李興高

(北京交通大學(xué) 土建學(xué)院，北京 100044)

0 引言

隨著我國(guó)城市軌道交通線網(wǎng)的大規(guī)模建設(shè)，必然會(huì)遇到線路之間的交叉和換乘，產(chǎn)生新建隧道在既有地鐵線路附近施工的問(wèn)題。隧道施工不可避免地對(duì)既有線結(jié)構(gòu)產(chǎn)生擾動(dòng)，影響到對(duì)既有線的運(yùn)營(yíng)。但只要通過(guò)有效的工程措施，將這種影響降低到列車安全運(yùn)營(yíng)允許的范圍內(nèi)，施工即可正常進(jìn)行。問(wèn)題的關(guān)鍵在于設(shè)定合理的、保證既有線安全運(yùn)營(yíng)所需要的各項(xiàng)指標(biāo)及其管理值，統(tǒng)一納入到既有線變形的控制標(biāo)準(zhǔn)體系之中，以便于在新線隧道信息化設(shè)計(jì)和施工中，通過(guò)監(jiān)控量測(cè)和信息反饋，使既有地鐵線的結(jié)構(gòu)狀態(tài)和安全運(yùn)營(yíng)始終處于可控的狀態(tài)之內(nèi)。

既有地鐵線變形控制標(biāo)準(zhǔn)可分為兩類，一是隧道結(jié)構(gòu)變形控制標(biāo)準(zhǔn)，二是軌道結(jié)構(gòu)變形控制標(biāo)準(zhǔn)。因二者的養(yǎng)護(hù)維修方法、環(huán)境條件以及在線路運(yùn)營(yíng)中的功能等方面的不同，相應(yīng)的變形控制標(biāo)準(zhǔn)確定方法也不相同。軌道結(jié)構(gòu)變形控制標(biāo)準(zhǔn)與扣件類型、線路類型、運(yùn)營(yíng)速度和線路養(yǎng)護(hù)維修條件等現(xiàn)場(chǎng)工作條件有著密切關(guān)系，需要綜合考慮確定。而既有線隧道結(jié)構(gòu)變形控制標(biāo)準(zhǔn)的確定也是一個(gè)十分復(fù)雜的問(wèn)題，涉及到既有線的現(xiàn)狀承載能力和施工對(duì)既有線的變形影響。由于計(jì)算巖土力學(xué)本身所固有的、在計(jì)算模型和計(jì)算參數(shù)兩方面的不確定性，隧道結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀承載力和施工影響預(yù)測(cè)是兩項(xiàng)很難精確做好的工作。有鑒于此，本文在對(duì)已有工程實(shí)例變形控制標(biāo)準(zhǔn)總結(jié)的基礎(chǔ)上，詳細(xì)研究了軌道結(jié)構(gòu)和隧道結(jié)構(gòu)變形控制標(biāo)準(zhǔn)的確定方法。另外，目前工程中越來(lái)越強(qiáng)調(diào)施工過(guò)程中的動(dòng)態(tài)控制和分級(jí)管理，本文在最后研究了既有地鐵線路控制標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)分問(wèn)題。

