马儒良
北京磐石建设监理有限责任公司 100037
摘要：
轨道交通在促进城市区域发展和缓解交通压力方面的贡献越来越显著,暗挖隧道施工不可避免对周边管线产生扰动。选取黄土地层地铁区间近距离下穿某电力隧道为工程背景,采用过有限元差分程序FLAC3D建立三维数值模型,对地铁区间隧道下穿既有管线位移响应进行研究,并与现场实测位移数据进行对比。数值计算与现场实测的地表沉降曲线基本一致。区间隧道开挖引发的地表沉降曲线仍符合Peck曲线分布,地表沉降位移最大值约为26.1mm。地表沉降曲线为左、右线隧道施工扰动的叠加,电力隧道竖向位移最大值为12.6mm,满足产权单位提出的20mm的位移控制标准。区间隧道施工应确保隧道施工安全和电力隧道正常使用。
关键词：黄土;暗挖隧道;下穿;既有电力隧道;三维数值分析;现场实测;位移响应;
引言：
在有地铁铁路进行暗挖区间的建设需要对设备进行合理选择，并通过其工程特点来进行分析，结合工程实际现状以及设计方面的相关知识来对整个工程进行合理规划，使工程的施工方案、施工步骤以及施工方面的数据监测工作能够顺利进行，这样才能够保证施工的顺利进行，并减少其中的安全问题。同时要对工程中的难点问题分析提出相关措施来进行解决，才可以达到合理的质量控制效果。
1.概述
轨道交通在促进城市区域发展和缓解交通压力方面的贡献越来越显著。地铁暗挖隧道周边建筑物、城市道路和地下管线密集分布。暗挖隧道施工不可避免对周边环境产生扰动,故分析地铁隧道施工对周边管线的扰动效应,特别是确定隧道施工方法、支护参数、既有管线正常运营具有重要意义。
目前多对学者对地铁暗挖车站和区间隧道下穿既有结构进行了研究,得到了一些有益结论。以铸铁上水管(DN300)为例,地层位移引发的管线接头变形可分为初始变化→快速增长→基本稳定等3个阶段。既有结构的变形符合Peck经验公式预测值,同时针对具体地层参数推出了相应的地层损失率、沉降槽宽度系数的解析公式。
目前针对黄土地层中地铁区间隧道下穿既有建筑物的研究相对较少。黄土广泛分布于我国西北地区,因此针对黄土地层展开相关研究尤为重要。
采用三维数值分析和现场实测等技术手段,对地铁区间隧道施工过程中,近距离下穿既有电力隧道位移响应进行分析,在地铁区间隧道安全施工的基础上,确保既有电力隧道正常使用,为类似工程提供借鉴和参考。
2.难点分析
对工程进行分析，可以发现某工程车站是利用明挖法进行施工，而区间方面则利用盾构法进行施工。在其具体施工过程中对其难点进行分析，可以发现是管线较多而造成的问题，因为在某地铁的建设过程中，需要对其地铁建设管线以及相关运营线路进行规划，在设计过程中要避开这些线路进行选择，但是存在某些线路是无法进行规避的，则需要进行管线的保护。但是其线路较多，因此管线保护工作进行较难，需要对该方面进行细致分析才能够提供合理的保护，具有保护计划防止对地铁运行造成大量的影响，尤其是在车站进行建设过程中，需要对其地下层区域进行暗挖区间建设，在该方面也存在着较多的线路建设，因此在开发过程中需要对这些管线进行躲避，防止造成原有管线的破坏，而对已经运营的地铁造成影响，使其操作系统出现问题。
要对其问题进行合理解决，首先是要从形变量方面进行控制，如果存在大量的沉降现象，则可能会对管线造成很大的影响，因此要在沉降方面进行实时监控，一旦沉降数值过大，要及时地进行解决，防止沉降数量过大而对管线造成破坏，使其运行受到影响。同时要对关心的数目数据进行合理的规划与收集，并在数据库中进行分析，根据及图纸进行模拟，以准确的获得管线位置，在建设过程中也要有意识规避这些位置进行建设，以保证管线的安全性和稳定性，并防止对原有工程造成影响。
具体施工过程中还需要对安全问题进行防护，可以建立相关安全措施，对施工人员进行安全培训，要进行有意识的安全防护，才能够提高整个施工现场的安全性。并且在具体使用过程中需要对左隧道壁进行加固处理，可以利用灌浆操作使其更加稳定化，这样才能够保证施工时就有着足够的承载力，防止出现坍塌现象。同时利用加固处理方式也可以减少沉降量的产生，进而对施工质量有着一定的保障效果。
3.数值计算结果分析
