礦山法區間下穿既有地鐵結構影響

蘇 帆

重慶市軌道交通（集團）有限公司（401122）

0 前言

隨著城市軌道交通建設的加速，越來越多的換乘車站或交叉線面臨著區間近距離下穿既有車站的情況。一般來說，區間下穿既有車站需要與車站留有一定的安全距離，但也有近距離下穿甚至零距離下穿的成功經驗。距離越近，車站埋深越淺，功能越好，但風險較大。距離越遠，車站埋深越深，功能較差，但風險較小。文章以巖質地區新建區間下穿既有暗挖車站為例，選取一個合理的下穿凈距，在安全與經濟性之間取得較好的平衡[1]。

1 既有車站概況

既有車站于2012年10月開通運營，采用暗挖法施工，結構形式為地下兩層單拱馬蹄形斷面，拱頂埋深約16 m，地質情況以砂巖及巖質泥巖為主。

2 擬建區間概況

擬建區間采用礦山法下穿既有軌道車站。

下穿區間開挖斷面寬度為9.9 m，高度為9.44 m，采用復合式襯砌，區間初期支護采用掛網C25噴混+系統錨桿，鋼架采用工字鋼，二襯采用C40防水鋼筋混凝土。隧道位于中風化巖層中，部分段拱頂覆巖厚度約33 m，地表覆土約3 m，與車站主體結構有最小豎向距離約3.3 m，在下穿車站范圍采用超前支護。φ42 mm超前小導管，L=3.5 m，環向間距40 cm，縱向間距120 cm。圍巖級別為IV級。

本段區間下穿既有車站，施工時均采用機械開挖，斷面采用臺階法開挖。區間與車站仰拱最小距離約為2.5 m，下穿段區間輪廓采用3心圓馬蹄形斷面，支護參數如下:

300 mm厚C25噴射混凝土+雙層鋼筋網；

工22a鋼架@0.5 m；

500 mm厚C40鋼筋混凝土二襯結構。

超前支護措施采用φ108 mm大管棚，橫向間距0.4 m，區間下穿車站如圖1所示。

圖1 區間下穿車站平面圖

3 影響分析

下穿區間施工的初期支護結構采用地層結構模型計算，圍巖材料的本構模型采用M-C模型，錨桿采用全長黏結式桿單元模擬，襯砌采用梁單元模擬，樁土接觸面采用古德曼接觸單元模擬，結合規范及經驗確定巖土應力釋放系數[2]。采用大型通用有限元軟件Midas-GTS-NX計算分析地面沉降及圍巖變形。根據車站的地質勘查報告和已經設計完成的車站斷面建立有限元模型。隧道左右水平計算范圍均取隧道跨度的4倍。隧道垂直計算范圍向上取至地表，向下取隧道高度的3倍。

既有軌道目前已使用接近10年，計算時對其二襯剛度考慮一定的折減。各地層計算參數和各結構單元參數分別見表1和表2。

表1 各地層計算參數

表2 各結構單元參數

模擬的施工工序如下:

左線隧道上臺階開挖并支護；

左線隧道下臺階開挖并支護；

右線隧道上臺階開挖并支護；

右線隧道下臺階開挖并支護。

通過數值分析，得到的結果如圖2和圖3所示。

圖2 區間建設完成豎向變形（mm）

圖3 區間建設完成橫向變形（mm）

4 結語

左線區間施工后，既有車站最大沉降0.5 mm。右線區間施工后，既有車站最大沉降1.1 mm，車站最大橫向變形0.5 mm，沉降及橫向變形均比較小。

根據以上分析可知，擬建區間下穿既有軌道車站，不改變其影響范圍內既有軌道結構荷載大小，既有軌道結構截面尺寸、配筋仍滿足原設計要求。因區間開挖所引起既有軌道車站結構變形均較小，且小于10 mm，可判斷新建區間建設不影響既有軌道結構正常使用及運營[3]。

5 建議

施工過程中要求“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤量測”的十八字方針。

實行動態設計、信息化施工原則，根據監測結果調整支護參數。

加強監控量測頻率、強化監測措施和要求，根據監測情況及時調整注漿參數、開挖進尺等施工參數。

制定分級預警機制，按分區、分級、分階段的原則制定監測控制標準。分區即按施工區域不同分別制定控制標準，下穿車站段以及前后10 m區間為工程風險控制區段，監控等級為特級，其余區段監控等級可降低一級。分級即根據監測結果制訂不同的預警響應措施，一般分為三級預警，即黃色預警、橙色預警、紅色預警[4]。當發出黃色預警時，需要對圍巖變形、車站沉降等加強觀測，加大觀測頻率；當發出橙色預警時，除了需要繼續加強變形監測外，應進一步完善對該狀態的預警方案，同時應對施工方案、支護參數、開挖進度等進行檢查；當發出紅色預警時，應立即向上級單位及有關部門進行預警報送，立即停止開挖，并經參建各方分析和認定后，更改施工方案及設計參數[5]。