佛山二号线下穿广州地铁运营隧道监测分析

刘志锋

摘 要：目前，各城市轨道交通迅速发展，新建线路下穿运营线路的情况越来越多。基于此，本文主要分析佛山二号线下穿广州地铁七号线入段线的变形情况并总结变形规律。结果表明，地铁穿越前后各个阶段隧道变形特征不相同，盾构下穿前既有隧道最大隆起量达到+2.6 mm，穿越过程中下沉为+0.4 mm，盾构通过后最大沉降为-2.03 mm。

关键词：地铁;隧道;隆起量;最大沉降

中图分类号：U456.3 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）19-0066-03

Abstract： At present， with the rapid development of urban rail transit， there are more and more new lines passing through operation lines. Based on this， this paper mainly analyzed the deformation of Foshan line 2 under Guangzhou Metro Line 7， and summarized the deformation law. The results show that the deformation characteristics of the tunnel before and after subway crossing are different. The maximum uplift of the existing tunnel before shield crossing is + 2.6 mm， the settlement during crossing is + 0.4 mm， and the maximum settlement after shield passing is -2.03 mm.

Keywords： subway;tunnel;uplift;maximum settlement

目前，国内各大城市轨道交通发展非常迅速。随着各城市轨道交通线网的日益完善与加密，不同地铁线路之间相互交叉、相互穿越的情况越来越多[1]，新建城市轨道交通隧道不可避免地存在上跨或者下穿既有地铁隧道的现象。为确保盾构安全地上跨或下穿地铁运营线路，避免下穿过程中引起既有隧道变形过大或者结构开裂等病害[2]，需要在隧道下穿前后对既有隧道进行严密监测[3]。本文以佛山二号线下穿广州地铁七号线为例，利用仿真软件建立三维仿真模型，分析盾构下穿对既有线路的影响，预测在建地铁盾构隧道下穿运营地铁隧道的变形规律。

1 工程概况

1.1 项目概况

佛山地铁二号线一期工程林岳东站—广州南站区间（以下简称林广区间）的施工主要采用土压平衡式盾构机，从林岳东站出发，沿林岳大道南侧的空地向东敷设，下穿陈村水道和原西海咀泵站，之后盾构隧道转向东南方向，继续下穿广州地铁二号线和七号线隧道，剖面关系如图1所示，最后下穿石壁涌后沿石山大道南向东到达终点站广州南站。

林广区间施工以盾构法为主，部分区域采用明挖法施工，盾构区间全长共计1 406.054 m。佛山二号线在建隧道主要位于中风化砂岩地层。广州七号线既有隧道位于强风化岩层与中风化砂岩地层之间，既有隧道的地质条件普遍较好，便于控制盾构掘进过程导致的既有隧道变形[4]。拟建佛山地铁二号线右线隧道与既有广州地铁七号线入段线隧道的垂直方向净距离最小为8.5 m，与广州地铁七号线出段线隧道的垂直方向净距离最小为8.3 m。本项目林广区间下穿广州地铁七号线出入段线项目外部作业影响等级为一级[5]。

1.2 三维模拟评估分析

本文通过有限元数值计算分析盾构隧道下穿施工对既有盾构隧道的变形影响，重点分析既有隧道的沉降变形和收敛变形[6]，以评估隧道结构的安全性。为方便计算，将有限元仿真分析模型地层根据地质钻孔资料进行简化。穿越隧道与既有地铁隧道接近程度为“非常接近”，从外部作业的工程影响分区判断，地铁隧道结构位于盾构下穿的“显著影响区”，综合判定该盾构下穿项目对地铁隧道结构的影响等级属于特级。根据《城市轨道交通既有结构保护技术规范》（DBJ/T 15—120—2017），需要在施工过程中对既有运营地铁隧道进行自动化监测。

三维模拟分析结果表明：在建隧道下穿施工过程造成既有广州地铁七号线隧道结构的最大竖向位移为-2.89 mm，最大收敛变形为外扩1.79 mm。

2 监测方法

本文采用的监测方法主要是静力水准自动化沉降监测和收敛自动化监测。

2.1 静力水准自动化沉降监测

根据本项目特点，本文選用电容式静力水准仪。其配件主要有主体容器、PVC（Polyvinyl Chloride，聚氯乙烯）连通管、气管以及电容传感器等。当仪器支架之间发生差异沉降时，水准仪内的水面会发生变化，进而导致装有中间极的浮子与固定在容器顶的一组电容极板间的相对位置发生变化。通过测量装置测出电容比的变化就能计算得到各测点的相对沉降[7]。该仪器量程大约为50 mm，是测量相对高程变化的精密仪器，在高铁、水电站等领域得到了广泛应用，特点是采样率高、受环境影响小[8]。电容式静力水准仪布置原理如图2所示，一般可假定项目共布置[n]个测点。其中，1号点为高程不变的基准点，初始状态时各测量安装高程相对于（基准）参考高程面[H0]间的距离则为[y01，y02，…，y0i，…，y0n]（[i]为测点代号，[i]=0，1，…，[n]）。各测点安装高程与液面间的距离则为[h01，h02，…，h0i，…，h0n]，则有：

