挖隧道下穿运营地铁沉降分析与保护措施研究

任瑞乐

(华北科技学院,河北 廊坊 065201)

1 分析工程概况

1.1 工程位置分析

南京地铁10#线一期工程是由安德门站到小行站，这一区间的工程与地铁1#线之间的平面夹角大致在64°～70°。而且该区间的隧道并不是直线的隧道，而是形成了缓和曲线线段，呈半径约为400 m的圆形线段，在一定程度上提高了隧道挖掘的难度。

根据图一所示，新建的隧道右线自右起，DK1+251.371～278.505下穿既有隧道，与既有隧道左线、右线垂直距离分别为5.18 m和4.07 m。在新建隧道左线自左起，DK1+272.628～297.380下穿既有隧道，与既有隧道左线、右线垂直距离分别为4.97 m和3.98 m。

1.2 既有隧道概况

南京地铁10#线的隧道工程是通过矿山大进行施工，呈马蹄形的断面。在隧道工程实施的初期所运用的是C20的喷射型混凝土，厚度约为300 mm，在第二次建宁衬砌时，所运用到的为C30的防水型钢筋混凝土，厚度约为300 mm。

1.3 既有地铁轨道概况

既有隧道内轨道道床所采用的是整体式的结构，并且是标准的轨距。因此，新建隧道所施工的路段处于曲线上，外轨的高度最高值应控制在120 mm以内，轨面与结构内部轮廓底的间距在650 mm。

1.4 新建隧道概况

新建隧道所采用的是矿山法的施工策略，采用连接圆顺的马蹄形断面，开挖的断面宽度约为6.68 m，高约为6.7 m，预留核心土台阶法进行施工。复合式衬砌结构，在工程初期采用的是C25喷射混凝土，厚度约为300 mm，在二次进行衬砌时，所运用的是C35防水性钢筋混凝土，厚度约为350 mm。采用与既有隧道不同的材质因主要是因为不同的隧道情况材质需求不同，采用C25喷射型混凝土喷射的距离比较长，工作风压低，且对于渗水的岩面适应性比较好。运用C35防水型钢筋混凝土强度较高，其耐久性、防火性以及防水性能好，有良好的抗震效果。

1.5 变形控制标准

(1)道床以及结构沉降的数值最多不能超过5 mm；

(2)在隧道工程中相邻的两根钢轨高度差与外轨最高值的差异需要控制在4 mm内；

(3)相邻的两根轨道之间的距离控制在-2 mm～+4 mm之间；

(4)10 m的弦长轨面高程差控制在4 mm之内。

(5)新建隧道所产生的爆破对既有隧道的震动峰值不能超过1.5 cm/s。

2 施工影响分析

为了更好的分析出新建隧道的暗挖对既有隧道所造成的影响，专业的工程人员采用三维技术分析出了隧道上方和下方的土体示意图，如图1所示(图片来源于网络)，模型的长度为70 m，宽为70 m，高度为40 m。

图1 计算机模型

隧道三维模型的建立是通过计算机软件有限元进行的分析，在挖掘的隧道中所运用的结构模型是土体弹塑性模型，是根据实际的隧道工程模拟出来的模型。实际的施工过程是先在上台阶进行环形围岩，其次通过对中间核心土部分进行施工后，再施工下台阶围岩工程。根据模型的建立能够有效的分析隧道工程施工步骤的安全性，同时也能根据模型模拟实际的施工进度，方便发现问题，以及完善整个工程，保证隧道工程顺利的实施。

由表2可知，不同配方对油茶的滋味影响较大，春绿茶制作的油茶鲜爽，加入石崖茶的油茶滋味较浓、回甘，加入罗汉果的油茶药味明显、适口性差，冰鲜乌龙茶制作的油茶滋味醇正、花果香浓，加入花生、绿豆和鱼粉的油茶鲜美、细滑，但汤凉后有腥味。各配方制作的油茶滋味排名为配方9＞配方2＞配方1＞配方6＞配方3＞配方7＞配方5＞配方4＞配方8＞CK。

通过对既有隧道沉降变形的实际勘测之后，根据有限元计算可以得出新建的10#线中安德门站～小行站区间对于既有隧道结构下沉的值最大为1.049 mm，满足了道床以及结构沉降的数值最多不能超过5 mm的地铁运营要求，该区间的地铁可以顺利的实施。