1 典型工程變形控制標(biāo)準(zhǔn)匯總

美國(guó)波士頓的中央交通主動(dòng)脈隧道C11A1標(biāo)—Ⅰ-93州際公路北向隧道段下穿Redline地鐵(車站)、MBTA 電車隧道(車站)［1－3］工程規(guī)定既有結(jié)構(gòu)彎曲變形警戒值為6 mm，極限值為10 mm。倫敦地鐵Jubilee延長(zhǎng)線下穿5條地鐵線的10條隧道工程中，Bakerloo線隧道沉降控制在10 mm以內(nèi)，Northern線隧道沉降控制在15 mm以內(nèi)。意大利Bologna市郊公路隧道下穿既有Ravone高速鐵路站場(chǎng)工程，隧道在既有線列車速度80 km/h的條件下進(jìn)行施工。為保證既有鐵路線的正常運(yùn)營(yíng)，對(duì)施工導(dǎo)致的鐵路沉降制訂了嚴(yán)格的限制標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表1。北京地鐵5號(hào)線崇文門站下穿既有地鐵2號(hào)線崇文門站[1]工程的既有線隧道結(jié)構(gòu)和軌道結(jié)構(gòu)變形控制標(biāo)準(zhǔn)(見(jiàn)表2)。北京地鐵10號(hào)線一期工程北土城東路站—芍藥居站盾構(gòu)區(qū)間下穿既有城鐵13號(hào)線，芍藥居站工程中，對(duì)盾構(gòu)下穿城鐵13號(hào)線提出如下要求:整體道床沉降要求不超過(guò)30 mm;確保施工引起地表沉降量不超過(guò)5 mm。北京首都機(jī)場(chǎng)線東直門站上(下)穿既有城鐵13號(hào)線東直門站后折返線工程的既有線軌道結(jié)構(gòu)和隧道結(jié)構(gòu)變形控制標(biāo)準(zhǔn)(見(jiàn)表3和表4)。上海地鐵4號(hào)線上海體育場(chǎng)站下穿越地鐵1號(hào)線上海體育場(chǎng)站工程規(guī)定施工引起的地鐵結(jié)構(gòu)變形必須滿足如下條件[2]:①軌道高差(縱向)<4 mm/10 m;②地鐵結(jié)構(gòu)絕對(duì)沉降量≤20 mm。上海東方路—張楊路下立交工程上穿已建R2線、在建M4線及規(guī)劃R4線三條軌道交通線的區(qū)間隧道[3]工程，運(yùn)營(yíng)地鐵隧道對(duì)變形控制要求極高，工程規(guī)定各種卸載和加載活動(dòng)對(duì)運(yùn)營(yíng)地鐵隧道的影響必須滿足:①地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)施絕對(duì)沉降量及水平位移量≤20 mm;②隧道變形曲線的曲率半徑R≥15 000 m;③相對(duì)彎曲≤1/2 500。上海軌道交通8號(hào)線(M8線)曲阜路—人民廣場(chǎng)區(qū)間在人民廣場(chǎng)上穿2號(hào)線[4]，工程采用土壓平衡式盾構(gòu)掘進(jìn)，施工中制訂的運(yùn)營(yíng)中2號(hào)線結(jié)構(gòu)變形控制標(biāo)準(zhǔn)為:隧道結(jié)構(gòu)縱向沉降與隆起值為 ±5 mm，縱向水平位移控制值為±5 mm，此外還必須滿足《上海市地鐵沿線建筑施工保護(hù)地鐵技術(shù)管理暫行規(guī)定》的要求。廣州地鐵2號(hào)線火車站—三元里區(qū)間隧道下穿越廣州火車站站場(chǎng)工程，要求隧道施工所造成的地表沉降不得超過(guò)±10 mm，每條線兩根軌道高差不得大于4 mm。LO和 RAMSAY(1991)[5]通過(guò)多倫多地鐵隧道上方基坑開(kāi)挖的實(shí)例，說(shuō)明了鄰近開(kāi)挖引起既有隧道襯砌縱向、橫向上的應(yīng)力和變形的變化，主要討論了既有隧道結(jié)構(gòu)和運(yùn)營(yíng)的要求、土體表觀參數(shù)選取、襯砌上附加應(yīng)力和變形的預(yù)測(cè)、施工控制標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。舊金山MUNI隧道上穿既有BART隧道工程施工中，BART隧道位移允許的極限值為:襯砌收斂1.0英寸、仰供下沉或隆起0.5英寸、軌道最大傾斜為0.75英寸/31英尺。KOBAYASHI等(2003)全面描述了城市隧道下穿既有運(yùn)營(yíng)鐵路的的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和施工，按照鐵路的維修程度建立了3項(xiàng)控制標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)軌道的沉降超過(guò)控制標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，就啟動(dòng)三級(jí)應(yīng)急管理程序。深井降水允許的軌道沉降為2～4 mm，隧道開(kāi)挖允許的軌道沉降為3～6 mm，軌道最終的允許沉降為 10 mm。Moss和 Bowers(2006)介紹了 CTRL高速鐵速隧道近距離下穿6條既有地鐵隧道的工程情況，對(duì)每個(gè)隧道穿越進(jìn)行了系統(tǒng)的評(píng)估，計(jì)算每條既有隧道允許的彎曲曲率，研究發(fā)現(xiàn)鑄鐵管片隧道最容易受地層運(yùn)動(dòng)的影響。對(duì)于承載能力不足的隧道，施工前放松了襯砌管片的環(huán)向接頭螺栓。

