新建车站出入口上穿既有地铁6号线变形分析与控制技术.pdf

·隧道／地下工程·收稿日期：２０１６０３２０新建车站出入口上穿既有地铁６号线变形分析与控制技术王凯（中国土木工程集团有限公司北京１０００３８）摘要以新建车站出入口上穿既有地铁盾构区间为实例，分析了新建工程对既有地铁区间的变形影响。施工中采用深孔注浆加固措施，并采用自动化实时监测技术对既有区间进行监测，使地铁６号线区间结构变形控制在设计要求的范围内，能够确保既有地铁区间隧道结构和轨道的稳定和列车运行的安全。关键词新建车站上穿既有地铁变形分析深孔注浆中图分类号Ｕ２３１＋３文献标识码Ａ文章编号１００９４５３９（２０１６）增１０２６３０３ＤｅｆｏｒｍａｔｉｏｎＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＣｏｎｔｒｏｌｏｆＭｅｔｒｏＬｉｎｅ６ＷｈｉｌｅＮｅｗＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅＥｎｔｒａｎｃｅｏｆａＭｅｔｒｏＳｔａｔｉｏｎｏｎＴｈｅＴｏｐｏｆｔｈｅＥｘｉｓｔｉｎｇＭｅｔｒｏＴｕｎｎｅｌＳｅｃｔｉｏｎＷａｎｇＫａｉ（ＣｈｉｎａＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００３８，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｉｓｐａｐｅｒａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｍｅｔｒｏｔｕｎｎｅｌｓｅｃｔｉｏｎｉｍｐａｃｔｅｄｂｙｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｅｎ隧ｔｒａｎｃｅｏｆａｎｅｗｍｅｔｒｏｓｔａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｔｏｐｏｆｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｍｅｔｒｏｔｕｎｎｅｌｓｅｃｔｉｏｎ．Ｗｉｔｈｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｄｅｅｐｈｏｌｅｇｒｏｕｔｉｎｇｔｏｔｈｅｓｏｉｌａｎｄａｕｔｏｍａｔｉｃｒｅａｌｔｉｍｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｏｆｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｔｕｎｎｅｌｓｅｃｔｉｏｎ隧，ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｎｇＭｅｔｒｏＬｉｎｅ６ｔｕｎｎｅｌｓｅｃｔｉｏｎｉｓｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｔｏｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｄｅｓｉｇｎ，ｗｈｉｃｈｓｅｃｕｒｅｓｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｓｕｂｗａｙｔｕｎｎｅｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｒａｉｌｔｒａｃｋ，ａｎｄｔｈｅｓａｆｅｔｙｏｆｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｎｅｗｌｙｂｕｉｌｔｍｅｔｒｏｓｔａｔｉｏｎ隧；ｏｖｅｒｃｒｏｓｓｉｎｇｅｘｉｓｔｉｎｇｍｅｔｒｏ；ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ；ｄｅｅｐｈｏｌｅｇｒｏｕｔｉｎｇ１概述１．