当各个静力水准变形监测点由于外部施工而发生差异沉降后，只要用电容传感器测得任意时刻各测点容器内液面相对于该点安装高程的距离[hji]（含[hj1]及首次的[h0i]），就可以计算得到此时各个监测点相对于基准点1的沉降。同理，如果把监测区域内任意监测点g（1，2，…[i]，…，[n]）作为相对固定的基准点，将第[f]测回的测量结果作为基准的参考测回，可以计算得到任意监测点相对g监测点（以第f测回为基准值）的沉降差[Hij]。

2.2 收敛自动化监测

隧道收敛自动化测量系统主要采用激光测距技术、信号处理技术、无线通信技术，由激光测距仪、连接线缆、固定支架、数据采集单元及CDMA（Code Division Multiple Access，码分多址）数据传输通信装置、后台服务器及数据处理分析系统组成。数据采集单元放置在隧道内电源附近，可控制接入的测距仪，将测距仪的信号转换为数字信号并保存在储存模块中，定时通过CDMA无线通信模块将数据发送到后台服务器。作业人员可查询并获取系统的数据，并进一步分析。收敛监测前先进行初始值观测，待初始值确定后再進行常规监测。根据厂家的出厂检验及前期项目经验，激光测距仪进行断面收敛观测，收敛观测精度误差优于±1 mm。激光测距仪收敛观测变形量为正表示隧道外扩，为负表示隧道收缩。

本项目采用HD-2NJ112测距仪，观测精度为单测回测距精度±1.0 mm。用无线冲击钻在隧道管片拱腰位置上钻孔，打入直径10 mm的膨胀螺栓，安装测距仪支架，并将激光测距仪水平安置在支架上，调试好配套的无线数据采集器模块，并确保激光测距仪射出的激光没有遮挡，调整激光测距仪测线方向与环片圆心方向一致。

3 监测结果分析

佛山二号线左线和右线均穿越广州地铁二号线、七号线。为方便分析，主要分析佛山二号线右线穿越广州地铁七号线入段线的监测数据，并将监测数据按照在建隧道的施工阶段划分为穿越前、穿越中、穿越后3个阶段进行分析。其中，隧道穿越前后沉降累计变化曲线如图3所示，隧道穿越前后收敛累计变化曲线如图4所示。

3.1 穿越前

盾构机穿越前，即盾构机刀盘慢慢进入广州地铁七号线入段线隧道下方，使盾构机刀盘对前方地层土体产生一定的挤压效应，入段线隧道段被整体抬起。由监测结果可知，随着在建盾构隧道的掘进，既有隧道结构沉降位移出现先隆起后下沉最后慢慢稳定的特点，穿越前阶段，最大隆起量达到2.6 mm，出现在第一个断面处、发生最大隆起变化时，该断面距盾构机刀头约6 m。

3.2 穿越中

盾构机尾部慢慢到达穿越点的下方，盾构机刀盘逐渐远离穿越点处，运营隧道各测点由隆起慢慢开始下沉。由于隧道穿越过程中各方紧密配合，施工单位及时进行了跟踪注浆和二次注浆，盾尾从完全处于隧道下方到脱出隧道。隧道变形整体较为平稳，变化最大的监测点由隆起量2.6 mm下沉为隆起0.4 mm。

3.3 穿越后

盾构机盾尾离开穿越点后，隧道在一定时间内缓慢发生沉降，最终隧道结构最大累计变形量为-2.03 mm。

截至盾构穿越过后2个月，地铁隧道结构点位最大累计变化量发生在竖直方向最大累计变形量为-2.03 mm，监测点号7ZJ04位于第4个断面，位于七号线出段线里程RDK1+180处。各断面累计收敛位移值最大的测点为7ZD06，位于第6个断面，最大累计收敛值为外扩1.08 m。在整个监测过程中，隧道结构变形监测项目累计变化量及日变化量均未达到原定的监测警戒值。可见本文监测精度满足规范及技术方案要求。隧道结构变形较小，在盾构施工过程中，监测人员也定期去运营隧道进行现状巡视，未见渗水、裂缝等异常情况，判断隧道处于安全可控状态。

4 结语

本文通过在建隧道穿越既有隧道的案例，对既有隧道内的自动化监测数据进行了分析。结果表明，在建盾构隧道下穿过程对既有隧道的变形影响比较明显。通过对既有地铁隧道的变形监测数据进行综合分析，施工方对盾构施工参数和跟踪注浆、二次注浆进行调整优化，以有效减小既有隧道的结构沉降，最终将既有隧道结构沉降变形控制在-4 mm之内、收敛变形控制在2 mm之内，满足设计文件和规范要求的预警值，保障运营地铁的结构安全，为运营隧道的结构安全提供数据支撑。

参考文献：

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[3]魏纲，周杨侃.随机介质理论预测近距离平行盾构引起的地表沉降[J].岩土力学，2016（2）：113-119.

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[5]孙道斌.盾构近距离穿越既有隧道施工技术研究[J].建筑机械，2019（5）：28-31.

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