2 軌道結(jié)構(gòu)變形標(biāo)準(zhǔn)確定方法

軌道結(jié)構(gòu)變形允許極限值主要取決于軌道結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護(hù)維修規(guī)則和扣件類型，同時(shí)需考慮在軌道可調(diào)范圍內(nèi)限界(包括行車、設(shè)備和建筑限界)的要求。軌道結(jié)構(gòu)的變形控制指標(biāo)有道床沉降控制值(包括下沉和上浮)、道床沉降速率控制值、道床不均勻沉降控制值、道床與結(jié)構(gòu)的剝離控制值和軌道靜態(tài)幾何尺寸管理值。

表2 既有線結(jié)構(gòu)變形預(yù)警值和允許值 mm

表3 軌道結(jié)構(gòu)沉降變形預(yù)警值和允許值 mm

表4 既有線變形控制標(biāo)準(zhǔn) mm

當(dāng)軌道結(jié)構(gòu)變形不影響限界時(shí)，可將根據(jù)軌道結(jié)構(gòu)和維修標(biāo)準(zhǔn)確定的既有線軌道結(jié)構(gòu)變形累計(jì)控制值作為軌道變形允許極限值;當(dāng)軌道結(jié)構(gòu)變形影響限界時(shí)，需根據(jù)限界要求修改軌道結(jié)構(gòu)變形累計(jì)控制值，然后將修改后的軌道結(jié)構(gòu)變形累計(jì)控制值作為軌道變形允許極限值。由于軌道結(jié)構(gòu)在沉降允許極限值內(nèi)是需要按照養(yǎng)護(hù)維修標(biāo)準(zhǔn)及時(shí)維修調(diào)整的，因此可將根據(jù)軌道維修規(guī)則確定的日變形速率控制值作為軌道變形速率允許極限值。通常，將軌道變形允許極限值考慮一定的安全儲(chǔ)備來(lái)確定軌道結(jié)構(gòu)變形控制標(biāo)準(zhǔn)。

由于施工期間為非常時(shí)期，需要每天對(duì)線路進(jìn)行檢查和保養(yǎng)，因此可取經(jīng)常保養(yǎng)的軌道靜態(tài)幾何尺寸允許偏差管理值作為日變形極限值，允許軌道結(jié)構(gòu)每天發(fā)生的變形極限值，包含穿越施工引起的軌道變形和運(yùn)營(yíng)引起的軌道磨損變形等。施工引起日變形控制值理論上應(yīng)為日變形極限值減去運(yùn)營(yíng)引起的軌道磨損，但是考慮變形量過(guò)大每天的軌道維修保養(yǎng)工作量將會(huì)大大增加，所以在考慮適宜軌道維修保養(yǎng)工作量的條件下，根據(jù)運(yùn)營(yíng)線路日常磨耗情況可將日變形極限值進(jìn)行折減，一般可取日變形極限值的30% ～50%作為日變形控制值。

軌道結(jié)構(gòu)的累計(jì)變形極限值可定義為通過(guò)增加扣件零部件種類和調(diào)高墊板等方法能使鋼軌方向和軌面高程基本復(fù)原的軌道結(jié)構(gòu)變形累計(jì)值。因此，軌道結(jié)構(gòu)的累計(jì)變形極限值的大小取決于扣件的類型和扣件可調(diào)范圍的大小。當(dāng)軌道沉降超過(guò)經(jīng)常保養(yǎng)管理值時(shí)，需通過(guò)調(diào)整墊片來(lái)進(jìn)行軌道維修。表5列舉了目前北京地鐵整體道床常用的幾種扣件的可調(diào)量和調(diào)高墊板的規(guī)格。

表5 地鐵常用整體道床扣件可調(diào)量 mm

考慮到施工結(jié)束后既有線還將正常運(yùn)營(yíng)，因此穿越施工時(shí)不宜將扣件可調(diào)量用足，應(yīng)將扣件的可調(diào)量作為軌道變形累計(jì)極限值，軌道變形允許極限值一般取軌道變形累計(jì)極限值的50%左右。

以北京為例，地鐵運(yùn)營(yíng)公司對(duì)既有運(yùn)營(yíng)線路軌道變形允許極限值的要求是很明確的，即運(yùn)營(yíng)地鐵的軌道應(yīng)滿足《北京地鐵工務(wù)維修規(guī)則》中確定的軌道日常維修要求?！侗本┑罔F工務(wù)維修規(guī)則》中規(guī)定了軌道和道岔靜態(tài)幾何尺寸的計(jì)劃維修和經(jīng)常保養(yǎng)管理值，歸納見(jiàn)表6，施工期間軌道的變形可按經(jīng)常保養(yǎng)管理值進(jìn)行控制。

