新建工程上穿既有地铁线监测设计探析

赵云非

(中铁隧道集团有限公司技术中心，河南洛阳 471009)

0 引言

随着经济的高速发展和城市化进程的加快，城市轨道交通基础设施建设迎来了新一轮高峰，伴随而来也出现了一系列问题，其中新建工程施工对既有建筑的影响就是其中重要的问题之一。针对这一问题国内外相关学者和工程技术人员进行了一系列研究。文献［1］主要从监测反馈的信息对不同工法的暗挖车站对既有线及周边环境的影响进行了探讨，文献［2］主要总结出一套单拱暗挖车站上穿既有线的施工技术，文献［3］主要是针对盾构施工过程中参数的调整来减小对既有线的影响，通过对监测设计中存在的一些问题进行探讨。

1 工程概况

新建下沉段工程，与既有正在运营的地铁1号线既有箱体(南北向)，平面位置交叉，上下错层叠加，新建下沉段工程箱体上跨正在运营的地铁1号线既有运行区间箱体，在新建下沉隧道里程约XQK6+603处同地铁1号线既有区间接近垂直交叉，其平面重叠范围约(16～22)m×38 m。

该段区间为地铁1号线改造之前的七〇四七工程的既有明挖施工的钢筋混凝土箱型框架结构。影响箱段为 169、170、171、172箱段，主要受影响为170、171 箱段，每个箱段长度依次为 16、15、21、18 m，宽度14 m，高5.4 m。

地铁箱体位于新建下沉工程下部，根据现场的测量，地铁箱体顶板位于大沽高程－2.250 m处，下沉工程在此部位底板底高程－1.930 m(最低处)，基坑深度为4.6 m，基坑开挖后，需在地铁箱体上部土体进行卸除开挖。现状地面高程2.5 m。见图1。

为了减小基坑开挖时坑底隆起导致地铁变形过大，地铁保护范围内采用三轴水泥土搅拌桩(Φ850@600)对周边土体进行满堂加固(加固后土体要求28 d无侧限抗压强度≥1 MPa，水泥掺量不少于18%)。加固宽度为地铁箱体两侧各6 m;加固深度为地表以下16 m(底高程约为地铁箱体下6 m)，地铁隧道结构周边0.5 m范围内采用双液注浆进行加固。

为尽量减小土体开挖对基坑回弹的影响，总体上遵守“分段开挖、限时施工、及时压载”的原则，将该箱段分成三施工段。见图2。

2 监测设计及布点情况

新建下沉工程施工的核心问题是不影响地铁1号线的结构稳定及运营安全，但在地铁箱体上部开挖土，势必会破坏已有的土体平衡条件，随着土体应力的释放，坑底土体会产生回弹，从而影响地铁箱体使之变形。监测设计的重点是如何及时准确地反映箱体变形，并及时根据变形情况指导施工，尽最大可能减小施工对1号线箱体的影响。

图1 新建下沉地道同地铁箱体竖向关系图(横向)(单位:mm)

图2 箱体上方土方开挖分段示意图(单位:mm)

主要监测项目:

结构隆沉:主要反映结构箱体上升或下降情况。

结构位移:主要反映结构箱体水平向位移情况。

轨道沉降:主要反映轨道上升或下降情况。

轨道几何形位:主要反映两根钢轨距离变化情况。

变形缝观测:主要反映两节箱体相接位置裂缝发展情况。

监测项目情况见表1所示。主要监测点示意图见图3。根据地铁1号线结构内具体场地情况，结构隆沉监测点在169和170箱体布置在两侧边墙，171和172箱体位于车站内，只能布置在中间柱。其他各监测项目尽量与结构隆沉布设在一个断面上，便于各监测结果相互验证。结构隆沉使用静力水准进行自动化实时化监测，轨道上的监测点和箱体位移都是在每天地铁停运后人工下轨进行测量。

表1 监测项目

图3 主要监测项目示意图

3 分析与建议

图4是170箱体4个监测点的变形曲线，9号点和10号点同在一侧边墙上，3号点和4号点同在另一侧边墙上。3号点在整个施工过程中变化一直处于稳定状态，而其他3个点变化较大，总体变化趋势相一致。