１工程概况北京地铁某新建车站Ｄ出入口暗挖段长度２３．００ｍ，采用ＣＲＤ法施工，明挖段长度３３．１５ｍ，采用格栅倒挂施工。Ｄ“出入口呈Ｌ”“型通道，Ｌ”型通道部分上穿和邻近既有地铁６号线区间，在上穿既有地铁６号线区间部分，二者之间最小竖向净距约为６．０８ｍ；邻近部分结构，距离６号线区间最小水平净距约为２．１３ｍ［１］。新建车站出入口上跨既有地铁区间的平面图见图１。１．２风险工程（１）Ｄ出入口结构暗挖段垂直上穿既有地铁６图１新建车站出入口上跨既有地铁区间平面图号线南锣鼓巷站－东四站盾构区间，既有盾构区间拱顶埋深约为２５．２ｍ，出入口暗挖段与既有盾构区间最小竖向距离约为７．４ｍ；无障碍电梯井垂直上穿既有地铁盾构区间，无障碍电梯井与既有盾构区间最小竖向距离约为６．３３ｍ；出入口东西向明挖段及暗挖段邻近既有地铁盾构区间，最小水平距离２１４ｍ道，最小竖向距离６．０８ｍ；属一级风险工程［２］。３６２铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１６（增１）·隧道／地下工程·（２）Ｄ出入口结构下穿多条市政管线。出入口暗挖段下穿３６００×２５００热力方管，出入口结构与热力方沟竖向距离约为０．４３ｍ；出入口东西向明挖段及暗挖段邻近、旁穿３６００×２５００热力方管，出入口结构与热力方沟最小水平距离约为２．４９ｍ；属一级风险工程。新建工程Ｄ出入口与既有地铁６号线位置关系见图２。图２新建工程与既有地铁断面位置关系（单位：ｍｍ）（３）控制指标：根据既有线变形控制要求，结合现场工程实际特点，同时依据监测精度，确定区间隧道结构最大变形控制值为２．０ｍｍ。２风险工程变形预测２．１计算模型考虑到施工过程中的空间效应，建立三维地层－结构模型进变形分析［３］。模型根据新建出入口的施工确定既有地铁６号线区间隧道结构的有效影响范围，本变形分析中取南北７２ｍ、东西１１０ｍ，自地表４３ｍ厚的土体作为考察范围。重点考察既有地铁６号线区间隧道结构和轨道由于施工产生的变形情况，分析其差异性变形［４］。计算模型见图３［５］，新建出入口与６号线位置关系见图４。图３计算模型图图４位置关系图２．２计算结果及分析根据新建Ｄ出入口的施工过程，按最不利条件进行模拟。施工会对既有地铁６号线区间隧道结构和轨道及地表产生一定程度的附加变形，通过数值模拟分析了解这种附加变形，分析各工序下既有结构的变形情况及规律，并提供既有结构的变形最大值。下面将分析施工对既有地铁６号线区间的变形影响。用区间隧道结构变形云图表示，竖向变形模拟图见图５，横向变形模拟图见图６。图５竖向变形模拟图图６横向变形模拟图２．３分析结论通过分析预测，既有地铁区间结构变形预测结果见表１。表１变形预测结果位置变形种类挖土卸载过程／ｍｍ区间隧道结构竖向最大变形（上浮）１．７８８横向最大变形１．２４８由表１可知，在按正常施工步序下，并采取以下加固措施［６］，开挖过程中结构的最大变形能够满足安全运营的要求。３出入口上穿既有区间保护措施３．１明挖段旁穿既有区间保护措施新建工程与既有盾构区间二者水平距离约２６９ｍ道，竖向距离约为６．１８４ｍ。出入口明挖段施工时采取以下保护措施保证既有６号线盾构区间安全。明挖段旁穿既有区间保护措施：（１）新建工程出入口明挖段施工时，应快速封闭，保证区间安全［７］；（２）新建工程出入口明挖段开挖至基坑底以上５ｍ时，临时封底并及时向下垂直布设注浆小导管，加固竖井底以下３．５ｍ范围内地层；（３）加强监控量测，做好土体开挖卸载后既有地跌区间上浮的应急准备，必要时应及时封堵基坑底，确保既有盾构区间安全。３．２新建地铁上穿既有区间保护措施新建出入口南北向暗挖通道垂直上穿既有地铁盾构区间。Ｄ出入口东西向暗挖通道旁穿既有地铁盾构区间，二者最小水平净距约为２．１６ｍ。