双线隧道零距离下穿既有地铁车站暗挖施工方案研究*

张社荣 王振振 王世强 龚文超 尚 超

(天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室，300350，天津//第一作者，教授)

随着经济发展、人口膨胀和城市轨道交通的发展，在繁华的城市中心必然会出现新建地铁线路下穿既有营运车站的问题[1]。采用CRD(交叉中隔墙)法+直墙暗挖施工方案可减少扰动，且施工速度快，能促进城市中心区域建设与日常运作的协调统一[2]。

国内有较多类似工程。由文献[3],北京地铁10号线下穿与之十字交叉的1号线时，由于既有1号线车站变形控制指标较高(小于3 mm)，故在设计时采用平顶直墙CRD法+多重预顶撑的暗挖施工技术进行开挖。文献[4]的案例除了采取开放型盾构外，还用新奥法施工，并在施工过程中对既有铁路进行了沉降及扭转等方面的监测。在文献[5]的案例中,多层软弱地质条件下,两隧道工作面距离基本保持为75 m，其监测分析表明，地表最大隆起量与沉降量均满足警戒控制指标。文献[6]在新老结构间夹土层中分层打设管棚,并进行了高压注浆的研究。

1 工程概况

深圳地铁4号线福民站为2层双跨现浇钢筋混凝土框架结构，其总长度为215.6 m，宽度为20.0 m。该站为既有运营车站。深圳地铁7号线皇岗村站—福民站区间(以下简为“皇—福区间”),以双线平顶隧道型式零距离下穿福民站。由于双线间距小,故施工难度大,风险高。皇—福区间与既有福民站平面关系见图1。

图1 皇—福区间与福民站平面关系图

2 施工方案

2.1 主要土层物理力学参数

既有福民站的岩土物理力学参数见表1[7]。

表1 地层物理力学参数

2.2 方案比选

2.2.1 双线先后开挖方案

在双线先后开挖方案中,先施工右线隧道;当右线开挖完成,开始施作衬砌时,左线开始开挖;当双线下穿段开挖完成后,左线开始施作二次衬砌。对既有福民站底板位移情况进行仿真计算。计算结果见图2。其中,底板竖向位移以向上为正。

图2 双线先后开挖时既有福民站底板中部不同部位位移曲线图

图2表明:既有福民站底板中部西侧呈沉降趋势;在右线开挖时,底板出现较大沉降(约1.53 mm)，整体最大沉降值约2.03 mm;既有车站底板中部东侧呈隆起趋势。

2.2.2 双线同时开挖方案

双线同时开挖时,既有福民站底板的竖向位移仿真计算结果见图3。由图3可见，双线同时开挖方案的既有车站底板变形规律与双线先后开挖方案基本一致。

2.2.3 施工方案对比分析

两种施工方案的既有福民站底板中部最大竖向位移对比见表2。

由表2可见:①双线先后开挖方案的底板中部竖向变形趋势相对较缓，更利于既有车站的结构稳定;②双线先后开挖方案中的地表最大沉降量及最大隆起较小。因此,双线先后开挖方案更优,故选择该方案为最终施工方案。

图3 双线同时开挖时既有福民站底板中部不同部位位移曲线图

表2 两种施工方案的既有福民站站底板中部不同部位最大竖向位移对比

3 实际监测数值与模拟计算数值分析

3.1 车站变形监测控制指标

皇—福区间新建双线隧道下穿工程对既有营运车站的变形控制标准见表3。

表3 既有福民站变形监测控制指标

3.2 测点分布

竖向位移实际测点布置如图4所示。为与模拟计算结果对比,选择测点①和③作为对比测点。

图4 既有福民站底板竖向位移实际测点布置图

3.3 实际监测结果与数值模拟结果对比

测点①与测点③的实际监测数据及模拟计算结果如图5所示。

a) 模拟计算位移曲线

b) 实际监测位移曲线

对比分析现场监测和数值模拟结果可得：

(1)自下穿段开始开挖至施工完成的过程中，既有车站底板西部测点的竖向变形整体呈现沉降，且随着由东向西开挖的进行，沉降位移速率先增加后减缓并趋于稳定。

(2)底板东部测点③的实测值与模拟值变化规律一致，均是隆起状态。最大隆起实测值约为7.37 mm，最大隆起模拟值约为3.60 mm。底板西部测点①的实测值与模拟值变化规律一致，均为沉降状态。最大沉降实测值约为7.69 mm,最大沉降模拟值约为2.00 mm。

通过分析可知，数值计算的变形规律与监测结果基本一致。由于实际施工过程中影响因素比较多，故实际监测结果偏大，与模拟计算结果存在差异。二者均小于结构变形监测控制值(10.0 mm)，验证了数值模拟计算方法的可靠性。

4 结语

本文基于车站变形监测控制标准，研究了了双线同时开挖和先右后左两种施工方案同既有车站底板不均匀沉降的关系。经分析，双线先后开挖方案对既有车站的竖向变形更为有利，主要表现为以下几点：

(1)通过仿真模拟计算分析，确定采用双线先后开挖施工方案，能有效减小既有车站底板的变形，更利于对既有车站不均匀变形的控制。

(2)双线先后开挖方案的地表最大沉降量及最大隆起量较小。不管是从变形速率还是从沉降位移的控制来看，双线先后开挖方案均较优。

(3)由于实际施工过程中影响因素比较多，故实际监测结果偏大，与模拟计算结果存在差异，但二者都小于结构变形监测控制值。

通过分析,得到双线隧道下穿既有车站的双线先后开挖施工方案对既有车站不均匀变形影响的一般规律。结合实际监测结果,验证了当前施工方案的适用性。