根據(jù)軌道結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀測(cè)量和相應(yīng)的工務(wù)修理規(guī)則，并復(fù)核線路限界的要求，可確定在穿越施工期間既有線軌道結(jié)構(gòu)的變形控制標(biāo)準(zhǔn)，建議方法如下:

1)軌道和道岔日變形控制標(biāo)準(zhǔn)取靜態(tài)幾何尺寸偏差管理值的30%，每日停運(yùn)后需對(duì)軌道和道岔進(jìn)行檢查，嚴(yán)格控制軌道和道岔的靜態(tài)幾何尺寸，偏差超標(biāo)必須及時(shí)進(jìn)行維修。

表6 整體道床線路靜態(tài)幾何尺寸允許偏差管理值 mm

2)結(jié)合線路扣件類型，當(dāng)?shù)来渤两禃r(shí)，需在沉降位置處扣件下增加調(diào)高墊板以調(diào)整軌道頂面高度;當(dāng)上浮時(shí)，應(yīng)在上浮結(jié)構(gòu)兩側(cè)增加調(diào)高墊板調(diào)整軌道頂面高度，滿足靜態(tài)幾何尺寸偏差管理要求。以DTⅥ2型扣件為例，其可調(diào)量為30 mm，且可采用鐵墊板進(jìn)行調(diào)高，理論上道床沉降極限值可取±30 mm，但考慮到施工誤差和運(yùn)營(yíng)要求，取DTⅥ2型扣件的可調(diào)量的50%左右，即±15 mm作為道床沉降控制標(biāo)準(zhǔn)。

3)若穿越處為道岔區(qū)，可取其日常保養(yǎng)條件下軌道高低偏差的30%作為軌道日變形極限值，且保證道床結(jié)構(gòu)的日變形量應(yīng)小于等于軌道的日變形量。

4)若在穿越影響范圍內(nèi)存在變形縫，變形縫處容易出現(xiàn)沉降差。對(duì)軌道而言，該處沉降差也需靠扣件來(lái)進(jìn)行調(diào)整，以DTⅥ2型扣件為例，道床沉降差應(yīng)小于DTⅥ2型扣件的可調(diào)量的50%左右，即15 mm。

5)道床的沉降變形可能引起道床開(kāi)裂，道床開(kāi)裂超過(guò)3 mm時(shí)，應(yīng)進(jìn)行修補(bǔ)，以保證其整體性。

6)穿越施工過(guò)程中道床與結(jié)構(gòu)脫離超過(guò)3 mm時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ);脫離在3 mm以內(nèi)時(shí)，待施工穩(wěn)定后修補(bǔ)。道床裂縫可采用磨細(xì)超流態(tài)CGM灌漿料填充，漿料粒徑不大于0.3 mm，采用無(wú)壓灌注法，灌漿材料2 h必須達(dá)到C15強(qiáng)度等級(jí)，并在通車前2 h施工完畢。

3 隧道結(jié)構(gòu)變形標(biāo)準(zhǔn)確定方法

關(guān)于既有線結(jié)構(gòu)變形，關(guān)注的核心問(wèn)題有兩點(diǎn):①既有線結(jié)構(gòu)允許的最大變形值(包括沉降、不均勻沉降、扭轉(zhuǎn)、傾斜等)，它集中體現(xiàn)了既有線結(jié)構(gòu)的安全狀況;②既有結(jié)構(gòu)允許的最大變形速率，因?yàn)樽冃嗡俾实耐蝗辉龃笸ǔＪ悄承┊惓Ｗ兓捏w現(xiàn)，若處理措施不當(dāng)則可能發(fā)生災(zāi)難性事故。既有線結(jié)構(gòu)變形控制指標(biāo)主要有沉降控制值(即最大允許沉降量)、沉降速率控制值(即最大允許沉降速率)、不均勻沉降控制值(即允許的最大差異沉降值)、結(jié)構(gòu)傾斜控制值、結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)控制值等。而具體項(xiàng)目的確定需要結(jié)合實(shí)際工程的特點(diǎn)，從便于實(shí)施的角度選擇。

