地鐵穿越工程中既有線變形監測與結果分析

劉敏，樊娜

(北京城建勘測設計研究院有限責任公司杭州分公司，浙江 杭州 310000)

1 引 言

杭州地鐵2號線金家渡站位于古墩路與金昌路交叉口沿古墩路南北向布設，已于2017年底開始運營。地鐵4號線金家渡站的下穿工程，會對已運營的2號線車站產生影響，相互關系見圖1。地鐵4號線金家渡站區間采用盾構法施工，盾構由金家渡站1#井始發，于2#井接收完成后，盾體在井下平移掉頭至3#工作井，盾構于4號井接收后，盾體由4#井吊出，車架由1#井吊出，完成盾構掘進工作。地鐵4號線二期金家渡站盾構區間頂距2號線地鐵站底板僅1.1m，屬于高風險施工項目。本項目對既有線產生影響的施工主要有三個階段：MJS加固施工[8，9]、凍結施工、金家渡站盾構施工[10，11]。其中MJS加固施工和水平凍結施工易造成既有2號線金家渡站結構隆起，盾構施工易造成既有2號線金家渡站結構下沉，項目施工程序較為復雜。針對不同階段的施工，制定了專門的既有線保護自動化監測方案[12～14]，通過監測數據真實反映既有線變形情況，指導施工參數調整，保證既有線安全運營。

圖1 既有2號線與在建4號線位置關系示意圖

2 既有線變形監測方案

2.1 測點布設

MJS加固施工期間、凍結施工期間及金家渡站穿越施工期間對正影響區域范圍內的既有車站按 5 m間距布置斷面；對外延區域既有車站按 10 m間距布置斷面，對外延區域既有隧道按 12 m間距布置斷面，上下行各布設32個斷面，具體布點情況如表1和圖2所示。

既有線測點布置情況表 表1

圖2 既有線測點布置情況圖

2.2 監測方法與監測頻率

本項目采用測量機器人自動化監測輔以人工復核的方式進行監測，MJS加固期間按 1次/30 min的頻率進行監測，盾構穿越期間對關鍵影響區域按 1次/20 min的頻率進行監測。由于盾構下穿時監測頻率高，周期短，一臺儀器無法完成監測任務，因此以2號線車站中心線向兩側各外延 10 m的區域作為2號線關鍵影響區域，在同一斷面上設置2臺儀器，一臺儀器以 1次/3 h的頻率監測所有點，另一臺儀器則以 1次/20 min的頻率對關鍵影響區域的點進行監測，如表2所示。

監測頻率 表2

3 監測結果分析

3.1 MJS加固施工監測

MJS加固施工會對既有線車站產生側向壓力。在MJS注漿期間，采用 1次/30 min頻率出具報告。經監測數據統計發現，MJS加固施工對既有線路的影響較小，上下行道床沉降最大累計變化量為 ±2 mm左右，具體數據如圖3、圖4所示。

圖3 MJS加固過程中2號線上行線道床沉降變化曲線

圖4 MJS加固過程中2號線下行線道床沉降變化曲線

3.2 在建地鐵4號線金家渡站穿越施工

在建地鐵4號線穿越施工對于既有2號線車站影響主要有兩種工種。一是冷凍施工影響，貫穿于整個穿越施工的全過程。二是穿越施工影響，即當冷凍到一定條件時候開始下穿，其施工特點表現為周期短、風險高，故而監測頻率應調整為實時出具，即以 1次/20 min的頻率出具監測報告。現對在建地鐵4號線左右線下穿2號線的監測數據進行具體分析。

(1)地鐵4號線右線下穿2號線既有車站

盾構穿越區域(2號線上行線監測斷面2SCJ9～2SCJ23，下行線監測斷面2XCJ9～2XCJ23)在盾構機進入和穿出下穿區期間監測數據相對變化較大。盾構機剛進入下穿區時，2號線上行線數據變化較平穩；由于2#接收井和3#始發井處于積極凍結狀態時，引起2號線下行線出現隆起現象，最大隆起量達到 4 mm左右，經過對監測數據的分析后及時調整了冷凍參數，車站道床隆起情況依然在持續，盾構機出了上行線下穿區后，雖然及時調整施工參數，車站道床變形依舊逐步抬升。分析原因為此時2#接收井和3#始發井處于積極凍結狀態，導致既有線出現了明顯的隆起情況。2號線變形數據情況如圖5、圖6所示。

圖5 地鐵4號線右線盾構下穿過程中2號線上行線道床沉降變化曲線

圖6 地鐵4號線右線盾構下穿過程中2號線下行線道床沉降變化曲線

(2)地鐵4號線左線下穿2號線既有車站

由于4號線右線盾構施工的影響加之3#始發井和4#接收井都在積極凍結導致右線穿越完成2號線上下行線道床沉降依舊處于隆起狀態，2號線上行線道床隆起最大累計量約有 11 mm，下行線道床隆起最大累計量約為 13 mm。根據監測數據，盾構推進單位及時調整了冷凍參數擴大上部泄壓孔，控制刀盤壓力和同步注漿壓力，車站道床隆起情況得到控制，變形曲線開始向下發展，隨著右線穿越施工完成且凍結施工結束變形曲線回歸至 2 mm左右，且部分監測斷面歸置 0 mm以下，通過二次注漿調整變形，確保既有線安全運營。

在穿越施工期間既有2號線上下行變形情況基本一致，通過左右線盾構施工經驗發現，冷凍施工過程中凍結達到一定程度時道床有較大程度的隆起，調整掘進參數及凍結指數后，既有線監測數據緩慢回落。2號線變形數據情況如圖7、圖8所示。

圖7 地鐵4號線左線盾構下穿過程中2號線上行線道床沉降變化曲線

圖8 地鐵4號線左線盾構下穿過程中2號線下行線道床沉降變化曲線

4 結 論

本文以杭州地鐵4號線下穿地鐵2號線為例，通過監測手段及時反映了既有線變形情況，指導施工單位進行參數調整，保證既有線的安全運營。得出結論如下：

(1)本項目MJS加固施工階段，總體變形量約為 ±2 mm，變形量較小。但應注意MJS加固施工本質上雖然是對既有線進行保護加固，但在施工過程中應時刻關注數據變化情況，否則會因注漿壓力過大對既有線造成側向壓力和擾動。

(2)4號線盾構下穿2號線時，盾構機姿態為上坡，受刀盤壓力、同步注漿壓力及凍結施工的影響，4號線左線下穿時既有2號線變形隆起最大約 15 mm，超過項目報警值。整個下穿期間道床沉降并未表現出下沉趨勢，說明盾構下穿施工對既有線的影響相對凍結施工較小，冷凍施工對既有線的影響較大。后期通過控制刀盤壓力、注漿壓力、擴大泄壓孔[15]以及調整凍結壓力等措施，監測數據才得以平緩，恢復至正常值。

(3)4號線左線盾構施工期間，2號線道床隆起最大約 15 mm。4號線右線盾構施工期間，2號線道床隆起最大約 4 mm。通過數據發現，由于4號線右線先進行穿越施工，等4號線左線穿越施工時，由于冷凍時間過長、冷凍溫度過低導致既有線道床隆起變形較大。

(4)穿越工程中通過對地鐵既有線變形監測數據結果進行分析，真實反饋地鐵變形情況，指導外部施工，保證既有線安全運營。