挖隧道下穿運營地鐵沉降分析與保護(hù)措施研究

任瑞樂

(華北科技學(xué)院,河北 廊坊 065201)

1 分析工程概況

1.1 工程位置分析

南京地鐵10#線一期工程是由安德門站到小行站，這一區(qū)間的工程與地鐵1#線之間的平面夾角大致在64°～70°。而且該區(qū)間的隧道并不是直線的隧道，而是形成了緩和曲線線段，呈半徑約為400 m的圓形線段，在一定程度上提高了隧道挖掘的難度。

根據(jù)圖一所示，新建的隧道右線自右起，DK1+251.371～278.505下穿既有隧道，與既有隧道左線、右線垂直距離分別為5.18 m和4.07 m。在新建隧道左線自左起，DK1+272.628～297.380下穿既有隧道，與既有隧道左線、右線垂直距離分別為4.97 m和3.98 m。

1.2 既有隧道概況

南京地鐵10#線的隧道工程是通過礦山大進(jìn)行施工，呈馬蹄形的斷面。在隧道工程實施的初期所運用的是C20的噴射型混凝土，厚度約為300 mm，在第二次建寧襯砌時，所運用到的為C30的防水型鋼筋混凝土，厚度約為300 mm。

1.3 既有地鐵軌道概況

既有隧道內(nèi)軌道道床所采用的是整體式的結(jié)構(gòu)，并且是標(biāo)準(zhǔn)的軌距。因此，新建隧道所施工的路段處于曲線上，外軌的高度最高值應(yīng)控制在120 mm以內(nèi)，軌面與結(jié)構(gòu)內(nèi)部輪廓底的間距在650 mm。

1.4 新建隧道概況

新建隧道所采用的是礦山法的施工策略，采用連接圓順的馬蹄形斷面，開挖的斷面寬度約為6.68 m，高約為6.7 m，預(yù)留核心土臺階法進(jìn)行施工。復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，在工程初期采用的是C25噴射混凝土，厚度約為300 mm，在二次進(jìn)行襯砌時，所運用的是C35防水性鋼筋混凝土，厚度約為350 mm。采用與既有隧道不同的材質(zhì)因主要是因為不同的隧道情況材質(zhì)需求不同，采用C25噴射型混凝土噴射的距離比較長，工作風(fēng)壓低，且對于滲水的巖面適應(yīng)性比較好。運用C35防水型鋼筋混凝土強度較高，其耐久性、防火性以及防水性能好，有良好的抗震效果。

1.5 變形控制標(biāo)準(zhǔn)

(1)道床以及結(jié)構(gòu)沉降的數(shù)值最多不能超過5 mm；

(2)在隧道工程中相鄰的兩根鋼軌高度差與外軌最高值的差異需要控制在4 mm內(nèi)；

(3)相鄰的兩根軌道之間的距離控制在-2 mm～+4 mm之間；

(4)10 m的弦長軌面高程差控制在4 mm之內(nèi)。

(5)新建隧道所產(chǎn)生的爆破對既有隧道的震動峰值不能超過1.5 cm/s。

2 施工影響分析

為了更好的分析出新建隧道的暗挖對既有隧道所造成的影響，專業(yè)的工程人員采用三維技術(shù)分析出了隧道上方和下方的土體示意圖，如圖1所示(圖片來源于網(wǎng)絡(luò))，模型的長度為70 m，寬為70 m，高度為40 m。

圖1 計算機模型

隧道三維模型的建立是通過計算機軟件有限元進(jìn)行的分析，在挖掘的隧道中所運用的結(jié)構(gòu)模型是土體彈塑性模型，是根據(jù)實際的隧道工程模擬出來的模型。實際的施工過程是先在上臺階進(jìn)行環(huán)形圍巖，其次通過對中間核心土部分進(jìn)行施工后，再施工下臺階圍巖工程。根據(jù)模型的建立能夠有效的分析隧道工程施工步驟的安全性，同時也能根據(jù)模型模擬實際的施工進(jìn)度，方便發(fā)現(xiàn)問題，以及完善整個工程，保證隧道工程順利的實施。