穿越施工將引起既有線結(jié)構(gòu)附加內(nèi)力和變形。因此，評(píng)估既有線結(jié)構(gòu)在穿越施工期間的安全性，主要看其內(nèi)力的變化，即通過(guò)結(jié)構(gòu)承載力的檢算確定既有線結(jié)構(gòu)的變形允許極限值?？紤]到結(jié)構(gòu)本身的復(fù)雜性，不同施工方法引起的結(jié)構(gòu)變形大小和分布是不同的，結(jié)構(gòu)內(nèi)力的變化也是不同的。因此首先要考慮穿越工程施工可能引起的既有線結(jié)構(gòu)的變形大小和分布形式，根據(jù)變形大小和分布形式，計(jì)算由此可能產(chǎn)生相應(yīng)的結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布，并與現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)承載力進(jìn)行比較，如此反復(fù)驗(yàn)算。

對(duì)于穿越施工引起既有線結(jié)構(gòu)的變形情況，主要基于地層—結(jié)構(gòu)模型，利用成熟的專用商業(yè)巖土計(jì)算軟件，如美國(guó)Itasca公司開(kāi)發(fā)的FLAC3D三維顯式有限差分軟件，通過(guò)對(duì)施工過(guò)程中典型工況的模擬分析，可得到較為準(zhǔn)確的既有線結(jié)構(gòu)變形情況。

對(duì)于既有線結(jié)構(gòu)附加內(nèi)力的計(jì)算，主要基于荷載—結(jié)構(gòu)模型，利用成熟的專用商業(yè)結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件，如韓國(guó)MIDAS公司開(kāi)發(fā)的MIDAS/CIVIL系列程序，采用位移法，以板殼單元建立空間結(jié)構(gòu)模型，通過(guò)對(duì)既有線結(jié)構(gòu)施工前初始狀態(tài)、施工中和施工后不同階段變形狀態(tài)的內(nèi)力計(jì)算分析，得到既有線結(jié)構(gòu)的內(nèi)力變化。初始狀態(tài)的計(jì)算內(nèi)力值與變形引起的內(nèi)力增量迭加，即可得到結(jié)構(gòu)在沉降變形后的實(shí)際內(nèi)力。同時(shí)，根據(jù)既有線結(jié)構(gòu)的材料強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)尺寸、所配鋼筋及結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀檢測(cè)評(píng)估報(bào)告，通過(guò)強(qiáng)度控制及裂縫控制兩種工況，可計(jì)算出既有線結(jié)構(gòu)所能承受的最大內(nèi)力，即承載能力。

將結(jié)構(gòu)的實(shí)際內(nèi)力與承載能力相比較，即可判斷既有線結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)，進(jìn)而評(píng)估其安全性，確定既有線結(jié)構(gòu)的允許變形極限值。如果結(jié)構(gòu)內(nèi)力沒(méi)有超出現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)內(nèi)力允許值的范圍，則認(rèn)為在穿越施工時(shí)既有線結(jié)構(gòu)是安全的，反之則不安全。當(dāng)結(jié)構(gòu)內(nèi)力超出現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)內(nèi)力允許值時(shí)，應(yīng)重新選定施工工法或采取加強(qiáng)措施，并重復(fù)進(jìn)行既有線結(jié)構(gòu)變形狀態(tài)的計(jì)算，直至所選取的工法引起既有線結(jié)構(gòu)附加內(nèi)力小于現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)內(nèi)力允許值。將選定施工方法對(duì)既有線結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生的最大變形值并考慮一定的安全儲(chǔ)備，以確定既有線結(jié)構(gòu)變形控制值。

可將上述確定既有線結(jié)構(gòu)允許變形極限值的步驟簡(jiǎn)要?dú)w納步驟如下:

1)對(duì)影響范圍內(nèi)既有線結(jié)構(gòu)進(jìn)行現(xiàn)狀調(diào)查和檢測(cè)并評(píng)價(jià)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果確定結(jié)構(gòu)承載力檢算時(shí)計(jì)算參數(shù)的取值。

2)根據(jù)選定的工法，采用地層結(jié)構(gòu)模型，對(duì)既有線結(jié)構(gòu)受建設(shè)施工的影響進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，確定既有線結(jié)構(gòu)的變形模式和變形值。

3)依據(jù)既有線結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀檢測(cè)結(jié)果，可計(jì)算出既有線結(jié)構(gòu)所能承受的最大內(nèi)力，即承載能力。

