新建工程上穿既有地鐵線監測設計探析

趙云非

(中鐵隧道集團有限公司技術中心，河南洛陽 471009)

0 引言

隨著經濟的高速發展和城市化進程的加快，城市軌道交通基礎設施建設迎來了新一輪高峰，伴隨而來也出現了一系列問題，其中新建工程施工對既有建筑的影響就是其中重要的問題之一。針對這一問題國內外相關學者和工程技術人員進行了一系列研究。文獻［1］主要從監測反饋的信息對不同工法的暗挖車站對既有線及周邊環境的影響進行了探討，文獻［2］主要總結出一套單拱暗挖車站上穿既有線的施工技術，文獻［3］主要是針對盾構施工過程中參數的調整來減小對既有線的影響，通過對監測設計中存在的一些問題進行探討。

1 工程概況

新建下沉段工程，與既有正在運營的地鐵1號線既有箱體(南北向)，平面位置交叉，上下錯層疊加，新建下沉段工程箱體上跨正在運營的地鐵1號線既有運行區間箱體，在新建下沉隧道里程約XQK6+603處同地鐵1號線既有區間接近垂直交叉，其平面重疊范圍約(16～22)m×38 m。

該段區間為地鐵1號線改造之前的七〇四七工程的既有明挖施工的鋼筋混凝土箱型框架結構。影響箱段為 169、170、171、172箱段，主要受影響為170、171 箱段，每個箱段長度依次為 16、15、21、18 m，寬度14 m，高5.4 m。

地鐵箱體位于新建下沉工程下部，根據現場的測量，地鐵箱體頂板位于大沽高程－2.250 m處，下沉工程在此部位底板底高程－1.930 m(最低處)，基坑深度為4.6 m，基坑開挖后，需在地鐵箱體上部土體進行卸除開挖。現狀地面高程2.5 m。見圖1。

為了減小基坑開挖時坑底隆起導致地鐵變形過大，地鐵保護范圍內采用三軸水泥土攪拌樁(Φ850@600)對周邊土體進行滿堂加固(加固后土體要求28 d無側限抗壓強度≥1 MPa，水泥摻量不少于18%)。加固寬度為地鐵箱體兩側各6 m;加固深度為地表以下16 m(底高程約為地鐵箱體下6 m)，地鐵隧道結構周邊0.5 m范圍內采用雙液注漿進行加固。

為盡量減小土體開挖對基坑回彈的影響，總體上遵守“分段開挖、限時施工、及時壓載”的原則，將該箱段分成三施工段。見圖2。

2 監測設計及布點情況

新建下沉工程施工的核心問題是不影響地鐵1號線的結構穩定及運營安全，但在地鐵箱體上部開挖土，勢必會破壞已有的土體平衡條件，隨著土體應力的釋放，坑底土體會產生回彈，從而影響地鐵箱體使之變形。監測設計的重點是如何及時準確地反映箱體變形，并及時根據變形情況指導施工，盡最大可能減小施工對1號線箱體的影響。

圖1 新建下沉地道同地鐵箱體豎向關系圖(橫向)(單位:mm)

圖2 箱體上方土方開挖分段示意圖(單位:mm)

主要監測項目:

結構隆沉:主要反映結構箱體上升或下降情況。

結構位移:主要反映結構箱體水平向位移情況。

軌道沉降:主要反映軌道上升或下降情況。

軌道幾何形位:主要反映兩根鋼軌距離變化情況。

變形縫觀測:主要反映兩節箱體相接位置裂縫發展情況。

監測項目情況見表1所示。主要監測點示意圖見圖3。根據地鐵1號線結構內具體場地情況，結構隆沉監測點在169和170箱體布置在兩側邊墻，171和172箱體位于車站內，只能布置在中間柱。其他各監測項目盡量與結構隆沉布設在一個斷面上，便于各監測結果相互驗證。結構隆沉使用靜力水準進行自動化實時化監測，軌道上的監測點和箱體位移都是在每天地鐵停運后人工下軌進行測量。

表1 監測項目

圖3 主要監測項目示意圖

3 分析與建議

圖4是170箱體4個監測點的變形曲線，9號點和10號點同在一側邊墻上，3號點和4號點同在另一側邊墻上。3號點在整個施工過程中變化一直處于穩定狀態，而其他3個點變化較大，總體變化趨勢相一致。