根据《北京市轨道交通工程风险工程分级与设计指南》(BJMTR/RM-CF-03)相关规定,区间下穿电力隧道属于Ⅱ级风险源。为了保证区间结构下穿管线的安全,施工前应对临近建(构)筑物和管线的现状进行周密的调查,施工中加强观测和检查,动态指导现场施工。
3.1左线隧道开挖位移响应
图1为左线隧道开挖引发的地表沉降,计算结果表明:隧道开挖引发的地表沉降曲线仍符合Peck曲线分布,地表最大沉降集中在左线隧道正上方,位移最大值约为9.2mm,如图中蓝色区域,电力隧道所处的中部,其上方地表沉降约为7mm。
图2、图3为区间左线隧道开挖与支护过程中引发电力隧道竖向位移,可得以下结论:
(1)左线隧道开挖与支护引发电力隧道竖向位移最大值为6.22mm,满足产权单位提出的20mm的位移控制标准;
(2)电力隧道竖向位移最大值位于计算模型z=15m处,即下穿段正上方,位移值沿电力隧道轴向方向对称衰减;
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(3)施工过程中加强监控量测,制定相应紧急预案。
3.2右线隧道开挖位移响应(见图4~图6)
图5为双线隧道开挖引发的地表沉降,计算结果表明:
(1)区间隧道右线开挖后,地表沉降与左线产生位移叠加效应,特别是在掌子面附近尤为明显;
(2)隧道开挖引发的地表沉降曲线仍符合Peck曲线分布,地表沉降位移最大值约为26.1mm,如图中蓝色区域,电力隧道所处的中部,其上方地表沉降约为12.6mm。
(3)建议下穿段区间左、右线隧道开挖时错开的距离为30m,待左线隧道初支及二衬施作完成后再开挖右线隧道。因此计算模型根据现场工程实际进行分析。
图6为区间右线隧道开挖与支护过程中引发电力隧道竖向位移,可得以下结论:
(1)右线隧道开挖与支护引发电力隧道竖向位移最大值为12.6mm,满足产权单位提出的20mm的位移控制标准;
(2)电力隧道竖向位移变形规律与左线开挖时基本一致。
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4.现场实测与应急预案
图7为区间下穿段测点布设,图8数值计算拟合曲线与现场实测对比,通过对典型隧道断面地表沉降数据分析,并与实测数据进行对比,可得以下结论:
(1)数值计算拟合曲线与现场实测的地表沉降曲线位移规律基本一致;
(2)现场实测地表沉降最大值为27.2mm,满足《城市轨道交通工程监测技术规范》的相关要求;
(3)区间隧道施工过程中应保证区间隧道施工安全和电力管线正常使用。
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根据下穿段计算模型的位移预测结果,采取相应措施保证电力管线正常使用。
(1)加强下穿段超前支护,设置双排φ42注浆小导管,L=3.5m,环向间距0.4m,纵向间距0.5m;
(2)下穿段隧道开挖进尺减小为0.5m,坚持“短进尺、强支护、勤量测、紧封闭”;
(3)对管线周边进行注浆或在暗挖隧道内进行二次注浆加固,适当加大注浆压力和注浆量以主动控制其沉降;注浆压力根据地层适当调整,一般控制在0.5~1.0MPa;
(4)加强下穿段的位移监测频率,当掌子面距监测断面≤2B时,位移监测频率为2次/d;当掌子面距监测断面≤5B时,位移监测频率为1次/2d;当掌子面距监测断面>5B时,位移监测频率为1次/1周,其中B为区间隧道开挖跨度。
结语：
通过数值分析对地铁区间隧道下穿既有管线位移响应与控制进行研究,与现场实测数据进行对比,为类似工程提供借鉴和参考。
(1)数值计算拟合曲线与现场实测的地表沉降曲线位移规律基本一致;
(2)隧道开挖引发的地表沉降曲线仍符合Peck曲线分布,地表沉降位移最大值约为26.1mm;
(3)区间隧道右线开挖后,地表沉降与左线产生位移叠加效应,特别是在掌子面附近尤为明显;
(4)右线隧道开挖与支护引发电力隧道竖向位移最大值为12.6mm,满足产权单位提出的20mm的位移控制标准;
(5)区间隧道施工过程中应保证区间隧道施工安全和电力管线正常使用。
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