深埋软岩小净距隧道近接既有车站的位移响应

时间：2024-05-18

张立国王志金

摘要：本文章以某地铁站为施工背景，建设的车站选用的是分离式小净距隧道近距下穿既有车站，借助三维数据研究和场地实际勘测相结合的形式，对现有站台体系的位移响应展开具体的研究与讨论，提出了施工过程中的关键环节，并总结得出了一些结论。研究数据证明，场地勘测与数值运算的最终数据大致相符，符合隧道体系纵向位移≤10mm的标准。

关键词：城市轨道交通小净距隧道沉降槽宽度参数

中图分类号：U231 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）06（c）-0054-02

近年来，随着轨道交通建设的迅速发展，新建的地铁结构越来越多地下穿既有结构，在近接施工过程中，会不可避免地对既有地铁结构产生扰动，因此，如何确保新建结构施工时既有结构的正常运营，就成为地铁建设的难点和重点。根据《北京市轨道交通工程风险工程分级与设计指南》（BJMTR/RM}F-03，2013.05），轨道交通下穿既有地铁线路（含铁路）风险源等近距下穿既有车站的位移级为特级、一级，因此，开展针对位移响应的研究尤为重要。

1 工程概况

某地铁项目处在两江新区中，地铁全长32.15km，在此中地下段的全长为24.85km，高架段全长为7.3km。本项目一共建设19座车站，其中有一座为地上车站。

本工程位于五红路段处，呈现以南、北方向的布置，借助15m岛式站台，单拱双层体系，站台主体运用暗挖的形式进行建设。车站全长222m，二衬宽度为25.2m，高度20.81m，站台属于复合式衬砌体系，且其埋深大，顶层覆盖的层厚大致为65.1～72.9m。

本站和现有的地铁6号线红土地站呈现以一种十字换乘的形式，位于6号线的红土地站在该站台的上层，同已有的结构之间的间距为5.06m，而红土地站整体的建筑模式选用双层体系，建筑主体剖面尺寸的宽23.16m，高为18.36m，现如今运作的情况稳定。

本站下穿区间是基于小净距隧道、双层拱体系设置的，单个隧洞的净距是1.66m，穿越区间的稳固手段主要包含以下几种。

（1）在进入洞体之前，超前小导管稳固拱体的围岩，施工选用φ42mm的导管，L=6.0m，环距0.4m，一共2环。

（2）在下部穿越区间严格借助非爆破形式进行挖掘。

（3）中部岩柱进行中空注漿，将规格为R25@lm×0.5m、L=2.5m的拉锚杆布置成梅花形。

（4）首先挖掘右边隧道，等到右侧隧道初支与二衬工作完成后再挖掘左侧的隧道。

（5）强化初支护的强度，借助型号为25a的工字钢进行强化，挖掘的进尺选择为0.5m。

（6）上下阶梯错开之间的间距≤5m，并及时地封闭初支。

（7）对初支的后侧进行及时的注浆工作，以免出现空隙。

（8）强化对现有轨道与现有体系的监测，依照监测到的数据信息，并且有机结合实际的施工方案，不断优化本工程中的稳固技术。

2 基于现场实测数据分析的位移响应

2.1 基于Peck公式既有车站的竖向位移拟合

本项目所选用的是分离式的小净距隧道穿越现有地铁站台，借助在已有站台拱顶区域的布控点，动态监控现有站台纵向位移与水平位移，通过分析实际的监测结果能得出，站台架构的水平位移还是要低一些，并且基于既有车站纵向位移进行分析。

选用Matlab 7.0软件来对场地测得的数据展开拟合工作。

借助研究现有体系纵向位移能归纳出以下几个结论：

（1）下穿越区间小净距隧道借助CRD的形式进行建设，每个隧道均能划分成左、右各一个导洞，并且所有导洞都包括上、中、下3个阶梯。上阶梯挖掘造成现有体系的纵向位移占到了整体位移的27.4%，而中阶梯与下阶梯的比重分别是9.6%与12.4%。

（2）考虑到在CRD建设的过程中，中隔壁的拆除施工会在很大程度上扰动隧道周围环境，没有进行拱顶和回填层的浇筑作业前，应有机结合实测数据分段（约6～7m）将原本的支撑拆除，可是拆除工作会在很大程度上促进结构产生位移，并且比重达到了30.1%。

