中铁第六勘察设计院集团有限公司 天津 300133
摘要：随着城市轨道交通的发展，线网越来越完善。市政管线工程时常需要上跨或者下穿既有地铁车站、区间。其中一些深大管线施工对周边地层影响较大，需考虑特殊措施进行处理满足地铁结构的保护要求。本文以截污干管上跨盾构区间为依托阐述了从设计方案到地保措施的相关内容，对于类似工程有很好的借鉴意义。
关键词：截污干管 顶管施工 有限元分析 盾构区间保护 自动化监测
一、截污干管工程概况
金融城片区截污干管工程位于锦江东岸绿带内，设计起点为锦江大道南侧，设计终点为锦悦东路南侧，本次设计污水干管管径为d2600，设计流量8205L/s，总长度约1.9km（里程0+00～18+69）。本工程主要作用为：缓解中心城区科华南路等主干管带压情况，为一环路污水扩容改造提供出路，最终在新生污水厂泵站处汇入中和污水厂调水干管。
截污干管在W-17～W-18范围上跨既有轨道交通9号线三色路站～心岛站盾构区间，该段范围污水管采用顶管施工，根据地勘资料显示，污水管全部处于中密卵石土层。污水管在W-17～W-18上跨既有区间，顶管总长54.83m，坡度为1‰，顶管两侧污水管采用桩撑支护的明挖法施工，冠梁顶部采用放坡开挖（1：2放坡），两侧放坡边线距离既有区间距离分别为7.4m、6.7m，顶管在既有区间隧道在隧道里程ZDK37+854.801，YDK37+851.173处与区间隧道左右线相交。相交处隧道结构左右线顶标高分别为：473.535m、473.593m，污水管在交点处二者平面位置关系及断面位置关系如图1所示。
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图1 截污干管工程项目与既有区间平面关系
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图2 截污干管工程项目与既有区间剖面关系
二、设计方案
本工程W17～W18与地铁9号线盾构区间隧道平面交叉，交叉处隧道顶标高约473.37m，污水干管钢套管管外底约475.9m，净距约2.5m。穿越地铁9号线范围采用顶管施工，顶管里程10+24--10+79，顶管长度54.83m，管道底深度10.13m--10.32m，顶进方向W-17#井→W-18#井，施工方法如下：
施工准备（探管及线路周边复核）→测量定位→施工降水→工作井施工→后背墙设置→导轨安装→设备安装→破除洞口→管前土方开挖→下管→D3200钢管顶进→D2600钢筋混凝土管顶进→出洞→管道接口处理。
本工程的工作井为圆形混凝土构筑物，混凝土强度为C30，始发工作井井壁厚0.4m（Φ7500工作井）、接收工作井井壁厚0.4m（Φ7500工作井）。井壁采用逆作法，每1.0m一模。本次顶管所用管材为DN3200钢管及钢筋混凝土顶管专用管，混凝土强度等级为C50，抗渗等级P8。管道内径2600mm，管道插口外径3070mm，壁厚235mm。
W17～ W18从现状9号线盾构区间隧道上方通过，为保证污水管严密性采用D3200钢管内套d2600钢筋混凝土管，钢套管与钢筋混泥土管间空隙采用低标号水泥浆填实（如图3所示）。W17～ W18钢管管径D3200，壁厚18mm。钢管需做内外防腐层以及阴极保护。按照《给水排水管道施工及验收规范》（GB50268-2008）5.4.4中规定，钢管内外防腐层采用环氧沥青涂料（特加强级），总干膜厚度大于等于0.6mm。
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图3 钢套管与混凝土管结构大样
在穿越盾构区间段，施工过程中发现顶管穿越杂填土及其他不良地层时，应在地面实施地层加固。加固范围为工作坑至接收坑之间，注浆管需预钻孔后插管。钻孔直径不宜大于100mm。地面注浆采用袖阀管注浆工艺。采用成品 50型 PVC袖阀管。
三、有限元模拟计算
截污干管工程项目施工对既有地铁区间结构会造成一定影响，由于二者空间位置关系为污水管上跨地铁区间。那么本工程顶管施工对既有区间来说将是一个卸载过程，卸载后地铁区间结构是否会隆起，隆起变形是否在规范规定的范围内，在隆起后现有配筋是否满足区间结构内力变化要求等将是本工程控制的重点。同时还需考虑施工过程中降水及顶管施工的顶推力对隧道结构的影响分析。
为验证上一节设计方案的可行性，采用Midas GTS-NX有限元分析软件对施工工况进行模拟分析。根据截污干管与运营隧道的位置关系，选取三维地层-结构模型，分工况计算截污干管顶管施工过程对既有区间结构的影响。有限元模型及计算结果如下所示：
1、有限元计算模型
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图10 模型（一）
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图10 模型（二）
2、控制工况下既有车站竖向位移变化情况：
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图12 竖向位移最大工况
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图14 竖向位移最大工况
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图16 弯矩最大工况
区间结构最大水平位移0.266mm，最大竖向位移0.559mm。由于现阶段区间隧道已完成铺轨，结构变形控制值按照规范要求是不大于4mm，目前计算所得变形值均未超过控制值，可认为在目前边界条件下区间结构变形满足要求。既有区间结构内力变化在降水及顶进过程中变化幅度均很小，目前区间配筋均能满足要求。
四、结论与建议
目前本截污干管已顺利贯通，过程中9号线盾构区间运行正常，根据监测情况认为本工程实施方案基本可行，在各项指标控制良好的情况下，对既有盾构区间影响较小，可满足轨道交通结构控制要求。设计思路及保护措施为后续类似站点的设计提供参考借鉴经验。结合工程具体的情况，笔者提出以下建议，供大家探讨：
（1）临近轨道交通带腐蚀性的市政管线实施应加强管线防腐处理。
（2）若采用顶管法施工的大型市政管线应注意验算管线材质是否是否满足克服地层阻力所需的顶推力。
（3）市政管线的顶管井一般采用明挖法施工，建议尽量远离既有轨道交通工程，减少对既有线路的影响。
（4）对于邻近既有线施工的工程，在设计及施工中事先应充分征求地铁运营部门的意见，优化方案，确保方案的可实施性。
参考文献：
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[4]张辰，王秀朵，朱广汉等《室外排水设计规范》（GB50014-2006）[2016年版] [S].北京：中国计划出版社，2016.
作者简介：向茂源（1989年1月—），男，四川省成都市人，2011年毕业于西南交通大学，土木工程专业，本科，工程师，现在从事隧道及地下工程设计。