上海地铁穿越段测量数据的变化探究与分析

赵凌云

近年来，上海城市轨道交通迅猛发展，网络化规模化进一步扩大，到2020年上海轨道交通总里程有望超过800公里，车站数量将超过500多座，庞大的轨道交通网络不仅为人们的出行提供了便利，也为城市的高速发展注入了强大动力。网络化的轨交线路，相互穿越的形式也日益增多。常见的形式有隧道在不同地层的上下穿越以及江底、河道穿越，穿越形式逐渐多样化、施工复杂化。隧道间的相互穿越不仅综合利用了地下空间，同时也方便了公共交通。在城市修建地下工程，尽可能减少对地层的扰动，减小对周围土体环境的干扰，成为地下工程必须要考虑的重要因素，尤其要是保证既有线路管线以及在运营地铁隧道的结构安全和运营安全。近距离穿越既有线路，必须予以高度重视。

一、工程概况

目前上海地铁的穿越段已有较多处，在施工的前中后期相关穿越段的稳定状态需密切持续关注，施工完成后期监测数据的变化状况仍需仔细探究。以上海轨道交通某线路穿越既有线路，如图1所示，其中既有地铁线路为盾构隧道，隧道外径为6340mm，新建隧道也为盾构隧道。

图1 新建地铁隧道穿越既有线路示意图

该工程的为黏土地层穿越，由于黏土地质含水量大，强度低，新建隧道断面垂直穿越既有线路，且穿越距离较近，不能干扰既有线路的正常运营，隧道结构安全性要求高。为了将新建隧道对既有线路的影响降至最小（保证安全运营的标准），同时又要保证安全施工，必须要尽可能的掌握四条隧道间的相互应力，每条隧道的位移形变情况。进而评价新建隧道对既有线路的影响程度，为施工提出合理的技术指导措施。同时在施工过程中要对既有线路采取相应的保护措施。

二、实测分析

该项目当时采取了四种监测方式：1.隧道的垂直位移监测;2.隧道的水平位移监测;3.隧道收敛监测;4.隧道纵/横向沉降剖面电水平尺自动化监测。隧道穿越时采取人工监测和自动化监测方式相结合，但人工监测必须在地铁停运后才能进行，有一定的滞后性和局限性。后期比对自动化监测和人工监测数据，变化趋势基本一致。该项目盾构穿越期间主要变现为对既有隧道的竖向位移，其水平位移和收敛变形均在允许范围内，本次监测以自动化监测（电水平监测）为主，人工为辅。

图2 既有线路上行历次监测成果图

图3 既有隧道上行历次监测成果图

选取该项目的九次典型数据，施工开始前通过三次测量得到既有线路较为稳定的初期沉降值，工况一为隧道初始状态，施工开始时，在盾构推进期间，加密监测频率，当盾构穿越过影响区域时，根据现场情况逐渐降低监测频次。结合整个穿越过程的数据变化曲线图及施工状态分析。由于新建隧道施工，造成地下空间结构发生一定程度的变形，从工况一开始，盾构机进入既有线路的影响区域，随着线路逐渐推进，盾构机前方土体由于受力挤压而逐渐趋于密实，土体间空隙比减小，影响区域既有线路的竖直位移开始发生变化，影响区域逐渐受压，应力渐渐增加，既有线路对应区域开始微量隆起，当盾构机推进到正下方时，既有线路的上抬量达到峰值，既有线路上行线A区域工况二、下行线C区工况三在此时段监测，数据显示明显上抬，随着盾构机的持续推进，开始逐渐远离影响区域。既有线路受影响区域由于发生底层损失，对应区段开始逐渐下沉，上行线A区工况七下行线C区工况六表现为下沉峰值。施工单位采取同步注浆或后期二次注浆等相关措施，隧道逐渐开始抬升，A区工况九曲线表现较为明显。盾构继续推进，继续影响B区和D区，整体趋势和A区、C区变化一致。

对图2、图3的影响区域A、C区监测曲线变化分析比对，A区域在盾构机通过该断面后抬升发生较为明显，分析其原因不仅是因为后期注浆原因，工况七盾构机已经离开A区域，工况九为一个月以后的监测，从工况七到工况九隧道仍然有抬升，A区表现尤其明显。也就是说工况七A区注浆已完成，时隔一个月工况九仍然抬升，分析原因A区在工况七时注浆区域早已凝固，后期发生变化，主要是由于盾构机的反推力造成一定影响，推力过大导致千斤頂对其后的隧道管片推压，受压影响区域整体上抬，上抬量远小于2mm，但如果上台量过大应当予以重视，施工过程中应实时关注，根据情况来改变盾构机的推进的相关参数，以及对既有线路做好相关维护工作。B、C、D区域后期隧道变化较为稳定，考虑原因为该层地质结构性态较为稳定，受扰动较小等多种原因。盾构推进时，不仅需要确保土仓压力与地层压力平衡，穿越段的施工更要实时关注既有线路的变化。通过设定盾构机的推进速度、排土量，根据推进地层的实际情况，如地层颗粒情况的变化、黏土地质的凝结程度等应随时调整添加剂或者采取其他相关措施，保证在变化的土质中穿越段整体受影响区域的稳定。根据监测数据的变化情况采取相应措施，有选择有针对性的进行二次注浆或使用其他措施，保证既有线路的结构安全和运营安全。本次穿越段整个过程既有线路的沉降量控制在6mm以内。隧道情况均以先上抬、后下沉为主要特征。穿越过程控制良好，整体穿越段基本稳定，符合实际工作需要。

三、结语

城市的高速发展必然会导致交通设施出现新的形式，地铁穿越段的施工也数见不鲜。本次穿越工程仅仅是竖向位移变化较大，实际其他穿越施工过程中，地铁隧道的收敛也可能发生相应的变化。穿越段在施工过程中，周围土体环境复杂，对于上海的黏土地质施工难度增加，穿越段施工过程连续不能间断，实时关注周围环境变化，并且不能对临近线路造成较大影响，不仅要求使用先进的施工设备，而且对施工人员的素质要求高。监护测量是工程施工的“眼睛”，必须予以高度重视，特别是在一些重要的穿越工程中，监测工作实时反映着工程的形变状态，对于地下穿越施工具有独一无二的指导作用。穿越段的监测不仅仅是对于既有线路，对于新建线路也应加强监测。同时穿越段地下地面情况应当在穿越前中后期也应实时加以监控，综合分析，保证穿越段的处于安全的稳态。总之穿越段的持续监测是一项极为重要的工作，在运行的轨道交通的维护工作中是一项必不可少的工作，保证地铁的安全运营，保证人民的生命财产安全，是轨交运营方必需承担的社会责任。

参考文献：

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[4]王如路，贾坚，廖少明.上海地铁监护实践[M]，同济大学出版社，2013.

（作者单位：上海地铁维护保障有限公司）