圖4 170箱體變形曲線

圖5為170和171箱體上監測點變形曲線對比圖。171箱體的監測點是在中間柱上，而170箱體的監測點是在邊墻上，從變形曲線圖上可以看出監測點變形過程差異較大。從圖4和圖5所反映的情況我們可以看出，箱體在施工過程中并不是整體一致的變形，監測設計中監測點只在邊墻或只在立柱都不能全面反映箱體的變化情況。如果想全面了解和掌握箱體的變形情況，在監測設計時就應該根據工程實例或數值模擬的情況，全面細致的布置監測點，力爭將箱體整個變形情況全面的反映出來。通過分析可以看出原監測方案設計過于片面，所監測的數據也不能全面真實反映箱體的變化情況。

圖5 170和171箱體對比曲線

圖6是同一斷面上結構隆沉和軌道沉降變形曲線。由于各種各樣條件的限制，在本項監測設計中軌道沉降在施工24 h進行的情況下沒有實現實時監控，而只是對結構隆沉進行了24 h監測。而在既有線運行的情況下，軌道沉降無疑是關系到列車運行安全的關鍵數據。從圖6曲線可以看出，軌道沉降和結構隆沉整體變化趨勢一致，累計數據相差也較小。因為軌道是在箱體里邊，軌道沉降監測點與自動化監測點在同一斷面上，設計方完全可以根據理論計算和數值模擬結果，給出兩項監測之間的數值關系，這樣就可以根據結構隆沉24 h監測的結構對軌道沉降這一關鍵數據進行掌控，每天地鐵停運后，根據人工測量的數據相驗證，這樣地鐵運營將更有安全保證。

圖6 軌道沉降和結構隆沉變化曲線

從曲線圖7可以看出來，在施工的不同階段監測數據差異還是比較大的，在第一施工階段箱體上升數據占整個變化數值的近60%。施工設計和監測設計作為一家設計單位，設計過程中沒有將二者有機的融合在一起，而只是相互獨立的兩個方案設計。施工方案是分階段進行開挖，那監測設計就應該與之相適應。就本工程來說，第一階段開挖箱體上升最為明顯，那數值應該控制在多大，重點控制措施是什么。因為不同階段變化的不同，控制的方法必然有所差異，如果控制方法都一樣，也許對第一階段施工沒什么效果，而對第三階段施工就顯的有些嚴格了。在極端情況下，如果第一階段施工監測點累計值已經超標，那后續施工又該如何展開?

圖7 歷時曲線圖

地鐵箱體的變形縫(圖8)作為地鐵結構薄弱環節，只設計有裂縫觀測簡單的監測手段，這種手段顯然不能及時發現和防范裂縫開裂漏水，更不能對裂縫產生的原因(兩側箱體都上升、一側箱體上升一側下降、一側箱體不動而另一側箱體上升等情況)進行反映，也就不能指導施工單位采取合理措施制止裂縫進一步的發展。所以這一設計顯然不夠合理。應該對裂縫的寬度進行觀測同時，對裂縫兩側通過自動化監測儀器，密切關注裂縫發展變化趨勢。

圖8 變形縫開裂圖

4 結論

工程鄰近既有運行地鐵線，現有的監測也只是針對施工期間地鐵的變化，但實際上地鐵箱體在施工期間由于卸載上升，但隨著上方結構施工結束，覆土回填，地鐵箱體必然有所下沉。地鐵箱體在這樣上升和下降的反復中結構耐久性是否有所下降?受影響箱體與未受影響箱體結合處安全性是否還滿足原設計年限?施工期間箱體的變化是否會為未來地鐵的運行埋下安全隱患，這一系列問題都應該引起有關部門的高度重視。

［1］許俊偉，王 剛.不同工法的暗挖車站上穿既有線對其及周邊環境的影響［J］.市政工程，2010(4):81 －85.

［2］杜建華，杜華林.單拱暗挖車站上穿既有地鐵線施工技術［J］.鐵道建筑，2010(5):64－68.

［3］孫玉永，周順華，向 科，等.近距離下穿既有隧道的盾構施工技術參數研究［J］.中國鐵道科學，2010，31(1):54 －58.

［4］馬雪梅，任 干.北京地鐵首都機場線東直門站上跨下穿既有折返線變形監測［J］.施工技術，2010，39(9):31－36.

［5］王夢恕.地下工程淺埋暗挖技術通論［M］.合肥:安徽教育出版社，2004.