分析隧道近距離下穿既有線地鐵線路安全控制對策

王道鋼 楊鐘凱

蘇州市軌道交通集團有限公司 江蘇 蘇州 215004

在中國，改善城市交通擁堵，發展地鐵交通以及解決許多城市交通流量是城市目前面臨的主要挑戰之一。在城市地鐵網絡建設過程中，不可避免地要出現新的地鐵建設項目，地鐵工程施工條件復雜，開挖跨度大，臨時支撐和施工方法具有頻繁的特點轉換，顯著的時空效應等，因此，近距離穿越既有線路的城市地鐵是一項比較困難，技術復雜，高風險的工程。 隨著城市地鐵網絡建設規模的擴大，在地鐵建設過程中地下結構和地面環境物體的數量不斷增加。保證其安全性是必然的，因此，地下工程采用適當的施工方法和輔助設施，在近距離穿越既有地鐵線路時，輔助方法可以最小化對現有線路的不利影響，并確保線路施工和結構的安全性，這是目前需要解決的非常重要和迫切的問題。

1 工程概況

軌道交通建設的不斷擴大，大量的新老線將交叉。在某些大型交通樞紐的位置，線路是復雜且可互換的，新舊線路的緊密交集是不可避免的。 研究人員觀察到如何確保現有地鐵結構的安全性和現有地鐵的正常運行不會受到影響。 在地鐵的單線隧道中，左，右線穿過現有地鐵的開挖隧道。橫截面長度約為240米，與既有地鐵結構的最近距離僅為1.70米，最小角度僅為7°。由于施工期的限制，新隧道必須通過爆破施工，圍繞隧道的隧道是密集的多層結構，地下電纜密度很高，非常繁忙。

根據有關規定，對既有地鐵的保護原則是：1）混凝土結構的裂縫寬度不應大于0.2 mm。 2）地鐵施工引起的隧道結構沉降不得大于12 mm的垂直和平面曲率半徑。 3）灌漿施工引起的附加載荷不應超過20 kPa。在地鐵施工引起的振動隧道過程中，地鐵施工引起的振動隧道最大速度小于或等于2 m / s。

2 施工對既有線影響的安全性分析

為了解施工過程中地層的變形及施工對現有跨區隧道的影響，采用三維有限元模擬計算方法對現有線路施工過程進行了數值模擬分析。

2.1 計算模型及參數

根據工程的實際情況和特點，將土層簡化為水平分層彈塑性材料，方法是：在三維有限差分元分析中，采用MC彈塑性模型；水平位移約束應用于模型的前后左右，垂直位移約束應用于底部，頂面是自由的。根據工程經驗和理論分析，選擇的土壤范圍為130 m×330 m×70 m（X×Y×Z）。在該區域中，通過激活和鈍化挖掘區域中的土壤來模擬土壤層，并通過襯砌元件模擬隧道施工過程和土體位移。整個三維有限元計算模型由93764個元素組成。計算分為三個工作條件：一是地鐵隧道開挖完成；二是地鐵隧道挖掘40步完成；最后要考慮到地鐵隧道結構的計算。

2.2 數值模擬結果及分析

隧道的最大沉降值為12毫米。隧道結構的最大沉降量為6.13 毫米，以滿足沉降要求。通過數值模擬，地鐵施工對結構截面軸向力的影響較為復雜，但軸向力的變化范圍較小，隧道的最大軸向壓力在右墻頂部。如果最大垂直位移為6.13毫米，橫向位移為3.8毫米，則最大垂直位移將減小為2.61毫米和2.09毫米。如果將開挖步驟增加到40步，則可以通過增加開挖步驟來有效地減少由地鐵施工引起的隧道結構的偏移和壓力的變化，從而可以提高隧道結構的安全性。

3 安全控制對策

3.1 近鄰地鐵隧道注漿加固與施工擾動變形控制技術

3.1.1 袖閥管止漿墻施工關鍵技術

在分析近鄰工程施工技術和施工難點的基礎上，確定了套筒閥門澆注墻，“零距離，鋼對鋼”矩形截面等技術措施，在空間底層非常薄的情況下，常規的地層放大措施不能有效地依靠既有線路，建立靠近既有線路的剛性支撐結構，實現下線的施工。在既有地鐵線段，采用套筒閥管灌漿加固地層，矩形截面的頂部和兩側，形成單門加固區，對其起到一定的支撐作用。

3.1.2 矩形斷面開挖與支護施工關鍵技術

首先，對支撐結構進行加強和加固，工字梁25a鋼框架的間距為500 毫米。 噴射混凝土層的厚度為350毫米,相鄰鋼架焊接雙排L70×70連接角鋼，周向間距800毫米。第二，要注意初支結構與既有結構密貼，控制掘進工作面穩定。

3.2 近距離下穿既有線隧道施工變形監測及預測分析

3.2.1 監測項目及監測要求

監視和測量是體系結構的組成部分。通過監視和控制地面性能，地面結構，地板和建筑物（結構），調整設計動力，調整建筑，建造設計，建造設計，培訓和規劃類似項目，建造和監控儲備。動態現場動態監視的成功執行必須滿足以下要求：（1）監視主要基于專門的儀器測量，以監視定量數據或由現場表示驗證的特定組件。（2）必須完整，可靠且及時地繪制測量數據。如果狀態曲線趨于均衡，則將按時間和最終值計算回歸分析。（3）在進行試驗的時間的基礎上，計算隧道結構和土壤沉降的穩定性和荷載，并提出適當的設計措施。（4）所有測量點都反映了測量點隨時間的變化。從施工到完成測試數據。（5）作業單位和施工單位應及時交付施工現場。

3.2.2 監測項目及測點布置

為了掌握施工過程中的實時動態，確保洞室的穩定性和既有線路建筑物的安全性，下部通道位于正常表面，地鐵隧道的拱頂下沉，通關收斂以監測和測量工作量。此外，在主體結構樓層設置沉降監測點，每20米一段。在橫截面兩側距離20米，50米和100米處有一個部分，每個部分布置2個測量點，總共19個部分和38個測量點。匯聚監測點嵌入隧道主體結構的頂板和側壁。監測部分與沉降監測部分相同，每20米布置一個部分，在橫截面的每一端延伸一個監測部分，每個部分布置5個反射板，共15個部分和75個測量點。

4 結語

通過運用近鄰地鐵隧道注漿加固與施工擾動變形控制技術及施工變形監測，可以有效地保證隧道近距離下穿既有線地鐵線路的安全性。