佛山二號線下穿廣州地鐵運營隧道監測分析

劉志鋒

摘 要：目前，各城市軌道交通迅速發展，新建線路下穿運營線路的情況越來越多。基于此，本文主要分析佛山二號線下穿廣州地鐵七號線入段線的變形情況并總結變形規律。結果表明，地鐵穿越前后各個階段隧道變形特征不相同，盾構下穿前既有隧道最大隆起量達到+2.6 mm，穿越過程中下沉為+0.4 mm，盾構通過后最大沉降為-2.03 mm。

關鍵詞：地鐵;隧道;隆起量;最大沉降

中圖分類號：U456.3 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）19-0066-03

Abstract： At present， with the rapid development of urban rail transit， there are more and more new lines passing through operation lines. Based on this， this paper mainly analyzed the deformation of Foshan line 2 under Guangzhou Metro Line 7， and summarized the deformation law. The results show that the deformation characteristics of the tunnel before and after subway crossing are different. The maximum uplift of the existing tunnel before shield crossing is + 2.6 mm， the settlement during crossing is + 0.4 mm， and the maximum settlement after shield passing is -2.03 mm.

Keywords： subway;tunnel;uplift;maximum settlement

目前，國內各大城市軌道交通發展非常迅速。隨著各城市軌道交通線網的日益完善與加密，不同地鐵線路之間相互交叉、相互穿越的情況越來越多[1]，新建城市軌道交通隧道不可避免地存在上跨或者下穿既有地鐵隧道的現象。為確保盾構安全地上跨或下穿地鐵運營線路，避免下穿過程中引起既有隧道變形過大或者結構開裂等病害[2]，需要在隧道下穿前后對既有隧道進行嚴密監測[3]。本文以佛山二號線下穿廣州地鐵七號線為例，利用仿真軟件建立三維仿真模型，分析盾構下穿對既有線路的影響，預測在建地鐵盾構隧道下穿運營地鐵隧道的變形規律。

1 工程概況

1.1 項目概況

佛山地鐵二號線一期工程林岳東站—廣州南站區間（以下簡稱林廣區間）的施工主要采用土壓平衡式盾構機，從林岳東站出發，沿林岳大道南側的空地向東敷設，下穿陳村水道和原西海咀泵站，之后盾構隧道轉向東南方向，繼續下穿廣州地鐵二號線和七號線隧道，剖面關系如圖1所示，最后下穿石壁涌后沿石山大道南向東到達終點站廣州南站。

林廣區間施工以盾構法為主，部分區域采用明挖法施工，盾構區間全長共計1 406.054 m。佛山二號線在建隧道主要位于中風化砂巖地層。廣州七號線既有隧道位于強風化巖層與中風化砂巖地層之間，既有隧道的地質條件普遍較好，便于控制盾構掘進過程導致的既有隧道變形[4]。擬建佛山地鐵二號線右線隧道與既有廣州地鐵七號線入段線隧道的垂直方向凈距離最小為8.5 m，與廣州地鐵七號線出段線隧道的垂直方向凈距離最小為8.3 m。本項目林廣區間下穿廣州地鐵七號線出入段線項目外部作業影響等級為一級[5]。

1.2 三維模擬評估分析

本文通過有限元數值計算分析盾構隧道下穿施工對既有盾構隧道的變形影響，重點分析既有隧道的沉降變形和收斂變形[6]，以評估隧道結構的安全性。為方便計算，將有限元仿真分析模型地層根據地質鉆孔資料進行簡化。穿越隧道與既有地鐵隧道接近程度為“非常接近”，從外部作業的工程影響分區判斷，地鐵隧道結構位于盾構下穿的“顯著影響區”，綜合判定該盾構下穿項目對地鐵隧道結構的影響等級屬于特級。根據《城市軌道交通既有結構保護技術規范》（DBJ/T 15—120—2017），需要在施工過程中對既有運營地鐵隧道進行自動化監測。

三維模擬分析結果表明：在建隧道下穿施工過程造成既有廣州地鐵七號線隧道結構的最大豎向位移為-2.89 mm，最大收斂變形為外擴1.79 mm。

2 監測方法

本文采用的監測方法主要是靜力水準自動化沉降監測和收斂自動化監測。

2.1 靜力水準自動化沉降監測

根據本項目特點，本文選用電容式靜力水準儀。其配件主要有主體容器、PVC（Polyvinyl Chloride，聚氯乙烯）連通管、氣管以及電容傳感器等。當儀器支架之間發生差異沉降時，水準儀內的水面會發生變化，進而導致裝有中間極的浮子與固定在容器頂的一組電容極板間的相對位置發生變化。通過測量裝置測出電容比的變化就能計算得到各測點的相對沉降[7]。該儀器量程大約為50 mm，是測量相對高程變化的精密儀器，在高鐵、水電站等領域得到了廣泛應用，特點是采樣率高、受環境影響小[8]。電容式靜力水準儀布置原理如圖2所示，一般可假定項目共布置[n]個測點。其中，1號點為高程不變的基準點，初始狀態時各測量安裝高程相對于（基準）參考高程面[H0]間的距離則為[y01，y02，…，y0i，…，y0n]（[i]為測點代號，[i]=0，1，…，[n]）。各測點安裝高程與液面間的距離則為[h01，h02，…，h0i，…，h0n]，則有：