（3）在小净距地铁建设环节中，左、右侧隧道挖掘引起的纵向位移会产生叠加效益的现象。隧道挖掘断面规模较大，而中部岩柱较窄，既有架构纵向位移的累积曲线还没有呈现出一种双峰值的特征。

（4）下部穿越现有体系仰拱纵向位移造成的提提沉降与Peck曲线的特质相符，监测数值的纵向位移的极值为8.42mm，符合隧道体系纵向位移≤10mm的标准。

2.2 既有车站的竖向位移拟合结果分析

（1）沉降槽宽度参数K。

基于天然泥岩地质条件与下部穿越现有地铁站台体系相同区域纵向位移曲线两者间的比较情况，能得出结论：软岩小净距隧道沉降槽宽度参数K的范围是2.89～3.82。运用FLAC工具能进行有限元差分析，并且能形成三维运算程序，就没有包括现有体系的站台挖掘造成的相同区域的纵向位移开展研究，能得出穿越现有结构的参数值相对较大，是自然地质环境标准的0.924倍[1]。

下穿既有车站实际测得的参数值相对较小，主要是因为小净距隧道挖掘造成的势能的释放被现有的站台结构造成影响，体现出以下两个层面：地下站台的挖掘造成了地下空间中能量的释放，现有的站台结构可以吸收这一部分能量，并将其转化成为对应的应变能，呈现出整体发生位移的情况；现有地铁站台的结构阻碍了能量向土层之上传递的趋势，因为能量就会向水平方向延伸，所以比天然泥岩环境下横向的作用区间小。

（2）地层损失率V1。

依照监测数值的拟合结论，其中V1的数值选择区间是0.108%～0.16%，由于小净距地铁的建设借助CRD法进行挖掘、实时开展初支护工作，所以土层的损失率数值才会整体偏低。

2.3 施工过程中的关键环节

（1）下穿段一定要采取非爆破挖掘的施工技术，并且在拱顶配置中空注浆锚杆，严格掌控实际的注浆成效，预先运用措施将拱部岩体稳定。

（2）控制隧道仰拱后的施工，有机结合实测数值分段（约6～7m），运用先进的施工技术将临时中隔壁拆除。

（3）严格依照设计标准进行挖掘，并及时开展支护工作。

3 基于数值计算分析的位移响应

3.1 数值模型的建立

依照穿越现有站台的项目实况，借助有限元差分软件FLAC，可以构建起一个三维立体的站台数据模型[2]。依照Saint Vecant的机理，地下站台作业只影响洞体附近一定区间的岩体，所以模型计算的范围是：以新建站台横断面宽度方向为x轴，取值160m；同样的，以战线的方向为模型的y轴，以数值方向为模型的z轴。

3.2 数值模型的结果分析

根据下穿越已有结构仰拱纵向位移监测数值与计算处理后得出的拟合曲线，可知：

（1）场地监测与数据计算的结果大致符合，地表沉降的极值区域处于中部岩柱轴线的上面。

（2）下穿现有结构仰拱纵向位移造成的沉降规律与Peck曲线的特性相符合，监测数值的纵向位移的极值为8.42mm，符合隧道体系纵向位移≤10mm的标准。

4 结论

根据上文分析，关于深埋软岩小净距隧道近接既有车站的位移响应，可得出以下结论。

（1）下穿区间范围小净距地铁挖掘造成的上层现有建筑纵向位移有着较为显著的阶段特征，挖掘上阶梯与拆除临时支护所造成的位移站到了总位移的将近60%。

（2）在小净距隧道建设环节中，左、右隧道的纵向位移拟合曲线和双Peck曲线的规律特征一致。

（3）就天然泥岩环境而言，下穿越现有建筑计算得到的沉降槽宽度参数K值较小，这是因为小净距隧道施工引起的能量释放会被已有的建筑体系扰动。

（4）场地所检测得到的数值经过计算处理之后基本相吻合，符合隧道体系纵向位移≤10mm的标准。

5 结语

综上所述，文章对既有车站的位移響应进行分析，可知：下穿已有架构所得沉降槽宽度数据是自然土层前提下的0.924倍；深埋软岩小净距下穿已有建筑体系的隧道土层损失率的数值区间是0.108%～0.16%；上台阶开挖掘是注重控制拱区域中空注浆锚杆的超前加固工作，构成一定区间的承载拱。