上海地鐵穿越段測量數據的變化探究與分析

趙凌云

近年來，上海城市軌道交通迅猛發展，網絡化規模化進一步擴大，到2020年上海軌道交通總里程有望超過800公里，車站數量將超過500多座，龐大的軌道交通網絡不僅為人們的出行提供了便利，也為城市的高速發展注入了強大動力。網絡化的軌交線路，相互穿越的形式也日益增多。常見的形式有隧道在不同地層的上下穿越以及江底、河道穿越，穿越形式逐漸多樣化、施工復雜化。隧道間的相互穿越不僅綜合利用了地下空間，同時也方便了公共交通。在城市修建地下工程，盡可能減少對地層的擾動，減小對周圍土體環境的干擾，成為地下工程必須要考慮的重要因素，尤其要是保證既有線路管線以及在運營地鐵隧道的結構安全和運營安全。近距離穿越既有線路，必須予以高度重視。

一、工程概況

目前上海地鐵的穿越段已有較多處，在施工的前中后期相關穿越段的穩定狀態需密切持續關注，施工完成后期監測數據的變化狀況仍需仔細探究。以上海軌道交通某線路穿越既有線路，如圖1所示，其中既有地鐵線路為盾構隧道，隧道外徑為6340mm，新建隧道也為盾構隧道。

圖1 新建地鐵隧道穿越既有線路示意圖

該工程的為黏土地層穿越，由于黏土地質含水量大，強度低，新建隧道斷面垂直穿越既有線路，且穿越距離較近，不能干擾既有線路的正常運營，隧道結構安全性要求高。為了將新建隧道對既有線路的影響降至最小（保證安全運營的標準），同時又要保證安全施工，必須要盡可能的掌握四條隧道間的相互應力，每條隧道的位移形變情況。進而評價新建隧道對既有線路的影響程度，為施工提出合理的技術指導措施。同時在施工過程中要對既有線路采取相應的保護措施。

二、實測分析

該項目當時采取了四種監測方式：1.隧道的垂直位移監測;2.隧道的水平位移監測;3.隧道收斂監測;4.隧道縱/橫向沉降剖面電水平尺自動化監測。隧道穿越時采取人工監測和自動化監測方式相結合，但人工監測必須在地鐵停運后才能進行，有一定的滯后性和局限性。后期比對自動化監測和人工監測數據，變化趨勢基本一致。該項目盾構穿越期間主要變現為對既有隧道的豎向位移，其水平位移和收斂變形均在允許范圍內，本次監測以自動化監測（電水平監測）為主，人工為輔。

圖2 既有線路上行歷次監測成果圖

圖3 既有隧道上行歷次監測成果圖

選取該項目的九次典型數據，施工開始前通過三次測量得到既有線路較為穩定的初期沉降值，工況一為隧道初始狀態，施工開始時，在盾構推進期間，加密監測頻率，當盾構穿越過影響區域時，根據現場情況逐漸降低監測頻次。結合整個穿越過程的數據變化曲線圖及施工狀態分析。由于新建隧道施工，造成地下空間結構發生一定程度的變形，從工況一開始，盾構機進入既有線路的影響區域，隨著線路逐漸推進，盾構機前方土體由于受力擠壓而逐漸趨于密實，土體間空隙比減小，影響區域既有線路的豎直位移開始發生變化，影響區域逐漸受壓，應力漸漸增加，既有線路對應區域開始微量隆起，當盾構機推進到正下方時，既有線路的上抬量達到峰值，既有線路上行線A區域工況二、下行線C區工況三在此時段監測，數據顯示明顯上抬，隨著盾構機的持續推進，開始逐漸遠離影響區域。既有線路受影響區域由于發生底層損失，對應區段開始逐漸下沉，上行線A區工況七下行線C區工況六表現為下沉峰值。施工單位采取同步注漿或后期二次注漿等相關措施，隧道逐漸開始抬升，A區工況九曲線表現較為明顯。盾構繼續推進，繼續影響B區和D區，整體趨勢和A區、C區變化一致。

對圖2、圖3的影響區域A、C區監測曲線變化分析比對，A區域在盾構機通過該斷面后抬升發生較為明顯，分析其原因不僅是因為后期注漿原因，工況七盾構機已經離開A區域，工況九為一個月以后的監測，從工況七到工況九隧道仍然有抬升，A區表現尤其明顯。也就是說工況七A區注漿已完成，時隔一個月工況九仍然抬升，分析原因A區在工況七時注漿區域早已凝固，后期發生變化，主要是由于盾構機的反推力造成一定影響，推力過大導致千斤頂對其后的隧道管片推壓，受壓影響區域整體上抬，上抬量遠小于2mm，但如果上臺量過大應當予以重視，施工過程中應實時關注，根據情況來改變盾構機的推進的相關參數，以及對既有線路做好相關維護工作。B、C、D區域后期隧道變化較為穩定，考慮原因為該層地質結構性態較為穩定，受擾動較小等多種原因。盾構推進時，不僅需要確保土倉壓力與地層壓力平衡，穿越段的施工更要實時關注既有線路的變化。通過設定盾構機的推進速度、排土量，根據推進地層的實際情況，如地層顆粒情況的變化、黏土地質的凝結程度等應隨時調整添加劑或者采取其他相關措施，保證在變化的土質中穿越段整體受影響區域的穩定。根據監測數據的變化情況采取相應措施，有選擇有針對性的進行二次注漿或使用其他措施，保證既有線路的結構安全和運營安全。本次穿越段整個過程既有線路的沉降量控制在6mm以內。隧道情況均以先上抬、后下沉為主要特征。穿越過程控制良好，整體穿越段基本穩定，符合實際工作需要。

三、結語

城市的高速發展必然會導致交通設施出現新的形式，地鐵穿越段的施工也數見不鮮。本次穿越工程僅僅是豎向位移變化較大，實際其他穿越施工過程中，地鐵隧道的收斂也可能發生相應的變化。穿越段在施工過程中，周圍土體環境復雜，對于上海的黏土地質施工難度增加，穿越段施工過程連續不能間斷，實時關注周圍環境變化，并且不能對臨近線路造成較大影響，不僅要求使用先進的施工設備，而且對施工人員的素質要求高。監護測量是工程施工的“眼睛”，必須予以高度重視，特別是在一些重要的穿越工程中，監測工作實時反映著工程的形變狀態，對于地下穿越施工具有獨一無二的指導作用。穿越段的監測不僅僅是對于既有線路，對于新建線路也應加強監測。同時穿越段地下地面情況應當在穿越前中后期也應實時加以監控，綜合分析，保證穿越段的處于安全的穩態。總之穿越段的持續監測是一項極為重要的工作，在運行的軌道交通的維護工作中是一項必不可少的工作，保證地鐵的安全運營，保證人民的生命財產安全，是軌交運營方必需承擔的社會責任。

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（作者單位：上海地鐵維護保障有限公司）