暗挖隧道近距離下穿運(yùn)營地鐵車站影響分析

向茂源

（中鐵第六勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，天津300133）

新建隧道下穿既有運(yùn)營地鐵車站的情況越來越普遍，常用的工法有盾構(gòu)法或暗挖法[1]。盾構(gòu)法下穿須滿足一定的安全距離，一般不小于1倍洞徑，在增加足夠安全措施的情況下不小于0.5倍洞徑；同時需結(jié)合既有車站下的構(gòu)筑物綜合考慮實(shí)施的可行性。暗挖法下穿既有車站時，可根據(jù)土層，較為靈活的選擇夾土區(qū)厚度，甚至可做到零夾土，但對上部地層的變形控制來說不如盾構(gòu)法；常規(guī)設(shè)計普遍采用平頂斷面，使初支或二襯與車站底板貼合，便于豎向荷載傳遞至地基。本文結(jié)合工程實(shí)施條件，提出三次襯砌設(shè)計，為后續(xù)工程提供新思路。

1 工法的選擇

成都軌道交通9號線一期工程孵化園站與既有運(yùn)營1號線車站通道換乘，與在建18號線車站節(jié)點(diǎn)換乘，9號線需下穿既有1號線車站。

由于既有1號線底板下設(shè)置的抗拔樁及工程樁處于9號線區(qū)間影響范圍內(nèi)，盾構(gòu)法在掘進(jìn)過程中磨樁風(fēng)險較大，同時磨樁后樁端集中力對盾構(gòu)管線受力不利；因此選擇暗挖法下穿既有1號線，在1號線西側(cè)設(shè)置盾立盾構(gòu)吊出井，滿足施工需求。見圖1。

圖1 暗挖區(qū)間與既有1號線車站位置關(guān)系

1）下穿既有線暗挖隧道支護(hù)參數(shù)設(shè)計[2～3]。下穿既有線暗挖隧道總長57.8 m，其中正穿1號線孵化園站約23.8 m。既有車站底板下表皮距離暗挖隧道開挖面約2.3～2.6 m，隧道洞身主要位于中風(fēng)化泥巖層，管棚工作室開挖拱頂局部進(jìn)入密實(shí)卵石層約0.5 m。為減少單次開挖既有線下方土體范圍，采用CRD法施工，由車站主體進(jìn)洞，先行施作管棚工作室，完成后在1號線下方打設(shè)雙層?108 mm大管棚，為后續(xù)開挖提供超前支護(hù)[2～3]。

結(jié)合地勘資料、外部風(fēng)險源及工程經(jīng)驗，下穿既有線斷面[1，4]見圖2。

2）下穿既有線暗挖隧道工序設(shè)計[5～6]。由于既有車站底板下存在工程樁，考慮切割后底板的壓力將擴(kuò)散到樁附近夾土體，通過夾土傳遞到隧道結(jié)構(gòu)上，若隧道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度偏小，可能引起車站結(jié)構(gòu)變形過大，導(dǎo)致安全事故；因此在初支二襯實(shí)施階段不破除工程樁，二襯在既有樁位置留出后澆帶，待二襯強(qiáng)度達(dá)到100%、隧道整體剛度足夠后，再靜力切割既有工程樁，以控制上部結(jié)構(gòu)的變形。由于工程樁及中隔壁影響，二襯結(jié)構(gòu)施工縫很多，漏水隱患大，為減少隧道后期漏水風(fēng)險，在二襯內(nèi)設(shè)置模筑三襯防水混凝土；三襯結(jié)構(gòu)采用臺車整體澆筑，施工縫較少，可提高隧道的防水效果，同時作為結(jié)構(gòu)的安全儲備。

2 工況模擬

為驗證設(shè)計方案的可行性，采用Midas GTS-NX有限元分析軟件[7]，選取三維地層-結(jié)構(gòu)模型，分工況模擬隧道開挖、拆中隔壁、靜力切割既有樁等關(guān)鍵工序?qū)扔芯€的影響。

隧道施工對既有1號線存在一定影響，誘發(fā)1號線主體結(jié)構(gòu)最大豎向位移0.59 mm，附屬結(jié)構(gòu)最大豎向位移0.26 mm，靜力切既有樁時引起的結(jié)構(gòu)變形速率最大，施工過程中應(yīng)對該環(huán)節(jié)嚴(yán)加把控。見圖3。

