影响地铁隧道净空余量的主要因素分析

杨再道，孙 宁

(中国铁道科学研究院，北京 100081)

地铁土建工程投资巨大，合理确定地铁隧道开挖断面尺寸，对地铁工程投资有着十分重要的作用。在总结了北京、上海、广州、南京等地铁隧道建设的基础上，《地铁设计规范》对不同城市应采用的地铁隧道净空余量做了规定，但是未对影响地铁净空余量的施工方法、施工质量、工程地质等因素进行分项规定［1］。在实际施工过程中，由于净空余量预留过大，造成混凝土工程量增加或拱墙背后注浆、回填不密实的现象经常发生。因此合理确定隧道开挖断面，不仅可以起到节约地铁工程投资的作用，而且有助于提高工程实体质量。本文结合沈阳地铁工程实例，就影响隧道净空余量的主要因素进行探讨。

1 沈阳地铁滂黎明挖区间隧道净空余量影响因素分析

1.1 工程概况

沈阳地铁一号线滂黎区间左线 DK21+485—DK21+710.63区段为明挖结构，隧道断面为矩形。底板厚600～1 100 mm，顶板厚600～1 000 mm，结构高度6 400～7 300 mm。明挖区间线路由两个矩形结构渐变为一个矩形结构，结构为C30防水混凝土。明挖隧道采用φ800@1 200钻孔灌注桩作为围护结构，混凝土等级为C30，桩间挂网喷射混凝土。基坑支撑系统横撑采用φ600、t=14 mm钢管。

滂黎明挖区间勘察深度范围内的地层结构由第四系全新统人工填筑层，第四系全新统浑河高漫滩及古河道冲积层，第四系全新统浑河新扇冲积层，第四系上更新统浑河老扇冲积层，第四系下更新统冰水沉积相地层组成。

1.2 净空余量影响因素分析

1)滂黎明挖隧道结构变形及位移(表1)

表1 滂黎明挖隧道结构位移及变形一览

2)测量误差

《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》12.4.3规定，明挖隧道结构边、中墙模板支立前，应按设计要求，依据线路中线放样边墙内侧和中墙中线位置，放样允许偏差为±10 mm［2］。从现场施工测量复核的情况来看，施工单位的测量误差能控制在规范要求的范围内。

3)立模、模板变形误差

在明挖区间隧道结构施工完成后，施工单位、监测单位对隧道断面误差状况进行了复核。为了便于对立模及模板变形误差进行分析，结合施工现场的实际情况(图1)，本文在对断面误差复核结果进行分析时做了以下几点假设:

①由施工测量引起的误差为±10 mm;

②同一断面各测点误差的最小值是由于立模误差引起的;

③同一断面最大误差与最小误差的差值是由于模板变形引起的。

经过分析，得出的立模及模板变形误差结果汇总如表2。

图1 滂黎明挖区间模板支架

表2 滂黎明挖区间断面立模及模板变形结果汇总 mm

2 影响地铁隧道净空余量的主要因素

2.1 地质条件

隧道横向位移、竖向位移与地质条件关系密切。上海、南京地区地质条件差，在施工及运营过程中地铁隧道均会产生较大收敛。黄小平［3］通过研究表明，上海轨道交通2号线人民广场站—南京东路站上行区间隧道，2006年水平径向收敛变形平均值为44 mm。北方大多数地区地质条件较好，各类隧道收敛值较小。徐建国［4］通过对分水岭隧道施工监测数据的分析得出，隧道横向最终收敛值在10 mm以内。沈阳地铁滂黎明挖区间隧道收敛值为6 mm左右;小滂盾构区间隧道收敛值在10～20 mm之间;滂黎矿山法隧道的初支收敛值在10～20 mm之间。

2.2 施工测量

王毅［5］通过理论分析，得出城市轨道交通工程隧道贯通中误差分配值如表3所示。

表3 城市轨道交通工程隧道贯通中误差分配值 mm

在明挖隧道设计、施工过程中，需要考虑到地面控制测量、联系测量以及施工测量误差对隧道净空的影响。在盾构法、矿山法隧道设计与施工过程中，需要考虑地面控制测量、联系测量、地下控制测量以及施工测量误差，其中地下控制测量误差与隧道贯通长度有密切关系(基本成正比关系)，隧道贯通长度越长该误差值越大。沈阳地铁滂黎暗挖段(矿山法施工)隧道贯通长度约400 m，隧道横向贯通误差为10 mm;小滂盾构区间长度为1 500 m，隧道横向贯通误差为35 mm。

2.3 施工质量

《地下铁道工程施工及验收规范》(GB50299—1999)对各种工法施工的混凝土结构的允许偏差做了明确规定(表4)。从我们国家各个城市地铁工程施工情况来看，大多数施工单位的灌注桩垂直度、模板安装、管片拼装质量距离国家规范的要求还存在一定的差距(图2)。

表4 混凝土结构允许偏差一览

图2 某地铁工程混凝土灌注桩垂直度偏差情况

2.4 其它因素

温度应变大小与环境温度差异(施工环境温度与将来地铁的运营环境温度的差异)有关，温度差异越大，温度应变也就越大，因此在施工中应尽量避免在极端环境温度下施工。

3 结束语

地铁隧道工程净空余量，与工程地质条件、施工质量、施工方法等密切相关。在实际工作中，设计单位可以根据工程地质情况、施工工法、隧道长度等因素合理确定隧道净空余量。对于沈阳、哈尔滨等地质条件好的地区，可以适当减少隧道收敛预留量;对于隧道贯通长度短的盾构及矿山法隧道，可以减小地下控制测量误差的预留量。施工单位应根据自身实力，合理选择隧道开挖断面，对于明挖区间隧道，在立模质量好的情况下，可以合理减少施工立模误差预留量;对于盾构区间隧道，在管片拼装错台小、盾构机姿态控制能力强等情况下，可以合理减少盾构机开挖断面;对于矿山法施工的隧道，可以根据地下控制测量误差的不同，设计不同的初期支护开挖断面。

合理确定隧道净空余量的大小，需要设计、施工单位将信息化工作切实落实到位。将施工中收集的隧道收敛、测量贯通误差、模板变形等信息通过分析整理，反过来用于指导设计和施工。只有这样才能将国家提出的“地铁工程建设应做到安全、可靠、适用经济和技术先进”的要求落到实处。

［1］中华人民共和国建设部.GB50157—2003 地铁设计规范［S］.北京:中国计划出版社，2003.

［2］中华人民共和国建设部.GB50308—1999 地下铁道、轻轨交通工程测量规范［S］.北京:中国计划出版社，2000.

［3］黄小平.地铁运营隧道收敛变形分析［J］.城市轨道交通研究，2009(3):55-58.

［4］徐建国，王复明.隧道收敛变形监测及围岩特性参数反演［J］.中国公路学报，2008(5):81-85.

［5］王毅.城市轨道交通工程隧道施工贯通误差测量精度设计与探讨［J］.北京测绘，2009(3):3-5.