新建盾构隧道上跨地铁区间工程措施及施工影响分析

焦莉莉

(北京城建设计发展集团股份有限公司沈阳分公司，辽宁 沈阳 110000)

1 工程概况及主要工程措施

1.1 上跨工程概况

沈阳市地下综合管廊(南运河段)工程西起南京南街，东至善邻路。盾构井及工艺井采用明挖法施工，区间采用盾构法施工。管廊D2盾构井～D3盾构井区间在文艺路与青年大街路口位置上跨既有沈阳地铁2#线青年公园站-工业展览馆站区间，既有地铁2#线采用盾构法施工，管廊区间与既有地铁区间净距约2.5 m。管廊区间与既有地铁区间平面相交角度约为75°。

管廊区间及地铁区间隧道外径6 m，内径5.4 m，隧道衬砌厚300 mm，采用C50混凝土。衬砌管片分为6块：3块标准管片，2块邻接管片，1块封顶管片，每环的宽度为1 200 mm，管片采用错缝拼装。

1.2 上跨位置风险源处理措施

(1)下穿施工前采用地面袖阀管注浆，对管廊区间及地铁区间之间土体进行加固；袖阀管间距1 m×1 m，长度15 m，注浆压力0.5～1 MPa。

(2)在进入上跨影响范围取之前需对盾构机进行全面检修，使盾构机的任何零部件都能正常运行，以便盾构机快速通过该区段。

(3)盾构推进过程中，做好推力、推进速率、出土量等推进参数的控制，控制好隧道轴线，尽量减少蛇形和超挖。

(4)做好同步注浆及二次注浆，严格控制注浆压力。

(5)在进入上跨影响区之前应根据变形控制指标，对盾构施工参数进行试验，以便顺利通过既有线。

(6)采用自动化监测技术，施工时进行实时监控，加强监控测量，提高监测的数量和频率，根据监测反馈信息，随时调整施工参数。

2 有限元计算分析

2.1 有限元模型建立

管廊区间与既有地铁区间中心线交角为75°，下穿段长度约为20 m。建立考虑新建管廊区间及既有地铁区间的三维有限元模型，模型纵向长度取100 m，宽度为100 m，模型总高度为39.3 m。各土层采用弹塑性材料模型，三维实体单元，屈服准则采用Mohr-Coulomb准则；管廊区间及地铁区间结构均采用弹性材料模型，板单元模拟。在模型底部施加竖向约束，模型四个侧面分别施加垂直侧面方向的水平位移约束。模型施加重力荷载。

2.2 计算模型主要参数

根据岩土工程勘察报告，施工主要影响范围内土层主要有：素填土、砾砂、圆砾。土体参数见表1。

表1 地层参数表

主要结构为管廊区间及既有地铁区间，结构参数见表2。

表2 结构力学参数表

2.3 施工过程模拟

管廊隧道施工前，激活既有地铁结构，模型位移清零。管廊区间首先进行左线盾构隧道开挖，左线施工完成后进行右线盾构隧道开挖。盾构隧道推进过程模拟分为土体开挖、盾构机的顶进、衬砌环的拼装、推进面压力模拟及壁后注浆模拟等。对于盾构机推进及衬砌环拼装的模拟，先在对应位置设定好预设单元，在计算开始之前先将预设单元“杀死”和“激活”。盾构施工过程模拟每一施工步施工一环管片宽度，即1.2 m。

3 计算结果分析

计算管廊隧道施工期间既有地铁区间的变形及内力，分析既有地铁区间的安全性。对管廊隧道施工过程中地铁区间的变形随施工步的变化区间进行分析，分析不同阶段对地铁区间的影响情况。

(1)既有地铁区间变形结果

图1 左线施工完地铁区间竖向变形图/m

图2 右线施工完成地铁区间竖向变形图/m

图3 左线施工完成地铁区间水平变形图/m

图4 右线施工完成地铁区间水平变形图/m

管廊区间全部施工完成时对既有地铁区间影响最大，区间最大竖向变形为上浮变形，上浮量为2.99 mm，最大水平变形为0.41 mm。根据《城市轨道交通结构安全保护技术规范》及《城市轨道交通工程监测技术规范》，按照控制较严格的标准进行取值，隧道结构最大允许沉降取10 mm，最大允许上浮量取5 mm，最大允许水平变形量取5 mm。采用现有措施，地铁区间结构变形满足变形控制标准。

(2)既有地铁区间上浮变形随施工步变化曲线

对地铁与管廊左线中心线交点位置地铁区间隧道顶点①、②及地铁与管廊右线中心线交点位置地铁区间隧道顶点③、④上浮变形量随施工步的变化进行分析。

图5 变形分析点上浮变形随施工步变化曲线图

计算结果显示，四个分析点的最终上浮变形量相差不大，最终上浮量接近2.9 mm。管廊左线施工首先影响到距离管廊左线上跨位置较近的分析点①、③，左线上方分析点①上浮量大于右线分析点③上浮量，随着管廊左线向前施工逐渐对②、④分析点产生影响，经过下穿区域后对既有地铁区间影响减小；管廊右线施工首先影响到距离管廊右线上跨位置较近的分析点①、 ③， 右线上方分析点③

上浮量大于左线分析点①上浮量，随着管廊右线向前施工逐渐对②、④分析点产生影响，经过下穿区域后对既有地铁区间影响减小。管廊盾构机掘进面距离既有地铁区间18 m以上时，盾构施工对既有地铁影响较小；管廊盾构机掘进面经过既有地铁区间18 m后，盾构施工对既有地铁影响较小。

4 结论与建议

本文分析了南运河管廊区间上跨既有地铁区间采用的工程措施，通过数值据算对管廊区间对既有地铁区间的影响进行了分析，得出如下结论。

(1)对管廊区间及地铁区间之间土体进行加固后，管廊区间上跨既有地铁区间，地铁区间变形较小，最大上浮量为2.99 mm，最大水平变形为0.41 mm，满足规范要求变形控制指标。

(2)新建盾构隧道在上跨既有地铁结构施工过程中应通过控制推进参数，做好同步注浆及二次注浆，对既有地铁结构采用自动化监测技术随时调整施工参数等盾构施工技术减小施工对既有结构的影响。

(3)当盾构刀盘施工至既有结构前方约18 m位置，既有结构沉降速度明显加快。当盾构刀盘通过既有结构约18 m后，盾构施工对既有结构的影响较小。盾构在此范围内施工应注意加强对既有地铁区间结构的监测并加强盾构施工控制。