在隧道施工過程中，車站底板下既有樁軸力隨每道工序變化明顯。隧道開挖及中隔壁拆除時，由于樁底位于隧道開挖面以下，樁的承載力變化較小；在拆樁工況下，當(dāng)隧道范圍內(nèi)樁切割后，其自身軸力下降明顯；與此同時，中間未拆樁軸力有增大趨勢。見圖4。

圖4 既有車站工程樁軸力變化

切割既有工程樁時，上部車站荷載傳遞路徑會隨之發(fā)生轉(zhuǎn)移，一部分轉(zhuǎn)移到未切割的樁體上，更多的轉(zhuǎn)移到周邊土體上，因此采用初支和二襯共同承擔(dān)上部荷載的思路是合理的；同時整個開挖回筑過程中上部車站的結(jié)構(gòu)豎向位移較小，可滿足地鐵保護(hù)的要求，也驗證了整個隧道方案設(shè)計的合理性及可實(shí)施性。

3 既有線監(jiān)測

根據(jù)成都地鐵保護(hù)要求，鄰近既有線施工必須采用全自動化監(jiān)測。監(jiān)測項目、控制指標(biāo)[8]及預(yù)警見表1和表2。

表1 監(jiān)測項目控制值mm

表2 監(jiān)測預(yù)警

隧道范圍內(nèi)間距5 m，隧道范圍外間距按10 m設(shè)置測點(diǎn)，一個監(jiān)測斷面上布置6個，左右線各3個。見圖5。

圖5 測點(diǎn)布置

監(jiān)測結(jié)果反映，整個開挖、中隔壁拆除、既有樁切割過程中隧道的豎向及水平位移均未超限，也未出現(xiàn)報警情況。在隧道完工后持續(xù)監(jiān)測10月，結(jié)果顯示，既有1號線車站最大豎向位移-0.89 mm，最大水平位移值-0.76 mm，道床最大差異沉降-0.72 mm，均滿足設(shè)計要求及規(guī)范要求。見表3。

表3 最后一期監(jiān)測日報mm

監(jiān)測值與數(shù)值模擬計算值比較接近，也反映出本工程數(shù)值模擬計算基本合理。

4 結(jié)論與建議

結(jié)合工程實(shí)際邊界條件，提出三次襯砌設(shè)計，同時優(yōu)化施工工序，很好地控制住了既有車站的結(jié)構(gòu)變形，順利完成隧道貫通。

目前成都軌道交通9號線一期工程已開通運(yùn)營，既有線運(yùn)營狀態(tài)良好，充分證明下穿隧道的設(shè)計思路、設(shè)計方案、監(jiān)測方案是切實(shí)可行的，可為后續(xù)類似站點(diǎn)的設(shè)計提供參考借鑒經(jīng)驗。結(jié)合工程具體情況，提出以下建議：

1）本工程中既有車站下已有工程樁，但由于后續(xù)車站線間距變大，無法利用既有樁的板凳結(jié)構(gòu)；后續(xù)工程在有條件的情況下應(yīng)盡量利用現(xiàn)有豎向支撐體系，減小切樁過程中既有車站的風(fēng)險；

2）實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)中既有車站豎向位移略大于模擬計算值，原因在于此暗挖隧道工程前序還存在既有車站兩側(cè)深基坑開挖的情況，已誘發(fā)既有車站產(chǎn)生了一定的豎向變形，監(jiān)測數(shù)據(jù)是持續(xù)累加的，但數(shù)值模擬計算時對前序工況進(jìn)行了位移清零處理，未考慮變形疊加；后續(xù)工程在制定監(jiān)測控制值及預(yù)警值時應(yīng)充分考慮前序工況對既有結(jié)構(gòu)的變形影響；

3）對工序較多、銜接緊密的工程而言，在方案設(shè)計后建議通過有限元數(shù)值模擬進(jìn)行施工工況分析，發(fā)現(xiàn)最不利工況并采取針對性的加強(qiáng)措施，做到精細(xì)化設(shè)計，例如本工程的三襯設(shè)計、切樁時機(jī)選擇、加強(qiáng)二襯設(shè)計等均很好的體現(xiàn)了這一點(diǎn)。