图4 170箱体变形曲线

图5为170和171箱体上监测点变形曲线对比图。171箱体的监测点是在中间柱上，而170箱体的监测点是在边墙上，从变形曲线图上可以看出监测点变形过程差异较大。从图4和图5所反映的情况我们可以看出，箱体在施工过程中并不是整体一致的变形，监测设计中监测点只在边墙或只在立柱都不能全面反映箱体的变化情况。如果想全面了解和掌握箱体的变形情况，在监测设计时就应该根据工程实例或数值模拟的情况，全面细致的布置监测点，力争将箱体整个变形情况全面的反映出来。通过分析可以看出原监测方案设计过于片面，所监测的数据也不能全面真实反映箱体的变化情况。

图5 170和171箱体对比曲线

图6是同一断面上结构隆沉和轨道沉降变形曲线。由于各种各样条件的限制，在本项监测设计中轨道沉降在施工24 h进行的情况下没有实现实时监控，而只是对结构隆沉进行了24 h监测。而在既有线运行的情况下，轨道沉降无疑是关系到列车运行安全的关键数据。从图6曲线可以看出，轨道沉降和结构隆沉整体变化趋势一致，累计数据相差也较小。因为轨道是在箱体里边，轨道沉降监测点与自动化监测点在同一断面上，设计方完全可以根据理论计算和数值模拟结果，给出两项监测之间的数值关系，这样就可以根据结构隆沉24 h监测的结构对轨道沉降这一关键数据进行掌控，每天地铁停运后，根据人工测量的数据相验证，这样地铁运营将更有安全保证。

图6 轨道沉降和结构隆沉变化曲线

从曲线图7可以看出来，在施工的不同阶段监测数据差异还是比较大的，在第一施工阶段箱体上升数据占整个变化数值的近60%。施工设计和监测设计作为一家设计单位，设计过程中没有将二者有机的融合在一起，而只是相互独立的两个方案设计。施工方案是分阶段进行开挖，那监测设计就应该与之相适应。就本工程来说，第一阶段开挖箱体上升最为明显，那数值应该控制在多大，重点控制措施是什么。因为不同阶段变化的不同，控制的方法必然有所差异，如果控制方法都一样，也许对第一阶段施工没什么效果，而对第三阶段施工就显的有些严格了。在极端情况下，如果第一阶段施工监测点累计值已经超标，那后续施工又该如何展开?

图7 历时曲线图

地铁箱体的变形缝(图8)作为地铁结构薄弱环节，只设计有裂缝观测简单的监测手段，这种手段显然不能及时发现和防范裂缝开裂漏水，更不能对裂缝产生的原因(两侧箱体都上升、一侧箱体上升一侧下降、一侧箱体不动而另一侧箱体上升等情况)进行反映，也就不能指导施工单位采取合理措施制止裂缝进一步的发展。所以这一设计显然不够合理。应该对裂缝的宽度进行观测同时，对裂缝两侧通过自动化监测仪器，密切关注裂缝发展变化趋势。

图8 变形缝开裂图

4 结论

工程邻近既有运行地铁线，现有的监测也只是针对施工期间地铁的变化，但实际上地铁箱体在施工期间由于卸载上升，但随着上方结构施工结束，覆土回填，地铁箱体必然有所下沉。地铁箱体在这样上升和下降的反复中结构耐久性是否有所下降?受影响箱体与未受影响箱体结合处安全性是否还满足原设计年限?施工期间箱体的变化是否会为未来地铁的运行埋下安全隐患，这一系列问题都应该引起有关部门的高度重视。

［1］许俊伟，王 刚.不同工法的暗挖车站上穿既有线对其及周边环境的影响［J］.市政工程，2010(4):81 －85.

［2］杜建华，杜华林.单拱暗挖车站上穿既有地铁线施工技术［J］.铁道建筑，2010(5):64－68.

［3］孙玉永，周顺华，向 科，等.近距离下穿既有隧道的盾构施工技术参数研究［J］.中国铁道科学，2010，31(1):54 －58.

［4］马雪梅，任 干.北京地铁首都机场线东直门站上跨下穿既有折返线变形监测［J］.施工技术，2010，39(9):31－36.

［5］王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论［M］.合肥:安徽教育出版社，2004.