上穿既有地铁区间的保护措施如下：４６２铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１６（增１）·隧道／地下工程·（１）出入口暗挖通道施工前，须在１、３号导洞内垂直向下布设／３２（ｔ＝３．２５ｍｍ）注浆管，加固出入口拱底开挖轮廓线外２ｍ范围内土体，加固范围为Ｄ出入口南北向通道范围内；（２）拱顶采用深孔注浆加固，加固土体厚度２ｍ。注浆孔环向间距０．６ｍ，注浆初压为０．３～０．７５ＭＰａ，终压１～２ＭＰａ，浆液采用改性水玻璃；（３）加强监控量测，做好土体卸载后区间上浮的应急准备，必要时应及时封堵基坑底，确保既有地铁区间安全。新建工程上穿既有盾构区间结构保护措施见图７。图７新建工程上穿既有地铁深孔注浆断面图（单位：ｍｍ）３．３深孔注浆工艺新建工程上穿既有盾构区间，开挖支护采取深孔注浆加固措施［８］。深孔注浆采用双重管后退式分段注浆工艺。注浆参数选择如下。注浆参数：（１）注浆孔间距０．９ｍ，排距０．６ｍ。（２）注浆孔扩散半径０．５～０．７５ｍ。（３）注浆终压０．５～２．０ＭＰａ，注浆速度２０Ｌ／ｍｉｎ。（４）注浆材料：水玻璃模数２．６～３．０，水玻璃浓度′３５～４０Ｂｅ，普通４２．５硅酸盐水泥。（５）浆液配比：普通水泥单液浆水灰比∶０．８１。水泥浆－水玻璃浆∶＝１１。酸改性水玻璃（水∶水玻璃∶添加剂）∶∶＝２１０．１［９］。３．４应急措施（１）施工前必须制定切实可行的应急预案，一旦发生特殊情况，能够有具体的应对措施［１０］；此外，施工过程中应结合本工程特点、地质条件、环境情况及工期要求，在确保安全的前提下，编制科学、合理的施工组织设计。（２）施工之前需要加强与地铁运营公司相关部门联系，施工过程中地铁施工单位相关部门需要对可能受影响的地铁结构加强巡视、检查。（３）施工过程中应严格控制开挖进度，在地铁受影响范围内，应控制施工速度，尽可能减少施工对地铁结构影响。４监控量测４．１监控量测目的在新建出入口的施工期间，通过对施工影响范围内的既有地铁进行自动化实时监测［１１］，使有关各方面有时间对紧急情况做出反应，最大限度地规避风险。可以根据监测的实时变形数据，分析判断预测新建出入口的施工过程中既有地铁的变形情况，及时有效指导动态设计和信息化施工，以便采取有效措施，达到控制既有地铁变形的目的，从而实现信息化施工管理。４．２监控量测项目本工程监测项目包括［１２］：既有地铁盾构区间隧道结构及道床结构人工沉降监测；盾构隧道收敛监测；盾构隧道水平位移监测。４．３监控量测点布设（１）隧道结构人工沉降监测：既有区间隧道左右线每１５～２０ｍ布设一个监测断面，每断面设置２个测点，共３２个测点；（２）新建工程通道上穿既有盾构区间左右线每７．５ｍ各布设一个道床结构沉降监测断面，每个断面包含１个测点，共２０个测点；（３）既有盾构区间收敛监测：左右线各布设３个测点，共６个测点；（４）新建工程上穿既有盾构区间监测点布设见图８。图８监测点布设（下转第２７３页）５６２铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１６（增１）·线路／路基·分、过江通道建设时机、既有设备利用率及施工难易程度、过江桥运营安全风险、相关单位支持力度、符合地方规划及工程投资等方面优势明显［９］１００－１０４。虽然沿江客流的输送能力在九江～孔垄段受到既有京九线的能力制约、存在动车与机车牵引的列车混跑的情况、客流吸引能力也略弱。但是根据目前预测的运量水平检算，既有京九线孔垄～九江段能力可以满足运输需求；随着九江市进一步向西发展，庐山站周边城市配套设施也将日益完善，庐山站吸引客流的能力将大大得到加强。综合以上分析，安九铁路引入九江枢纽建议采用方案Ⅰ：引入庐山站方案。参考文献［１］杨华．九江铁路枢纽总图规划研究［Ｊ］．中国铁路，２０１１（１２）：１０－１３．［２］杜绍军．京福客运专线、商阜杭铁路引入合肥枢纽方案研究［Ｊ］．铁道标准设计，２０１１（３）：１４－１７．［３］李军营．