分析隧道近距离下穿既有线地铁线路安全控制对策

王道钢 杨钟凯

苏州市轨道交通集团有限公司 江苏 苏州 215004

在中国，改善城市交通拥堵，发展地铁交通以及解决许多城市交通流量是城市目前面临的主要挑战之一。在城市地铁网络建设过程中，不可避免地要出现新的地铁建设项目，地铁工程施工条件复杂，开挖跨度大，临时支撑和施工方法具有频繁的特点转换，显著的时空效应等，因此，近距离穿越既有线路的城市地铁是一项比较困难，技术复杂，高风险的工程。 随着城市地铁网络建设规模的扩大，在地铁建设过程中地下结构和地面环境物体的数量不断增加。保证其安全性是必然的，因此，地下工程采用适当的施工方法和辅助设施，在近距离穿越既有地铁线路时，辅助方法可以最小化对现有线路的不利影响，并确保线路施工和结构的安全性，这是目前需要解决的非常重要和迫切的问题。

1 工程概况

轨道交通建设的不断扩大，大量的新老线将交叉。在某些大型交通枢纽的位置，线路是复杂且可互换的，新旧线路的紧密交集是不可避免的。 研究人员观察到如何确保现有地铁结构的安全性和现有地铁的正常运行不会受到影响。 在地铁的单线隧道中，左，右线穿过现有地铁的开挖隧道。横截面长度约为240米，与既有地铁结构的最近距离仅为1.70米，最小角度仅为7°。由于施工期的限制，新隧道必须通过爆破施工，围绕隧道的隧道是密集的多层结构，地下电缆密度很高，非常繁忙。

根据有关规定，对既有地铁的保护原则是：1）混凝土结构的裂缝宽度不应大于0.2 mm。 2）地铁施工引起的隧道结构沉降不得大于12 mm的垂直和平面曲率半径。 3）灌浆施工引起的附加载荷不应超过20 kPa。在地铁施工引起的振动隧道过程中，地铁施工引起的振动隧道最大速度小于或等于2 m / s。

2 施工对既有线影响的安全性分析

为了解施工过程中地层的变形及施工对现有跨区隧道的影响，采用三维有限元模拟计算方法对现有线路施工过程进行了数值模拟分析。

2.1 计算模型及参数

根据工程的实际情况和特点，将土层简化为水平分层弹塑性材料，方法是：在三维有限差分元分析中，采用MC弹塑性模型；水平位移约束应用于模型的前后左右，垂直位移约束应用于底部，顶面是自由的。根据工程经验和理论分析，选择的土壤范围为130 m×330 m×70 m（X×Y×Z）。在该区域中，通过激活和钝化挖掘区域中的土壤来模拟土壤层，并通过衬砌元件模拟隧道施工过程和土体位移。整个三维有限元计算模型由93764个元素组成。计算分为三个工作条件：一是地铁隧道开挖完成；二是地铁隧道挖掘40步完成；最后要考虑到地铁隧道结构的计算。

2.2 数值模拟结果及分析

隧道的最大沉降值为12毫米。隧道结构的最大沉降量为6.13 毫米，以满足沉降要求。通过数值模拟，地铁施工对结构截面轴向力的影响较为复杂，但轴向力的变化范围较小，隧道的最大轴向压力在右墙顶部。如果最大垂直位移为6.13毫米，横向位移为3.8毫米，则最大垂直位移将减小为2.61毫米和2.09毫米。如果将开挖步骤增加到40步，则可以通过增加开挖步骤来有效地减少由地铁施工引起的隧道结构的偏移和压力的变化，从而可以提高隧道结构的安全性。

3 安全控制对策

3.1 近邻地铁隧道注浆加固与施工扰动变形控制技术

3.1.1 袖阀管止浆墙施工关键技术

在分析近邻工程施工技术和施工难点的基础上，确定了套筒阀门浇注墙，“零距离，钢对钢”矩形截面等技术措施，在空间底层非常薄的情况下，常规的地层放大措施不能有效地依靠既有线路，建立靠近既有线路的刚性支撑结构，实现下线的施工。在既有地铁线段，采用套筒阀管灌浆加固地层，矩形截面的顶部和两侧，形成单门加固区，对其起到一定的支撑作用。

3.1.2 矩形断面开挖与支护施工关键技术

首先，对支撑结构进行加强和加固，工字梁25a钢框架的间距为500 毫米。 喷射混凝土层的厚度为350毫米,相邻钢架焊接双排L70×70连接角钢，周向间距800毫米。第二，要注意初支结构与既有结构密贴，控制掘进工作面稳定。

3.2 近距离下穿既有线隧道施工变形监测及预测分析

3.2.1 监测项目及监测要求

监视和测量是体系结构的组成部分。通过监视和控制地面性能，地面结构，地板和建筑物（结构），调整设计动力，调整建筑，建造设计，建造设计，培训和规划类似项目，建造和监控储备。动态现场动态监视的成功执行必须满足以下要求：（1）监视主要基于专门的仪器测量，以监视定量数据或由现场表示验证的特定组件。（2）必须完整，可靠且及时地绘制测量数据。如果状态曲线趋于均衡，则将按时间和最终值计算回归分析。（3）在进行试验的时间的基础上，计算隧道结构和土壤沉降的稳定性和荷载，并提出适当的设计措施。（4）所有测量点都反映了测量点随时间的变化。从施工到完成测试数据。（5）作业单位和施工单位应及时交付施工现场。

3.2.2 监测项目及测点布置

为了掌握施工过程中的实时动态，确保洞室的稳定性和既有线路建筑物的安全性，下部通道位于正常表面，地铁隧道的拱顶下沉，通关收敛以监测和测量工作量。此外，在主体结构楼层设置沉降监测点，每20米一段。在横截面两侧距离20米，50米和100米处有一个部分，每个部分布置2个测量点，总共19个部分和38个测量点。汇聚监测点嵌入隧道主体结构的顶板和侧壁。监测部分与沉降监测部分相同，每20米布置一个部分，在横截面的每一端延伸一个监测部分，每个部分布置5个反射板，共15个部分和75个测量点。

4 结语

通过运用近邻地铁隧道注浆加固与施工扰动变形控制技术及施工变形监测，可以有效地保证隧道近距离下穿既有线地铁线路的安全性。