地下工程施工对既有地铁隧道的变形控制研究

2022-12-13田雷黄高亮张芳川狄少贤冯麟俊

城市建设理论研究（电子版） 2022年32期

田雷黄高亮张芳川狄少贤冯麟俊

1. 中铁三局集团桥隧工程有限公司四川成都 610014 2. 杭州市建设工程质量安全监督总站浙江杭州 310013

针对上述基坑开挖与盾构区间施工对既有隧道影响的问题，国内学者已开展了广泛研究。戚科骏等[7]以上海某邻近隧道基坑工程为背景，模拟基坑开挖不同阶段、不同施工方案对隧道的影响，结果显示基坑底部加固深度和暴露时间影响隧道最终变形。高广运等[8]以上海某邻近地铁隧道基坑工程为背景，建立数值模型采用坑外二次加固分析单侧基坑开挖引起隧道不对称变形。陈锦剑等[9]结合上海某工程案例，采用非线性有限元研究两侧深基坑开挖对运营隧道的影响并对控制措施有效性进行了评估。高广运等[10]采用数值方法模拟软土地区深基坑的分步开挖和支护过程对地铁隧道变形的影响。王燕燕等[11]结合具体工程实例，采用数值方法模拟基坑开挖过程对地铁隧道和车站的影响，并提出了相应保护措施。陈俊生等[12]以广州某紧邻地铁隧道大型基坑工程为例，讨论了基坑不同开挖顺序的优缺点以及可行性。

本文以杭州地铁8号线一期工程文海南路站、文海南路站-文桥区间风井区间为工程依托，针对基坑开挖与盾构隧道近距离穿越既有地铁车站及隧道的影响问题，采取基坑跳坑结合地中壁方式施工，分别从8号线车站主体基坑施工、换乘通道基坑开挖、盾构施工三个方面对既有1号线车站区间的影响采用现场监测及有限元模拟展开研究。本研究对于基坑开挖与盾构隧道近距离穿越既有地铁车站及隧道的施工扰动及控制具有重要意义。

1 工程概况

杭8号线一期工程起于与既有1号线换乘的文海南路站，至一期工程终点新湾路站，线路全长约17.1km地下线。

文海南路站为1号线和8号线通道方式换乘车站，二者均为地下两层站。文海南路站-文桥区间风井区间侧穿1号线文海南路站-云水站区间。

1.1 8号线文海南路站

图1为8号线文海南路站总平面图，全长587m，宽度19.7m，底板埋深约为18m，为单柱双跨车站，以北紧邻2号渠，以南为1号线文海南路站，全长299m，宽度22.7m，为双柱三跨车站，深度同上。8号线车站结构距1号线车站结构距离约5m、距1号线区间结构约8.3m。

图1 文海南路站总平面图

1.2 8号线基坑及与1号线文海南路站相互关系

8号线文海南路站基坑长约587m，宽度约21.1m，外扩段宽度约为25.2m，深度约17m，盾构井段深度约18.8m。在文海南路站东端头始发后，沿2号大街向东铺设，与1号线文海南路站-云水站区间侧穿。文海-文桥与1号线文云区间最小净距为11.22m。基坑开挖范围内以填土、粉砂、砂质粉土地层为主，坑底下主要分布为砂质粉土夹淤泥质粉质黏土、淤泥质粉质黏土、粉质黏土夹粉砂等强度较低的软土。车站侧墙采用复合墙体系，靠近1号线一侧的主体围护结构采用1000mm地连墙，另一侧采用800mm地连墙。标准段采用5道支撑，其中第1道为钢筋混凝土支撑，其余为预应力补偿钢支撑系统。为减小基坑开挖对1号线影响，在长度方向采用封堵墙分割为7个小基坑，采用跳坑施工。

图2所示为8号线文海南路站和既有1号线相互关系图。图3所示为8号线文海南路车站与1号线文海南路车站站点及区间关系断面图。

图2 8号线文海南路站和既有1号线结构相互关系图

图3 8号线文海南路车站与1号线车站及区间关系断面图

2 现场实测数据分析

为实时监测数据，工程自文海南路里程K37+278起每隔6m分别在隧道上、下行线（上方为下行线）中心线顶端布设监测点直至里程K37+578，共计102个监测点。同时对车站上、下行线表面对应隧道中心线位置分别布设了20个监测点，监测点之间距离间隔10m。

2.1 隧道沉降监测

邻近基坑施工开挖卸载往往会引起既有地铁隧道偏移，图4所示为既有1号线隧道沉降变形图。可以看出，最大纵向偏移量为5.8mm，位置处于近基坑隧道的中间位置，并且靠近基坑开挖侧的隧道变形远远大于背离测，与后续小节的数值模拟结果拟合。

从深度访谈和问卷访谈内容可以看出，殡仪馆从业青年对职业具有高度的自我认同感，他们中绝大多数在被问道：“您的内心是否对职业自我认同？”时，几乎毫无迟疑给出了肯定答案。

图4 隧道沉降变形图

2.2 隧道水平位移监测

图5所示为隧道水平位移图，其中靠近基坑侧的隧道水平偏移量远大于背离侧，上行线最大水平偏移量为1.6mm，下行线则为5.6mm，并且均靠近隧道中间位置，满足隧道变形限制要求。

图5 隧道水平位移图

3 三维数值模拟分析

3.1 数值模型及计算参数选取

采用HSS模型，下表为采用的土体参数。

表1 土体模型参数表

3.2 8号线基坑开挖三维分析

模型尺寸为720m×120m×60m（x方向×y方向×z方向）。在原分坑基础上靠近1号线区间的部分，每个约40 m的各个基坑中部增加一道地中壁。采用对称开挖，待两侧的主体结构回筑完成后，凿除地中壁。该方式起到缩小基坑规模及减小基坑变形的效果。开挖基坑端头采用800@600三轴搅拌桩加固，端头贴壁处采用800@600旋喷桩加固贴合。围护结构最大深度约47m，模型示意如图6所示。

图6 三维模型示意图

图7所示为围护结构位移Uy的云图。结果表明施工完成后，围护结构水平最大位移Uy为8.55mm，方向均为朝向坑内。分坑施工效果明显，并且可以看出，Uy以封堵墙为界呈“W”状。

图7 围护结构y方向位移

图8为既有1号线结构沿y方向位移云图。从图中可以看到，既有1号线车站Uy最大值位于模型下部小里程端头附近（2.8mm），这是因为此处车站较窄且刚度较小。既有1号线区间Uy在下部小里程区间的最大值为2.6mm，上部大里程区间的最大值为2.1mm。变形没有呈现“W”状是因为既有车站结构刚度大，抗变形比较强，此部分没有采用地中壁，车站基坑长度约为80m，而区间附近的小基坑约为40m。

图8 既有1号线结构y方向位移云图

3.3 8号线盾构施工三维分析

8号线区间盾构施工与既有1号线交叠范围内的长度约7 0 m，计算模型的尺寸为74m×75m×40m（x方向×y方向×z方向）。

图9，图10分别给出了8号线右线施工完成后对既有1号线左线的z方向和x方向的位移云图。从图中可以发现，既有1号线区间的竖向最大位移为2.339mm，最大水平位移为0.413mm。图11、图12分别给出了8号线左线施工完成后对既有1号线左线的z方向和x方向云图。从图中我们可以发现，既有1号线区间的竖向最大位移为2.643mm，最大水平位移为0.445mm，满足规范控制要求。