矿山法区间下穿既有地铁结构影响

苏 帆

重庆市轨道交通（集团）有限公司（401122）

0 前言

随着城市轨道交通建设的加速，越来越多的换乘车站或交叉线面临着区间近距离下穿既有车站的情况。一般来说，区间下穿既有车站需要与车站留有一定的安全距离，但也有近距离下穿甚至零距离下穿的成功经验。距离越近，车站埋深越浅，功能越好，但风险较大。距离越远，车站埋深越深，功能较差，但风险较小。文章以岩质地区新建区间下穿既有暗挖车站为例，选取一个合理的下穿净距，在安全与经济性之间取得较好的平衡[1]。

1 既有车站概况

既有车站于2012年10月开通运营，采用暗挖法施工，结构形式为地下两层单拱马蹄形断面，拱顶埋深约16 m，地质情况以砂岩及岩质泥岩为主。

2 拟建区间概况

拟建区间采用矿山法下穿既有轨道车站。

下穿区间开挖断面宽度为9.9 m，高度为9.44 m，采用复合式衬砌，区间初期支护采用挂网C25喷混+系统锚杆，钢架采用工字钢，二衬采用C40防水钢筋混凝土。隧道位于中风化岩层中，部分段拱顶覆岩厚度约33 m，地表覆土约3 m，与车站主体结构有最小竖向距离约3.3 m，在下穿车站范围采用超前支护。φ42 mm超前小导管，L=3.5 m，环向间距40 cm，纵向间距120 cm。围岩级别为IV级。

本段区间下穿既有车站，施工时均采用机械开挖，断面采用台阶法开挖。区间与车站仰拱最小距离约为2.5 m，下穿段区间轮廓采用3心圆马蹄形断面，支护参数如下:

300 mm厚C25喷射混凝土+双层钢筋网；

工22a钢架@0.5 m；

500 mm厚C40钢筋混凝土二衬结构。

超前支护措施采用φ108 mm大管棚，横向间距0.4 m，区间下穿车站如图1所示。

图1 区间下穿车站平面图

3 影响分析

下穿区间施工的初期支护结构采用地层结构模型计算，围岩材料的本构模型采用M-C模型，锚杆采用全长黏结式杆单元模拟，衬砌采用梁单元模拟，桩土接触面采用古德曼接触单元模拟，结合规范及经验确定岩土应力释放系数[2]。采用大型通用有限元软件Midas-GTS-NX计算分析地面沉降及围岩变形。根据车站的地质勘查报告和已经设计完成的车站断面建立有限元模型。隧道左右水平计算范围均取隧道跨度的4倍。隧道垂直计算范围向上取至地表，向下取隧道高度的3倍。

既有轨道目前已使用接近10年，计算时对其二衬刚度考虑一定的折减。各地层计算参数和各结构单元参数分别见表1和表2。

表1 各地层计算参数

表2 各结构单元参数

模拟的施工工序如下:

左线隧道上台阶开挖并支护；

左线隧道下台阶开挖并支护；

右线隧道上台阶开挖并支护；

右线隧道下台阶开挖并支护。

通过数值分析，得到的结果如图2和图3所示。

图2 区间建设完成竖向变形（mm）

图3 区间建设完成横向变形（mm）

4 结语

左线区间施工后，既有车站最大沉降0.5 mm。右线区间施工后，既有车站最大沉降1.1 mm，车站最大横向变形0.5 mm，沉降及横向变形均比较小。

根据以上分析可知，拟建区间下穿既有轨道车站，不改变其影响范围内既有轨道结构荷载大小，既有轨道结构截面尺寸、配筋仍满足原设计要求。因区间开挖所引起既有轨道车站结构变形均较小，且小于10 mm，可判断新建区间建设不影响既有轨道结构正常使用及运营[3]。

5 建议

施工过程中要求“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的十八字方针。

实行动态设计、信息化施工原则，根据监测结果调整支护参数。

加强监控量测频率、强化监测措施和要求，根据监测情况及时调整注浆参数、开挖进尺等施工参数。

制定分级预警机制，按分区、分级、分阶段的原则制定监测控制标准。分区即按施工区域不同分别制定控制标准，下穿车站段以及前后10 m区间为工程风险控制区段，监控等级为特级，其余区段监控等级可降低一级。分级即根据监测结果制订不同的预警响应措施，一般分为三级预警，即黄色预警、橙色预警、红色预警[4]。当发出黄色预警时，需要对围岩变形、车站沉降等加强观测，加大观测频率；当发出橙色预警时，除了需要继续加强变形监测外，应进一步完善对该状态的预警方案，同时应对施工方案、支护参数、开挖进度等进行检查；当发出红色预警时，应立即向上级单位及有关部门进行预警报送，立即停止开挖，并经参建各方分析和认定后，更改施工方案及设计参数[5]。