gòu)隧道開挖。盾構(gòu)隧道推進(jìn)過程模擬分為土體開挖、盾構(gòu)機(jī)的頂進(jìn)、襯砌環(huán)的拼裝、推進(jìn)面壓力模擬及壁后注漿模擬等。對于盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)及襯砌環(huán)拼裝的模擬，先在對應(yīng)位置設(shè)定好預(yù)設(shè)單元，在計(jì)算開始之前先將預(yù)設(shè)單元“殺死”和“激活”。盾構(gòu)施工過程模擬每一施工步施工一環(huán)管片寬度，即1.2 m。

3 計(jì)算結(jié)果分析

計(jì)算管廊隧道施工期間既有地鐵區(qū)間的變形及內(nèi)力，分析既有地鐵區(qū)間的安全性。對管廊隧道施工過程中地鐵區(qū)間的變形隨施工步的變化區(qū)間進(jìn)行分析，分析不同階段對地鐵區(qū)間的影響情況。

(1)既有地鐵區(qū)間變形結(jié)果

圖1 左線施工完地鐵區(qū)間豎向變形圖/m

圖2 右線施工完成地鐵區(qū)間豎向變形圖/m

圖3 左線施工完成地鐵區(qū)間水平變形圖/m

圖4 右線施工完成地鐵區(qū)間水平變形圖/m

管廊區(qū)間全部施工完成時(shí)對既有地鐵區(qū)間影響最大，區(qū)間最大豎向變形為上浮變形，上浮量為2.99 mm，最大水平變形為0.41 mm。根據(jù)《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范》及《城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》，按照控制較嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行取值，隧道結(jié)構(gòu)最大允許沉降取10 mm，最大允許上浮量取5 mm，最大允許水平變形量取5 mm。采用現(xiàn)有措施，地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)變形滿足變形控制標(biāo)準(zhǔn)。

(2)既有地鐵區(qū)間上浮變形隨施工步變化曲線

對地鐵與管廊左線中心線交點(diǎn)位置地鐵區(qū)間隧道頂點(diǎn)①、②及地鐵與管廊右線中心線交點(diǎn)位置地鐵區(qū)間隧道頂點(diǎn)③、④上浮變形量隨施工步的變化進(jìn)行分析。

圖5 變形分析點(diǎn)上浮變形隨施工步變化曲線圖

計(jì)算結(jié)果顯示，四個(gè)分析點(diǎn)的最終上浮變形量相差不大，最終上浮量接近2.9 mm。管廊左線施工首先影響到距離管廊左線上跨位置較近的分析點(diǎn)①、③，左線上方分析點(diǎn)①上浮量大于右線分析點(diǎn)③上浮量，隨著管廊左線向前施工逐漸對②、④分析點(diǎn)產(chǎn)生影響，經(jīng)過下穿區(qū)域后對既有地鐵區(qū)間影響減小；管廊右線施工首先影響到距離管廊右線上跨位置較近的分析點(diǎn)①、 ③， 右線上方分析點(diǎn)③上浮量大于左線分析點(diǎn)①上浮量，隨著管廊右線向前施工逐漸對②、④分析點(diǎn)產(chǎn)生影響，經(jīng)過下穿區(qū)域后對既有地鐵區(qū)間影響減小。管廊盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)面距離既有地鐵區(qū)間18 m以上時(shí)，盾構(gòu)施工對既有地鐵影響較??；管廊盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)面經(jīng)過既有地鐵區(qū)間18 m后，盾構(gòu)施工對既有地鐵影響較小。

4 結(jié)論與建議

本文分析了南運(yùn)河管廊區(qū)間上跨既有地鐵區(qū)間采用的工程措施，通過數(shù)值據(jù)算對管廊區(qū)間對既有地鐵區(qū)間的影響進(jìn)行了分析，得出如下結(jié)論。

(1)對管廊區(qū)間及地鐵區(qū)間之間土體進(jìn)行加固后，管廊區(qū)間上跨既有地鐵區(qū)間，地鐵區(qū)間變形較小，最大上浮量為2.99 mm，最大水平變形為0.41 mm，滿足規(guī)范要求變形控制指標(biāo)。

(2)新建盾構(gòu)隧道在上跨既有地鐵結(jié)構(gòu)施工過程中應(yīng)通過控制推進(jìn)參數(shù)，做好同步注漿及二次注漿，對既有地鐵結(jié)構(gòu)采用自動化監(jiān)測技術(shù)隨時(shí)調(diào)整施工參數(shù)等盾構(gòu)施工技術(shù)減小施工對既有結(jié)構(gòu)的影響。

(3)當(dāng)盾構(gòu)刀盤施工至既有結(jié)構(gòu)前方約18 m位置，既有結(jié)構(gòu)沉降速度明顯加快。當(dāng)盾構(gòu)刀盤通過既有結(jié)構(gòu)約18 m后，盾構(gòu)施工對既有結(jié)構(gòu)的影響較小。盾構(gòu)在此范圍內(nèi)施工應(yīng)注意加強(qiáng)對既有地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)的監(jiān)測并加強(qiáng)盾構(gòu)施工控制。