不同工法穿越城市軌道交通既有線沉降變形分析

劉函仲，姚添寶

（北京市勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100038）

1 引言

目前，城市軌道交通線路錯(cuò)綜復(fù)雜，新建線路的施工活動(dòng)將不可避免地對(duì)既有線路產(chǎn)生影響。施工過程對(duì)既有線路的影響將一定程度上威脅到既有線路的運(yùn)營(yíng)安全。不同工法穿越或鄰近既有線對(duì)不同工法車站或區(qū)間的影響不同，采取的施工加強(qiáng)措施不同。分析以往穿越或鄰近既有線的變形情況，可以有效指導(dǎo)專項(xiàng)設(shè)計(jì)及施工人員選擇科學(xué)、有效、合理的方案。因此，大量分析總結(jié)鄰近或穿越既有線工程經(jīng)驗(yàn)，有利于在保證既有線路運(yùn)營(yíng)安全的同時(shí)控制施工成本。本文對(duì)盾構(gòu)法及礦山法區(qū)間穿越既有車站的沉降變形情況進(jìn)行分析，以期為后續(xù)盾構(gòu)法、礦山法穿越既有線工程提供經(jīng)驗(yàn)參考。

2 工程概況

2.1 礦山法穿越既有線概況

礦山法區(qū)間為標(biāo)準(zhǔn)暗挖區(qū)間，區(qū)間下穿既有線車站單層暗挖段。既有線車站暗挖單層段長(zhǎng)65 m，頂板覆土約為12.83 m，底板埋深約為22.71 m。既有線車站西側(cè)采用交叉中隔墻法（CRD工法）、東側(cè)采用洞樁法（PBA工法）。新建區(qū)間密貼下穿既有車站主體結(jié)構(gòu)；區(qū)間穿越既有線平面圖如圖1所示。

2.2 盾構(gòu)法穿越既有線概況

新建線路工程為盾構(gòu)法區(qū)間，本段區(qū)間鄰近、下穿既有車站主體結(jié)構(gòu)。既有車站為明挖雙柱雙層三跨結(jié)構(gòu)，圍護(hù)樁規(guī)格為Φ1 000 mm@1 600 mm。隧道與主體結(jié)構(gòu)底板凈距約2.3 m。區(qū)間穿越既有線剖面圖如圖2所示。

3 既有線監(jiān)控量測(cè)設(shè)計(jì)

及時(shí)準(zhǔn)確地掌握區(qū)間下穿既有車站的變形情況可有效保證既有線的運(yùn)營(yíng)安全。根據(jù)既有線特點(diǎn)，布置相應(yīng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，并根據(jù)施工進(jìn)度設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)頻率。

3.1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

本工程穿越既有線施工期間，針對(duì)既有道床結(jié)構(gòu)進(jìn)行既有線結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，針對(duì)既有道床結(jié)構(gòu)、車站主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行道床、隧道結(jié)構(gòu)沉降監(jiān)測(cè)。

3.2 監(jiān)測(cè)頻率

按照施工情況進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集，下穿期間采集頻率為每20 min進(jìn)行1 次；同時(shí)進(jìn)行人工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集，左、右線下穿期間采集頻率為每1～3天進(jìn)行1次。

4 既有線監(jiān)測(cè)情況分析

4.1 礦山法區(qū)間穿越既有車站變形情況

4.1.1 區(qū)間穿越既有 CRD 工法車站

結(jié)合如圖3所示的區(qū)間穿越既有CRD工法車站典型測(cè)點(diǎn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)沉降變形曲線（圖例中的DJC-01-09與SJC-01-09為典型測(cè)點(diǎn)的編號(hào)），既有CRD工法車站區(qū)間左線下穿部位在整個(gè)區(qū)間下穿期間變形值變化分析如下：

（1）上臺(tái)階距既有線約10 m時(shí)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)整體變化平緩，累積沉降量達(dá)到-0.28 mm；

