新建地鐵線路對既有線路的變形機制探究

葉健波 葉濤

摘要：為探究新建線路施工對既有線路的各項位移演變規律，以期為后續復雜環境條件下地鐵施工的風險把控、過程管理、施工監控量測等提供技術指導。以烏魯木齊軌道交通工程為例，借助三維有限元軟件，模擬了新建地鐵線路穿越過程中典型危險施工工況，揭示了線路穿越過程沉降及水平變形動態演變規律。并基于此，提出了一套新建線路穿越施工過程風險把控技術要點。

關鍵詞：新建線路 既有線路 變形機制 線路穿越 數值模擬

城市的飛速發展，地下鐵路建設蓬勃發展，城市軌道交通已經進入了網絡化運營時代[1]。在此環境下，不可避免遇到各類工程交叉現象[2]，由此衍生的施工風險不斷提升[3]，已成為地下工程施工領域的施工技術難點。針對地鐵及地下隧道穿越工程的施工風險把控，目前的研究多集中于風險的處理措施上，如：采用深孔注漿改善相關土體參數[4]、采用背后回填及補償注漿技術控制沉降[5]、采用大管棚支護并運用交叉中隔壁法施工[6]等，均有效的降低了施工過程風險。但目前的研究往往忽略施工期間變形的動態演變過程，不區分工況間的差異性，采用同一措施對不同工況進行控制，即造成了大量工程浪費，處理不當往往造成二次風險。

基于此，結合既有工程背景，以三維模擬變形數值為基礎提出一套風險把控技術要點，可為后續復雜地下工程穿越提供技術指導作用。

1工程概況

烏魯木齊軌道交通2號線二期全長13.35km，起點為華山街，終點為機場東，共設車站6座。

其中烏魯木齊2號線過國際機場站后于里程YDK33+990.382位置以約20°角斜向下穿既有1號線區間隧道，豎向最小凈距約5.50m。下穿段區間采用上下臺階預留核心土法施工。

2場地地層巖性及水文地質條件分析

結合地勘資料，該工程區域不同土體物理力學性能如表1所示：

3數值模型分析

考慮施工過程的空間效應，對新建區間開挖區域和既有線結構進行三維實體建模。為確保三維模型有足夠的計算精度并盡量減少收斂時間，對模型范圍作出了一定的限定，南、北向寬度取200m，東西縱向寬度取300m；垂直方向上從地表以下取50m。

模擬工況如表2所示：

注：“右+20”表示右線開挖至既有線前20m，依次類推。

計算模型如圖1所示：

4結果分析

左線上下臺階掘進至穿越既有區間正下方時，既有區間右線距離正下穿區約16m位置仰拱處沉降最大，為9.741mm，最大水平變形同樣出現在此右線附近，為1.046mm。

5穿越過程風險把控要點

5.1施工措施建議

根據上述對既有線穿越過程變形動態演變過程分析，穿越既有線施工過程，應從以下幾點控制其風險：

（1）對掌子面進行超前注漿加固同時加強初期支護，加固范圍為穿越既有線范圍前后各20m。

（2）加強對該段隧道的結構強度設計，施工與監控量測同步進行，對隧道圍巖支護結構、圍巖應力、地面沉降等加強監測，尤其是開挖過程中掌子面正上方地面沉降監測，確保施工過程敏感區域的沉降控制效果。

（3）施工中應通過超前地質預報，對不良地質作用及特殊巖土提前采取應對措施，通過施工過程中揭示的地質情況及時調整支護參數，提高風險把控意識，建立預警機制。

6結論

本文通過Midas/GTS模擬了三維施工工況下烏魯木齊市軌道交通2號線二期工程穿越既有1號線施工豎直沉降及水平位移變形動態演變規律，得到的主要結論如下：

（1）烏魯木齊穿越既有線豎直沉降及水平位移影響范圍約為下穿段正下方前后5m，與穿越段結構豎向凈距、土層信息及開挖方式等因素直接相關。

（2）穿越既有線施工過程中，既有線豎直沉降及水平位移均隨開挖過程呈現反“Z”字形增大，豎直沉降變化速率較水平位移變化速率大，且同時在區間第一次正下方穿越過程時達到最大值。第一次穿越既有線造成的豎直沉降約占總沉降的2/5。

（3）區間二次穿越對既有線的豎向沉降及水平位移影響較小，由于二次穿越對既有線造成的豎向沉降約占總沉降的1/10。

（4）既有線路的最大水平及豎直變形均出現在開挖掌子面鄰近既有線區域附近，與穿越段區間走向直接相關。

參考文獻：

[1] 徐田坤.城市軌道交通網絡運營安全風險評估理論與方法研究[D].北京交通大學，2012.

[2] 吳志堅.新建隧道密貼下穿既有地鐵車站風險控制[J].鐵道勘察，2013，39（01）：24-27.

[3] 曹振，雷斌，張豐功.黃土地區地鐵下穿既有鐵路的施工風險及其控制措施[J].城市軌道交通研究，2013，16（04）：49-53+76.

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[5] 汪波，何川，夏煒洋.爆破施工新建地鐵隧道與既有運營地鐵的相互動力響應研究[J].中國鐵道科學，2011，32（05）：64-70.

[6] 王聯平.暗挖區間隧道下穿既有地鐵施工技術[J].鐵道建筑，2015（01）：98-102.

[7] 王斌.區間隧道下穿既有地鐵車站的設計方案研究及施工技術分析[J].工程建設與設計，2016（11）：99-101+104.

（作者單位：中鐵十一局集團有限公司1

中鐵隆工程集團有限公司2）

作者簡介：葉健波（1991—），男，2014年畢業于西南交通大學機械工程及其自動化專業，工學學士，助理工程師。