3 关于地铁运营的安全保护措施

3.1 超前支护措施

(1)超前长管棚

在隧道施工之前，需要通过管棚工作室在挖掘的隧道上进行拱顶工作，约为150°范围采用40 m长的超长管棚来通过既有的隧道。其长管棚的设计参数如下所示。

①钢管所采用的是通过热轧无缝的钢管，其外径约为108 mm，管壁的厚度约为6 mm。

②管内之间的间距为400 mm

③钢管上有注浆孔，孔径的长度在10～16 mm之间，孔间距为110 mm左右。

④钢管的径向不能超过200 mm，相邻钢管的环向不能超过50 mm。

⑤隧道工程所采用的是普通的水泥浆液，水和石灰的比例为1∶1。

(2)超前小导管

在岩开挖断面拱部120°范围布设超前小导管，其支护参数如下。

①超前小导管规格是热轧无缝的钢花管，单根管长为3 m，长为1.5 m，外径为42 mm，壁厚为3.5 mm。

②管内之间的间距为仍400 mm。

③注浆的材料也为水泥浆液，水和石灰的比例为1∶1。

3.2 矿山法隧道开挖施工控制

在下穿既有隧道时，所采用的隧道开挖法是预留土台阶的方式。在隧道施工的过程中应当坚持短进尺、强支护以及二衬跟进的施工原则，以此来保证隧道施工的安全性。同时，相关的工作人员也要加强对隧洞内以及既有隧道沉降变形方面的监测力度，及时的掌握既有隧道的状况，以免发生难以预估的损失。在监测的过程中也要根据监测数值及时调整支护的参数，如果沉降形变的数值过大，可以在洞内设置临时的仰拱，以此来缓解对既有隧道造成的影响。此外，在实际的隧道工程开挖过程中，应当尽量的减少对围岩部分的施工，可以使用机械法进行隧道的挖掘，尽量减少或不适用爆破技术，减少对既有隧道的产生的影响。当隧道开挖工程不得不使用爆破技术时，相关的工作人员应当提前进行试爆工作，了解爆炸产生的爆破振速的具体数值，并将其爆破振速控制在1.5 cm/s之内，以此来提升整个隧道挖掘工程的安全性。同时，相关人员应当注意的是爆破作业应当在地铁运营区间之外实施，以免造成群众的恐慌，也是为了保证群众的安全性。

对于隧道工程的施工顺序应当是先施工左线隧道，在左线的隧道能够顺利的通过既有隧道之后，再去完成右线隧道的施工。通过这样的施工方式能够将损失控制在一定的范围内，并能通过左线施工进度的观测，及时的调整实施方案，在左线成功的基础上，在进行右线的施工时，工程速度也会有所提升。其次，在隧道施工的过程中，要保证左线的隧道与右线的隧道需要错开大约100 m以上的安全距离，避免因左线右线的影响呈叠加的现象。

3.3 拱部注浆措施

在进行初期的支护后要及时进行回填注浆工作，注浆的材料选择水泥砂浆。在初期的支护施工时在支护拱部150°范围内预埋注浆管，容积为0.9 m，环内的纵向间距为1 m×3 m。如果在隧道挖掘过程中出现地下水渗透的问题时，或在施工中既有隧道的沉降值处于临界点或超过临界值时，相关的工作人员要根据实际的情况向衬砌背后更深层次的围岩注浆，保证工程安全的进行。

3.4 既有地铁控制措施

在开展隧道挖掘工程之前，专业的人员需要提前对既有地铁现状进行调查和分析，并根据情况采取一定的防护措施，加固对既有地铁的处理措施，包括对既有地铁中的灯具、电力、电缆等方面，相关的人员进行探究之后进行拍摄。同时在本文中地铁隧道的挖掘处于曲线线段区间，为了确保既有地铁顺利的运营，建议在穿越施工期间对既有地铁采取限速措施，运营速度最好控制在25 km/h左右。

3.5 监控量测信息化施工

相关人员在进行地铁隧道施工时，既要对新建隧道进行实施的监测之外，同时也要对运营地铁进行同步的监测，主要的监测内容包括新挖隧道对既有地铁结构沉降变形的数据分析、轨面沉降、水平位移以及爆破振动检测等方面的内容。并在监测的过程中，设置报警系统，控制值为70%，方便工作人员能够及时的掌握既有地铁的情况。在变形监测系统当中，监测的设备应当具有远程、实施以及自动采取信息数据的功能，同时由于是在隧道内进行监测，因此，设备需要具备一定的抗干扰能力以及尺寸要适中。设备的监测范围在既有隧道前后30 m左右的范围内，监测数据的保存应当设置在一小时两次。当在隧道施工过程中出现既有隧道变形的情况时，要加强监测数据的频率，并将其设置在一小时一次监测频率。工程在施工之前，需要提前一周进行测试，直到地铁施工完成之后形变值稳定为止。

通过以上五点隧道施工措施，实现在进行隧道挖掘时，保证既有地铁能够顺利且安全的运行，并通过实时的监测，了解工程进行过程中动态数值，根据监测到的数值适当的进行加固工作，了解隧道下穿运营地铁对既有地铁沉降的影响，在工程顺利实施的同时，也是保护施工人员以及地铁群众的安全。

4 结 语

本文通过计算机技术中的有限元软件建立三维模型，分析从南京地铁10#线中安德门站-小行站区间下穿运营地铁中隧道挖掘工程对1#线南延线的沉降影响。通过模型分析，结合现代化施工技术和地铁的安全运营要求，总结出在施工过程中应当注意的安全保护措施，以此来提升隧道工程的安全性。通过后续的监测，证明本文提出的安全措施对既有地铁沉降方面有着良好的作用，可以为之后的隧道施工提供一些参考。