（2）上臺(tái)階距既有線約2 m時(shí)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)開始出現(xiàn)下降趨勢(shì)，該階段累積沉降-0.25 mm；

（3）上臺(tái)階穿越既有CRD工法車站期間是發(fā)生變形的主要階段，下沉約-0.96 mm；

（4）上臺(tái)階穿越既有PBA工法車站期間，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)仍有少量下降，在此期間出現(xiàn)監(jiān)測(cè)預(yù)警情況；后續(xù)增加初支背后回填注漿措施，變形趨于平緩，該階段沉降約-0.51 mm；

（5）后續(xù)過既有線影響區(qū)、下臺(tái)階施工等階段，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化平緩，該階段沉降約-0.12 mm。

4.1.2 區(qū)間穿越既有 PBA 工法車站

結(jié)合如圖4所示的區(qū)間穿越既有PBA工法車站典型測(cè)點(diǎn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)沉降變形曲線，既有PBA工法車站區(qū)間左線下穿部位在整個(gè)區(qū)間下穿期間變形值變化分析如下：

（1）上臺(tái)階距既有線約10 m時(shí)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)整體變化平緩，累積沉降量達(dá)到-0.31 mm；

（2）上臺(tái)階距既有線約2 m時(shí)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)開始出現(xiàn)下降趨勢(shì)，該階段累積沉降-0.16 mm；

（3）上臺(tái)階穿越既有CRD工法車站期間，因超前注漿加固影響，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，該階段上升約+0.20 mm；

（4）上臺(tái)階穿越既有PBA工法車站期間是發(fā)生變形的主要階段，沉降約-0.64 mm；

（5）在后續(xù)出既有線影響區(qū)期間，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)前期受初支施工擾動(dòng)影響少量下降，后期注漿趨于平緩，該階段沉降約-0.41 mm；

（6）在左線下臺(tái)階下穿、區(qū)間右線下穿期間，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)仍有少量下降，該階段沉降約-0.50 mm。

4.1.3 區(qū)間穿越不同工法車站變形情況小結(jié)

根據(jù)穿越既有CRD工法車站及PBA工法車站的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，變形情況分析總結(jié)如下：

（1）穿越既有PBA工法車站期間，截除既有邊樁期間既有線變形值較小；

（2）穿越既有線的變形主要集中在正下穿期間，初支穿越完成后仍有輕微沉降發(fā)生；因此，在初支封閉成環(huán)后要及時(shí)進(jìn)行背后回填注漿。因施工部位位于既有線正下方，可采取少量、多次、低壓反復(fù)回填注漿的方式；

（3）對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整體分析，穿越既有PBA工法車站的累計(jì)變形值小于CRD工法車站；

（4）對(duì)穿越施工各階段變形情況進(jìn)行分析，既有CRD工法車站在下穿期間的變形較PBA工法車站更加明顯；兩工法初支穿越完成后變形仍會(huì)輕微增加，說明結(jié)構(gòu)變形存在一定滯后。

4.2 盾構(gòu)法區(qū)間穿越既有車站變形情況

4.2.1 穿越既有西側(cè)車站

根據(jù)如圖5所示的既有車站軌行區(qū)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)全程指導(dǎo)施工，控制沉降，3個(gè)階段變形情況如下。

（1）刀盤到達(dá)階段。西側(cè)比前次隆起約+0.19 mm。

（2）刀盤進(jìn)入及盾體通過階段。沉降發(fā)展的主要階段，西側(cè)沉降約-0.66 mm。

（3）盾尾脫出至穩(wěn)定階段。開始增加二次補(bǔ)漿，在此階段西側(cè)沉降約-0.18 mm。

4.2.2 穿越既有東側(cè)車站

根據(jù)如圖6所示的既有車站軌行區(qū)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)全程指導(dǎo)施工，控制沉降。盾構(gòu)磨樁造成的既有線沉降較小，3個(gè)階段變形情況如下。