4)根據(jù)既有線結(jié)構(gòu)形式和變形預(yù)測(cè)結(jié)果，選擇適當(dāng)?shù)暮奢d結(jié)構(gòu)模型，計(jì)算穿越條件下變形引起既有線結(jié)構(gòu)內(nèi)力變化。比較施工引起變形后結(jié)構(gòu)內(nèi)力與現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)承載能力，如果結(jié)構(gòu)內(nèi)力沒(méi)有超出現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)承載能力值的范圍，則認(rèn)為結(jié)構(gòu)在穿越施工時(shí)，既有線結(jié)構(gòu)是安全的，反之則不安全。

5)當(dāng)結(jié)構(gòu)內(nèi)力超出現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)內(nèi)力允許值時(shí)，應(yīng)重新選定施工工法或采取加強(qiáng)措施，并重復(fù)第四步和第五步，直至所選取的工法引起既有線變形的結(jié)構(gòu)內(nèi)力小于現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)承載能力值。

6)將選定施工方法對(duì)既有線結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生的最大變形值并考慮一定的安全儲(chǔ)備確定為既有線結(jié)構(gòu)變形控制值。

7)綜合考慮軌道結(jié)構(gòu)變形的要求，確定結(jié)構(gòu)變形允許極限值。若相對(duì)于軌道結(jié)構(gòu)變形極限值，結(jié)構(gòu)變形允許極限值偏大，則以軌道結(jié)構(gòu)變形允許極限值作為結(jié)構(gòu)變形允許極限值;反之，結(jié)構(gòu)變形允許極限值保持不變。

8)結(jié)合已有類似工程經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，經(jīng)專家的討論進(jìn)一步修正或調(diào)整前面得到變形極限值，將討論后的結(jié)果作為實(shí)際工程中采用的控制標(biāo)準(zhǔn)。

4 隧道、軌道結(jié)構(gòu)變形控制標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)系

既有線結(jié)構(gòu)允許的變形極限值不僅取決于既有線結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀和施工影響，還取決于軌道結(jié)構(gòu)允許的變形極限值。當(dāng)既有線為運(yùn)營(yíng)線路時(shí)，隧道結(jié)構(gòu)變形與軌道結(jié)構(gòu)變形發(fā)展應(yīng)趨向一致，結(jié)構(gòu)變形控制指標(biāo)中沉降控制值、沉降速率控制值、不均勻沉降控制值3個(gè)指標(biāo)與軌道結(jié)構(gòu)變形控制指標(biāo)中道床沉降控制值、道床沉降速率控制值、道床不均勻沉降控制值3個(gè)指標(biāo)關(guān)系極為密切。一般情況下隧道結(jié)構(gòu)變形大于等于軌道結(jié)構(gòu)變形，隧道結(jié)構(gòu)變形允許極限值的確定必須充分考慮軌道結(jié)構(gòu)變形的控制。從安全運(yùn)營(yíng)的角度出發(fā)，隧道結(jié)構(gòu)變形必須服從于軌道結(jié)構(gòu)變形，以保證隧道結(jié)構(gòu)變形在極限值范圍內(nèi)發(fā)生變形時(shí)，軌道結(jié)構(gòu)發(fā)生的變形不超過(guò)軌道結(jié)構(gòu)變形允許極限值，從而防止道床與隧道結(jié)構(gòu)的脫離。

5 控制標(biāo)準(zhǔn)的分解執(zhí)行

總變形是各工序變形的累計(jì)，只有保證各工序施工措施到位，引起的變形得到有效控制，才能確保累計(jì)變形得到控制。因此，應(yīng)充分考慮不同施工工序?qū)扔芯€的影響，對(duì)關(guān)鍵工序設(shè)定分步控制值。具體做法是將工程施工過(guò)程劃分為幾個(gè)典型施工階段，按典型施工階段進(jìn)行變位分配控制。前文提到的數(shù)值模擬預(yù)測(cè)施工影響分步進(jìn)行，對(duì)主要工序施工引起既有線的變形量進(jìn)行預(yù)測(cè)，總變形量是分步變形量的疊加。主要依據(jù)計(jì)算得到的不同施工工序變形量之間的比例關(guān)系，并考慮到計(jì)算理論及模型的誤差，結(jié)合既有線結(jié)構(gòu)內(nèi)力核算情況并參考已有的穿越工程實(shí)例，確定本工程主要工序分步變形控制值，即“分步”控制標(biāo)準(zhǔn)。