福厦客运专线引入福州铁路枢纽总图方案研究［Ｊ］．铁道运输与经济，２０１５，３７（９）．［４］黄群．连盐铁路连云港地区线路引入方案研究［Ｊ］．铁道建筑技术，２００９（６）：８７－８８．［５］梁景芳．合肥至安庆城际铁路引入合肥枢纽方案研究［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１４（４）：８３－８６．［６］李婧．银西线引入西安铁路枢纽方案研究．铁道标准设计，２０１４（２）：４０－４１．［７］潘国强．铁路选线的制约因素和对策研究［Ｊ］．中国铁路，２０１５（３）：３６．［８］崔华伟．津保铁路引入保定地区方案探讨［Ｊ］．铁道运输与经济，２０１４，３６（２）：２０－２４，６６．［９］中铁第五勘察设计院集团有限公司．新建安庆至九江铁路可行性研究［Ｒ］．北京：中铁第五勘察设计院集团有限公司，檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪２０１５．（上接第２６５页）４．４变形控制指标既有盾构区间结构监测变形控制值见表２。表２既有盾构区间结构变形控制值ｍｍ监测项目预警值报警值控制值区间结构及轨道竖向最大变形１．４１．６２．０横向最大变形１．４１．６２．０４．５监测数据分析变形曲线施工过程中既有盾构区间轨道处最大监测变形值为１．６０２ｍｍ（上浮），能够满足变形控制值要求的轨道几何尺寸容许偏差值。既有盾构区间轨道结构变形曲线见图９。图９既有盾构区间轨道结构变形曲线（单位：ｍｍ）５结束语新建车站出入口穿既有地铁６号线南锣鼓巷站－东四站盾构区间，会对既有地铁区间隧道产生一定的影响，施工过程在采用监测及加固保护措施后，施工引起的地铁结构左线上浮变形最大１．７７ｍｍ，主要原因为爬坡段竖井开挖与上穿叠加影响所致；右线最大上浮１．５４ｍｍ，主要由于正上方无障碍电梯开挖与上穿叠加所致。新建工程通过采取加固措施能够保证既有地铁盾构区间结构及轨道的稳定及行车安全。本工程的成功实施，可为今后的类似工程提供参考。参考文献［１］李立．中国美术馆站Ｄ出入口及２号无障碍电梯结构上穿既有地铁６号线区间工程专项设计［Ｒ］．２０１５．［２］朱胜利，王文斌，刘维宁，等．地铁工程施工的风险管理［Ｊ］．都市快轨交通，２００８（１）：５６－６０．［３］曹德更．地铁车站旁穿建筑物变形及振动影响分析［Ｊ］．四川建材，２０１４（２）：１６２－１６４．［４］袁明波．上新街车站明挖深基坑施工力学效应分析［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１４（Ｓ１）：３５９－３６２．［５］刘方雄．兴业路地铁车站开挖支护技术研究［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１４（Ｓ１）：１５２－１５４．［６］花向红，向东，于中伟，等．城市隧道施工第三方监测方案的实施与效果分析［Ｊ］．测绘工程，２００９（１）：６０－６４．［７］ＪＧＪ１２０－９９建筑基坑支护技术规程［Ｓ］．［８］李中华．浅埋暗挖区间侧穿古建筑风险控制技术［Ｊ］．工程建设与设计，２０１６（３）：１３４－１３６．［９］中国岩石力学与工程学会岩石锚固与注浆技术专业委员会．锚固与注浆技术手册［Ｍ］．北京：中国电力出版社，２００９：３５１－３６４．［１０］陈克明．深基坑支护结构位移险情处理［Ｊ］．现代隧道技术，２００４（Ｓ）：６７２－６７５．［１１］魏龙刚．盾构下穿大量老龄浅基础民居沉降控制技术［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１４（Ｓ１）：１９７－２００．［１２］ＱＧＤ－００６－２００５轨道交通车站工程施工质量验收标准［Ｓ］．３７２铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１６（增１）