（1）刀盤到達(dá)階段。東側(cè)比前次隆起約+0.15 mm。

（2）刀盤進(jìn)入及盾體通過階段。沉降發(fā)展的主要階段，東側(cè)沉降約-1.59 mm。

（3）盾尾脫出至穩(wěn)定階段。開始增加二次補(bǔ)漿，在此階段東側(cè)隆起約+0.52 mm。

4.2.3 盾構(gòu)穿越既有車站變形情況小結(jié)

根據(jù)盾構(gòu)穿越既有車站的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變形情況，分析總結(jié)如下：在區(qū)間穿越既有線階段，既有線變形主要出現(xiàn)在下穿期間及盾尾脫出階段；下穿完成后經(jīng)過多次二次補(bǔ)漿措施，既有結(jié)構(gòu)變形有輕微回升直至趨于平緩；盾構(gòu)磨樁造成的既有線沉降較??；區(qū)間下穿既有線期間，因變形造成的風(fēng)險(xiǎn)處于可控狀態(tài)。

4.3 沉降變形分析總結(jié)

根據(jù)礦山法穿越既有線沉降變形分析，礦山法穿越既有CRD工法車站累積沉降最大值為-2.12 mm，穿越既有PBA工法車站累積沉降最大值為-1.80 mm；穿越CRD工法車站變形較大。在礦山法穿越時(shí)，初支封閉成環(huán)后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行初支背后回填注漿，嚴(yán)格控制注漿壓力、注漿量。一般應(yīng)進(jìn)行反復(fù)、多次、少量、低壓注漿，且注漿情況視既有線變形情況及時(shí)調(diào)整，防止注漿過大造成既有線隆起變形。

根據(jù)盾構(gòu)法穿越既有線變形分析，盾構(gòu)法穿越明挖既有車站累積沉降最大值為-0.92 mm。在盾構(gòu)法穿越時(shí)，應(yīng)根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)及試驗(yàn)段數(shù)據(jù)確定盾構(gòu)參數(shù)，在穿越過程中及時(shí)根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)調(diào)整相應(yīng)參數(shù)。在盾構(gòu)穿越過程中，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行同步注漿及二次補(bǔ)漿；二次補(bǔ)漿應(yīng)控制注漿壓力及注漿量，一般在距盾尾3環(huán)左右即可進(jìn)行二次補(bǔ)漿；但為防止注漿壓力過大造成由盾尾處泡漿，應(yīng)控制注漿壓力。在距盾尾7環(huán)左右時(shí)可再次進(jìn)行二次補(bǔ)漿，此時(shí)注漿壓力及注漿量可適當(dāng)增加，并根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化適時(shí)調(diào)整?？筛鶕?jù)既有線監(jiān)測(cè)情況進(jìn)行多次二次補(bǔ)漿措施；一般為防止注漿造成既有線隆起變形，不考慮采用徑向注漿措施；但若既有線變形過大，嚴(yán)重超標(biāo)，則適時(shí)采用該措施。

5 總結(jié)

根據(jù)本文中礦山法及盾構(gòu)法穿越既有車站變形分析，在進(jìn)行既有地下車站穿越施工時(shí)，同等地層環(huán)境下盾構(gòu)法穿越較礦山法穿越對(duì)既有線的影響更小。

在施工過程中，礦山法應(yīng)及時(shí)封閉成環(huán)并及時(shí)進(jìn)行初支背后回填注漿，盾構(gòu)法應(yīng)及時(shí)進(jìn)行同步注漿及二次補(bǔ)漿；初支背后回填注漿及盾構(gòu)法二次補(bǔ)漿應(yīng)視既有線變形情況進(jìn)行反復(fù)多次、少量、低壓注漿。為避免注漿壓力過大或打設(shè)注漿孔時(shí)對(duì)既有線造成影響，徑向注漿措施一般在既有線變形超標(biāo)時(shí)作為應(yīng)急預(yù)案采用。在以后選擇既有線下穿施工時(shí)，在文中類似條件情況下，可以優(yōu)先選擇盾構(gòu)法穿越施工。