為做到防范于未然，工程中往往采用“分級(jí)”控制。具體來(lái)說(shuō)，對(duì)于每一典型工序，實(shí)行“三級(jí)”警示制度，分別包括預(yù)警值、報(bào)警值、控制值。監(jiān)測(cè)控制值是指分步控制值，預(yù)警值是指引起警戒措施的起始值，報(bào)警值是指需提出報(bào)警的起始值，一般來(lái)說(shuō)，預(yù)警值取控制值的70%，報(bào)警值取控制值的80%，實(shí)測(cè)值超過(guò)預(yù)警值應(yīng)通知相關(guān)單位，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)頻率，啟動(dòng)對(duì)應(yīng)預(yù)案。但對(duì)于特定工程，典型施工階段劃分和每一警示值的具體數(shù)值還需要詳細(xì)研究和仔細(xì)推敲。

6 工程應(yīng)用實(shí)例

北京城市軌道交通首都機(jī)場(chǎng)線東直門站C區(qū)下穿城鐵13號(hào)線東直門站后折返線，為國(guó)內(nèi)首次大斷面密貼穿越既有線，C區(qū)下穿部分初支結(jié)構(gòu)緊貼折返線底板墊層。下穿折返線暗挖結(jié)構(gòu)采用了洞樁托換施工方案。

折返線采用彈性分開(kāi)式DTⅥ2型扣件，可取其可調(diào)量的50%，即±15 mm作為軌道交通變形允許最大值。但根據(jù)線路測(cè)量結(jié)果，現(xiàn)狀軌道結(jié)構(gòu)隆起最大可調(diào)量為3 mm，取此可調(diào)量的50%左右，即1.5 mm作為軌道結(jié)構(gòu)隆起變形控制標(biāo)準(zhǔn)，而軌道結(jié)構(gòu)沉降變形控制標(biāo)準(zhǔn)可以確定為15 mm。

采用地層—結(jié)構(gòu)模型整個(gè)施工過(guò)程中既有線隧道結(jié)構(gòu)累計(jì)最大上浮值為1.69 mm，累計(jì)最大沉降量為13.5 mm。通過(guò)荷載—結(jié)構(gòu)模型，可以驗(yàn)算在上述變形情況下，結(jié)構(gòu)內(nèi)力沒(méi)有超出現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)承載能力值的范圍。

綜合考慮隧道結(jié)構(gòu)與軌道結(jié)構(gòu)變形控制標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)系，可以確定既有線隧道結(jié)構(gòu)隆起變形極限值為1.5 mm，沉降變形極限值為13.5 mm。

為便于工程控制，又將隧道結(jié)構(gòu)變形控制標(biāo)準(zhǔn)按預(yù)警值、報(bào)警值和控制值進(jìn)一步分解，落實(shí)到每一典型施工步驟，見(jiàn)表7。

表7 結(jié)構(gòu)變形控制指標(biāo) mm

7 結(jié)論

1)既有線的變形控制標(biāo)準(zhǔn)，主要包括兩個(gè)方面的內(nèi)容，即結(jié)構(gòu)變形控制標(biāo)準(zhǔn)和軌道結(jié)構(gòu)變形控制標(biāo)準(zhǔn)。軌道結(jié)構(gòu)變形控制標(biāo)準(zhǔn)的制訂應(yīng)以利于養(yǎng)護(hù)維護(hù)、維修可用為原則，一般可取軌道結(jié)構(gòu)累計(jì)變形控制值的30%～50%作為日變形控制值。結(jié)構(gòu)變形控制標(biāo)準(zhǔn)的確定主要涉及到既有線的現(xiàn)狀承載力和施工對(duì)既有線影響程度兩方面的因素。對(duì)于二者的確定，必須經(jīng)過(guò)完整的計(jì)算分析

2)考慮隧道結(jié)構(gòu)與軌道結(jié)構(gòu)之間的相互作用，隧道結(jié)構(gòu)變形控制標(biāo)準(zhǔn)必須服從于軌道結(jié)構(gòu)變形控制的要求。

3)控制標(biāo)準(zhǔn)的制訂應(yīng)采用“分步、分級(jí)”的原則，將總指標(biāo)分解到每一典型施工步驟，提出分步控制指標(biāo)，分步落實(shí)。對(duì)于第一典型施工步驟，應(yīng)實(shí)行“三級(jí)”控制，針對(duì)不同情況，采用預(yù)警值、報(bào)警值、控制值作為相應(yīng)于不同狀況下的警示值。

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