由表2可知，不同配方對油茶的滋味影響較大，春綠茶制作的油茶鮮爽，加入石崖茶的油茶滋味較濃、回甘，加入羅漢果的油茶藥味明顯、適口性差，冰鮮烏龍茶制作的油茶滋味醇正、花果香濃，加入花生、綠豆和魚粉的油茶鮮美、細(xì)滑，但湯涼后有腥味。各配方制作的油茶滋味排名為配方9＞配方2＞配方1＞配方6＞配方3＞配方7＞配方5＞配方4＞配方8＞CK。

通過對既有隧道沉降變形的實際勘測之后，根據(jù)有限元計算可以得出新建的10#線中安德門站～小行站區(qū)間對于既有隧道結(jié)構(gòu)下沉的值最大為1.049 mm，滿足了道床以及結(jié)構(gòu)沉降的數(shù)值最多不能超過5 mm的地鐵運營要求，該區(qū)間的地鐵可以順利的實施。

3 關(guān)于地鐵運營的安全保護(hù)措施

3.1 超前支護(hù)措施

(1)超前長管棚

在隧道施工之前，需要通過管棚工作室在挖掘的隧道上進(jìn)行拱頂工作，約為150°范圍采用40 m長的超長管棚來通過既有的隧道。其長管棚的設(shè)計參數(shù)如下所示。

①鋼管所采用的是通過熱軋無縫的鋼管，其外徑約為108 mm，管壁的厚度約為6 mm。

②管內(nèi)之間的間距為400 mm

③鋼管上有注漿孔，孔徑的長度在10～16 mm之間，孔間距為110 mm左右。

④鋼管的徑向不能超過200 mm，相鄰鋼管的環(huán)向不能超過50 mm。

⑤隧道工程所采用的是普通的水泥漿液，水和石灰的比例為1∶1。

(2)超前小導(dǎo)管

在巖開挖斷面拱部120°范圍布設(shè)超前小導(dǎo)管，其支護(hù)參數(shù)如下。

①超前小導(dǎo)管規(guī)格是熱軋無縫的鋼花管，單根管長為3 m，長為1.5 m，外徑為42 mm，壁厚為3.5 mm。

②管內(nèi)之間的間距為仍400 mm。

③注漿的材料也為水泥漿液，水和石灰的比例為1∶1。

3.2 礦山法隧道開挖施工控制

在下穿既有隧道時，所采用的隧道開挖法是預(yù)留土臺階的方式。在隧道施工的過程中應(yīng)當(dāng)堅持短進(jìn)尺、強支護(hù)以及二襯跟進(jìn)的施工原則，以此來保證隧道施工的安全性。同時，相關(guān)的工作人員也要加強對隧洞內(nèi)以及既有隧道沉降變形方面的監(jiān)測力度，及時的掌握既有隧道的狀況，以免發(fā)生難以預(yù)估的損失。在監(jiān)測的過程中也要根據(jù)監(jiān)測數(shù)值及時調(diào)整支護(hù)的參數(shù)，如果沉降形變的數(shù)值過大，可以在洞內(nèi)設(shè)置臨時的仰拱，以此來緩解對既有隧道造成的影響。此外，在實際的隧道工程開挖過程中，應(yīng)當(dāng)盡量的減少對圍巖部分的施工，可以使用機械法進(jìn)行隧道的挖掘，盡量減少或不適用爆破技術(shù)，減少對既有隧道的產(chǎn)生的影響。當(dāng)隧道開挖工程不得不使用爆破技術(shù)時，相關(guān)的工作人員應(yīng)當(dāng)提前進(jìn)行試爆工作，了解爆炸產(chǎn)生的爆破振速的具體數(shù)值，并將其爆破振速控制在1.5 cm/s之內(nèi)，以此來提升整個隧道挖掘工程的安全性。同時，相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)注意的是爆破作業(yè)應(yīng)當(dāng)在地鐵運營區(qū)間之外實施，以免造成群眾的恐慌，也是為了保證群眾的安全性。

對于隧道工程的施工順序應(yīng)當(dāng)是先施工左線隧道，在左線的隧道能夠順利的通過既有隧道之后，再去完成右線隧道的施工。通過這樣的施工方式能夠?qū)p失控制在一定的范圍內(nèi)，并能通過左線施工進(jìn)度的觀測，及時的調(diào)整實施方案，在左線成功的基礎(chǔ)上，在進(jìn)行右線的施工時，工程速度也會有所提升。其次，在隧道施工的過程中，要保證左線的隧道與右線的隧道需要錯開大約100 m以上的安全距離，避免因左線右線的影響呈疊加的現(xiàn)象。

