地铁穿越工程中既有线变形监测与结果分析

刘敏，樊娜

(北京城建勘测设计研究院有限责任公司杭州分公司，浙江 杭州 310000)

1 引 言

杭州地铁2号线金家渡站位于古墩路与金昌路交叉口沿古墩路南北向布设，已于2017年底开始运营。地铁4号线金家渡站的下穿工程，会对已运营的2号线车站产生影响，相互关系见图1。地铁4号线金家渡站区间采用盾构法施工，盾构由金家渡站1#井始发，于2#井接收完成后，盾体在井下平移掉头至3#工作井，盾构于4号井接收后，盾体由4#井吊出，车架由1#井吊出，完成盾构掘进工作。地铁4号线二期金家渡站盾构区间顶距2号线地铁站底板仅1.1m，属于高风险施工项目。本项目对既有线产生影响的施工主要有三个阶段：MJS加固施工[8，9]、冻结施工、金家渡站盾构施工[10，11]。其中MJS加固施工和水平冻结施工易造成既有2号线金家渡站结构隆起，盾构施工易造成既有2号线金家渡站结构下沉，项目施工程序较为复杂。针对不同阶段的施工，制定了专门的既有线保护自动化监测方案[12～14]，通过监测数据真实反映既有线变形情况，指导施工参数调整，保证既有线安全运营。

图1 既有2号线与在建4号线位置关系示意图

2 既有线变形监测方案

2.1 测点布设

MJS加固施工期间、冻结施工期间及金家渡站穿越施工期间对正影响区域范围内的既有车站按 5 m间距布置断面；对外延区域既有车站按 10 m间距布置断面，对外延区域既有隧道按 12 m间距布置断面，上下行各布设32个断面，具体布点情况如表1和图2所示。

既有线测点布置情况表 表1

图2 既有线测点布置情况图

2.2 监测方法与监测频率

本项目采用测量机器人自动化监测辅以人工复核的方式进行监测，MJS加固期间按 1次/30 min的频率进行监测，盾构穿越期间对关键影响区域按 1次/20 min的频率进行监测。由于盾构下穿时监测频率高，周期短，一台仪器无法完成监测任务，因此以2号线车站中心线向两侧各外延 10 m的区域作为2号线关键影响区域，在同一断面上设置2台仪器，一台仪器以 1次/3 h的频率监测所有点，另一台仪器则以 1次/20 min的频率对关键影响区域的点进行监测，如表2所示。

监测频率 表2

3 监测结果分析

3.1 MJS加固施工监测

MJS加固施工会对既有线车站产生侧向压力。在MJS注浆期间，采用 1次/30 min频率出具报告。经监测数据统计发现，MJS加固施工对既有线路的影响较小，上下行道床沉降最大累计变化量为 ±2 mm左右，具体数据如图3、图4所示。

图3 MJS加固过程中2号线上行线道床沉降变化曲线

图4 MJS加固过程中2号线下行线道床沉降变化曲线

3.2 在建地铁4号线金家渡站穿越施工

在建地铁4号线穿越施工对于既有2号线车站影响主要有两种工种。一是冷冻施工影响，贯穿于整个穿越施工的全过程。二是穿越施工影响，即当冷冻到一定条件时候开始下穿，其施工特点表现为周期短、风险高，故而监测频率应调整为实时出具，即以 1次/20 min的频率出具监测报告。现对在建地铁4号线左右线下穿2号线的监测数据进行具体分析。

(1)地铁4号线右线下穿2号线既有车站

盾构穿越区域(2号线上行线监测断面2SCJ9～2SCJ23，下行线监测断面2XCJ9～2XCJ23)在盾构机进入和穿出下穿区期间监测数据相对变化较大。盾构机刚进入下穿区时，2号线上行线数据变化较平稳；由于2#接收井和3#始发井处于积极冻结状态时，引起2号线下行线出现隆起现象，最大隆起量达到 4 mm左右，经过对监测数据的分析后及时调整了冷冻参数，车站道床隆起情况依然在持续，盾构机出了上行线下穿区后，虽然及时调整施工参数，车站道床变形依旧逐步抬升。分析原因为此时2#接收井和3#始发井处于积极冻结状态，导致既有线出现了明显的隆起情况。2号线变形数据情况如图5、图6所示。

图5 地铁4号线右线盾构下穿过程中2号线上行线道床沉降变化曲线

图6 地铁4号线右线盾构下穿过程中2号线下行线道床沉降变化曲线

(2)地铁4号线左线下穿2号线既有车站

由于4号线右线盾构施工的影响加之3#始发井和4#接收井都在积极冻结导致右线穿越完成2号线上下行线道床沉降依旧处于隆起状态，2号线上行线道床隆起最大累计量约有 11 mm，下行线道床隆起最大累计量约为 13 mm。根据监测数据，盾构推进单位及时调整了冷冻参数扩大上部泄压孔，控制刀盘压力和同步注浆压力，车站道床隆起情况得到控制，变形曲线开始向下发展，随着右线穿越施工完成且冻结施工结束变形曲线回归至 2 mm左右，且部分监测断面归置 0 mm以下，通过二次注浆调整变形，确保既有线安全运营。

在穿越施工期间既有2号线上下行变形情况基本一致，通过左右线盾构施工经验发现，冷冻施工过程中冻结达到一定程度时道床有较大程度的隆起，调整掘进参数及冻结指数后，既有线监测数据缓慢回落。2号线变形数据情况如图7、图8所示。

图7 地铁4号线左线盾构下穿过程中2号线上行线道床沉降变化曲线

图8 地铁4号线左线盾构下穿过程中2号线下行线道床沉降变化曲线

4 结 论

本文以杭州地铁4号线下穿地铁2号线为例，通过监测手段及时反映了既有线变形情况，指导施工单位进行参数调整，保证既有线的安全运营。得出结论如下：

(1)本项目MJS加固施工阶段，总体变形量约为 ±2 mm，变形量较小。但应注意MJS加固施工本质上虽然是对既有线进行保护加固，但在施工过程中应时刻关注数据变化情况，否则会因注浆压力过大对既有线造成侧向压力和扰动。

(2)4号线盾构下穿2号线时，盾构机姿态为上坡，受刀盘压力、同步注浆压力及冻结施工的影响，4号线左线下穿时既有2号线变形隆起最大约 15 mm，超过项目报警值。整个下穿期间道床沉降并未表现出下沉趋势，说明盾构下穿施工对既有线的影响相对冻结施工较小，冷冻施工对既有线的影响较大。后期通过控制刀盘压力、注浆压力、扩大泄压孔[15]以及调整冻结压力等措施，监测数据才得以平缓，恢复至正常值。

(3)4号线左线盾构施工期间，2号线道床隆起最大约 15 mm。4号线右线盾构施工期间，2号线道床隆起最大约 4 mm。通过数据发现，由于4号线右线先进行穿越施工，等4号线左线穿越施工时，由于冷冻时间过长、冷冻温度过低导致既有线道床隆起变形较大。

(4)穿越工程中通过对地铁既有线变形监测数据结果进行分析，真实反馈地铁变形情况，指导外部施工，保证既有线安全运营。