當各個靜力水準變形監測點由于外部施工而發生差異沉降后，只要用電容傳感器測得任意時刻各測點容器內液面相對于該點安裝高程的距離[hji]（含[hj1]及首次的[h0i]），就可以計算得到此時各個監測點相對于基準點1的沉降。同理，如果把監測區域內任意監測點g（1，2，…[i]，…，[n]）作為相對固定的基準點，將第[f]測回的測量結果作為基準的參考測回，可以計算得到任意監測點相對g監測點（以第f測回為基準值）的沉降差[Hij]。

2.2 收斂自動化監測

隧道收斂自動化測量系統主要采用激光測距技術、信號處理技術、無線通信技術，由激光測距儀、連接線纜、固定支架、數據采集單元及CDMA（Code Division Multiple Access，碼分多址）數據傳輸通信裝置、后臺服務器及數據處理分析系統組成。數據采集單元放置在隧道內電源附近，可控制接入的測距儀，將測距儀的信號轉換為數字信號并保存在儲存模塊中，定時通過CDMA無線通信模塊將數據發送到后臺服務器。作業人員可查詢并獲取系統的數據，并進一步分析。收斂監測前先進行初始值觀測，待初始值確定后再進行常規監測。根據廠家的出廠檢驗及前期項目經驗，激光測距儀進行斷面收斂觀測，收斂觀測精度誤差優于±1 mm。激光測距儀收斂觀測變形量為正表示隧道外擴，為負表示隧道收縮。

本項目采用HD-2NJ112測距儀，觀測精度為單測回測距精度±1.0 mm。用無線沖擊鉆在隧道管片拱腰位置上鉆孔，打入直徑10 mm的膨脹螺栓，安裝測距儀支架，并將激光測距儀水平安置在支架上，調試好配套的無線數據采集器模塊，并確保激光測距儀射出的激光沒有遮擋，調整激光測距儀測線方向與環片圓心方向一致。

3 監測結果分析

佛山二號線左線和右線均穿越廣州地鐵二號線、七號線。為方便分析，主要分析佛山二號線右線穿越廣州地鐵七號線入段線的監測數據，并將監測數據按照在建隧道的施工階段劃分為穿越前、穿越中、穿越后3個階段進行分析。其中，隧道穿越前后沉降累計變化曲線如圖3所示，隧道穿越前后收斂累計變化曲線如圖4所示。

3.1 穿越前

盾構機穿越前，即盾構機刀盤慢慢進入廣州地鐵七號線入段線隧道下方，使盾構機刀盤對前方地層土體產生一定的擠壓效應，入段線隧道段被整體抬起。由監測結果可知，隨著在建盾構隧道的掘進，既有隧道結構沉降位移出現先隆起后下沉最后慢慢穩定的特點，穿越前階段，最大隆起量達到2.6 mm，出現在第一個斷面處、發生最大隆起變化時，該斷面距盾構機刀頭約6 m。

3.2 穿越中

盾構機尾部慢慢到達穿越點的下方，盾構機刀盤逐漸遠離穿越點處，運營隧道各測點由隆起慢慢開始下沉。由于隧道穿越過程中各方緊密配合，施工單位及時進行了跟蹤注漿和二次注漿，盾尾從完全處于隧道下方到脫出隧道。隧道變形整體較為平穩，變化最大的監測點由隆起量2.6 mm下沉為隆起0.4 mm。

3.3 穿越后

盾構機盾尾離開穿越點后，隧道在一定時間內緩慢發生沉降，最終隧道結構最大累計變形量為-2.03 mm。

截至盾構穿越過后2個月，地鐵隧道結構點位最大累計變化量發生在豎直方向最大累計變形量為-2.03 mm，監測點號7ZJ04位于第4個斷面，位于七號線出段線里程RDK1+180處。各斷面累計收斂位移值最大的測點為7ZD06，位于第6個斷面，最大累計收斂值為外擴1.08 m。在整個監測過程中，隧道結構變形監測項目累計變化量及日變化量均未達到原定的監測警戒值。可見本文監測精度滿足規范及技術方案要求。隧道結構變形較小，在盾構施工過程中，監測人員也定期去運營隧道進行現狀巡視，未見滲水、裂縫等異常情況，判斷隧道處于安全可控狀態。

4 結語

本文通過在建隧道穿越既有隧道的案例，對既有隧道內的自動化監測數據進行了分析。結果表明，在建盾構隧道下穿過程對既有隧道的變形影響比較明顯。通過對既有地鐵隧道的變形監測數據進行綜合分析，施工方對盾構施工參數和跟蹤注漿、二次注漿進行調整優化，以有效減小既有隧道的結構沉降，最終將既有隧道結構沉降變形控制在-4 mm之內、收斂變形控制在2 mm之內，滿足設計文件和規范要求的預警值，保障運營地鐵的結構安全，為運營隧道的結構安全提供數據支撐。

參考文獻：

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