3.3 拱部注漿措施

在進(jìn)行初期的支護(hù)后要及時進(jìn)行回填注漿工作，注漿的材料選擇水泥砂漿。在初期的支護(hù)施工時在支護(hù)拱部150°范圍內(nèi)預(yù)埋注漿管，容積為0.9 m，環(huán)內(nèi)的縱向間距為1 m×3 m。如果在隧道挖掘過程中出現(xiàn)地下水滲透的問題時，或在施工中既有隧道的沉降值處于臨界點或超過臨界值時，相關(guān)的工作人員要根據(jù)實際的情況向襯砌背后更深層次的圍巖注漿，保證工程安全的進(jìn)行。

3.4 既有地鐵控制措施

在開展隧道挖掘工程之前，專業(yè)的人員需要提前對既有地鐵現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查和分析，并根據(jù)情況采取一定的防護(hù)措施，加固對既有地鐵的處理措施，包括對既有地鐵中的燈具、電力、電纜等方面，相關(guān)的人員進(jìn)行探究之后進(jìn)行拍攝。同時在本文中地鐵隧道的挖掘處于曲線線段區(qū)間，為了確保既有地鐵順利的運營，建議在穿越施工期間對既有地鐵采取限速措施，運營速度最好控制在25 km/h左右。

3.5 監(jiān)控量測信息化施工

相關(guān)人員在進(jìn)行地鐵隧道施工時，既要對新建隧道進(jìn)行實施的監(jiān)測之外，同時也要對運營地鐵進(jìn)行同步的監(jiān)測，主要的監(jiān)測內(nèi)容包括新挖隧道對既有地鐵結(jié)構(gòu)沉降變形的數(shù)據(jù)分析、軌面沉降、水平位移以及爆破振動檢測等方面的內(nèi)容。并在監(jiān)測的過程中，設(shè)置報警系統(tǒng)，控制值為70%，方便工作人員能夠及時的掌握既有地鐵的情況。在變形監(jiān)測系統(tǒng)當(dāng)中，監(jiān)測的設(shè)備應(yīng)當(dāng)具有遠(yuǎn)程、實施以及自動采取信息數(shù)據(jù)的功能，同時由于是在隧道內(nèi)進(jìn)行監(jiān)測，因此，設(shè)備需要具備一定的抗干擾能力以及尺寸要適中。設(shè)備的監(jiān)測范圍在既有隧道前后30 m左右的范圍內(nèi)，監(jiān)測數(shù)據(jù)的保存應(yīng)當(dāng)設(shè)置在一小時兩次。當(dāng)在隧道施工過程中出現(xiàn)既有隧道變形的情況時，要加強監(jiān)測數(shù)據(jù)的頻率，并將其設(shè)置在一小時一次監(jiān)測頻率。工程在施工之前，需要提前一周進(jìn)行測試，直到地鐵施工完成之后形變值穩(wěn)定為止。

通過以上五點隧道施工措施，實現(xiàn)在進(jìn)行隧道挖掘時，保證既有地鐵能夠順利且安全的運行，并通過實時的監(jiān)測，了解工程進(jìn)行過程中動態(tài)數(shù)值，根據(jù)監(jiān)測到的數(shù)值適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行加固工作，了解隧道下穿運營地鐵對既有地鐵沉降的影響，在工程順利實施的同時，也是保護(hù)施工人員以及地鐵群眾的安全。

4 結(jié) 語

本文通過計算機技術(shù)中的有限元軟件建立三維模型，分析從南京地鐵10#線中安德門站-小行站區(qū)間下穿運營地鐵中隧道挖掘工程對1#線南延線的沉降影響。通過模型分析，結(jié)合現(xiàn)代化施工技術(shù)和地鐵的安全運營要求，總結(jié)出在施工過程中應(yīng)當(dāng)注意的安全保護(hù)措施，以此來提升隧道工程的安全性。通過后續(xù)的監(jiān)測，證明本文提出的安全措施對既有地鐵沉降方面有著良好的作用，可以為之后的隧道施工提供一些參考。