新建地鐵線路對(duì)既有線路的變形機(jī)制探究

葉健波 葉濤

摘要：為探究新建線路施工對(duì)既有線路的各項(xiàng)位移演變規(guī)律，以期為后續(xù)復(fù)雜環(huán)境條件下地鐵施工的風(fēng)險(xiǎn)把控、過程管理、施工監(jiān)控量測等提供技術(shù)指導(dǎo)。以烏魯木齊軌道交通工程為例，借助三維有限元軟件，模擬了新建地鐵線路穿越過程中典型危險(xiǎn)施工工況，揭示了線路穿越過程沉降及水平變形動(dòng)態(tài)演變規(guī)律。并基于此，提出了一套新建線路穿越施工過程風(fēng)險(xiǎn)把控技術(shù)要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：新建線路 既有線路 變形機(jī)制 線路穿越 數(shù)值模擬

城市的飛速發(fā)展，地下鐵路建設(shè)蓬勃發(fā)展，城市軌道交通已經(jīng)進(jìn)入了網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營時(shí)代[1]。在此環(huán)境下，不可避免遇到各類工程交叉現(xiàn)象[2]，由此衍生的施工風(fēng)險(xiǎn)不斷提升[3]，已成為地下工程施工領(lǐng)域的施工技術(shù)難點(diǎn)。針對(duì)地鐵及地下隧道穿越工程的施工風(fēng)險(xiǎn)把控，目前的研究多集中于風(fēng)險(xiǎn)的處理措施上，如：采用深孔注漿改善相關(guān)土體參數(shù)[4]、采用背后回填及補(bǔ)償注漿技術(shù)控制沉降[5]、采用大管棚支護(hù)并運(yùn)用交叉中隔壁法施工[6]等，均有效的降低了施工過程風(fēng)險(xiǎn)。但目前的研究往往忽略施工期間變形的動(dòng)態(tài)演變過程，不區(qū)分工況間的差異性，采用同一措施對(duì)不同工況進(jìn)行控制，即造成了大量工程浪費(fèi)，處理不當(dāng)往往造成二次風(fēng)險(xiǎn)。

基于此，結(jié)合既有工程背景，以三維模擬變形數(shù)值為基礎(chǔ)提出一套風(fēng)險(xiǎn)把控技術(shù)要點(diǎn)，可為后續(xù)復(fù)雜地下工程穿越提供技術(shù)指導(dǎo)作用。

1工程概況

烏魯木齊軌道交通2號(hào)線二期全長13.35km，起點(diǎn)為華山街，終點(diǎn)為機(jī)場東，共設(shè)車站6座。

其中烏魯木齊2號(hào)線過國際機(jī)場站后于里程YDK33+990.382位置以約20°角斜向下穿既有1號(hào)線區(qū)間隧道，豎向最小凈距約5.50m。下穿段區(qū)間采用上下臺(tái)階預(yù)留核心土法施工。

2場地地層巖性及水文地質(zhì)條件分析

結(jié)合地勘資料，該工程區(qū)域不同土體物理力學(xué)性能如表1所示：

3數(shù)值模型分析

考慮施工過程的空間效應(yīng)，對(duì)新建區(qū)間開挖區(qū)域和既有線結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維實(shí)體建模。為確保三維模型有足夠的計(jì)算精度并盡量減少收斂時(shí)間，對(duì)模型范圍作出了一定的限定，南、北向?qū)挾热?00m，東西縱向?qū)挾热?00m；垂直方向上從地表以下取50m。

模擬工況如表2所示：

注：“右+20”表示右線開挖至既有線前20m，依次類推。

計(jì)算模型如圖1所示：

4結(jié)果分析

左線上下臺(tái)階掘進(jìn)至穿越既有區(qū)間正下方時(shí)，既有區(qū)間右線距離正下穿區(qū)約16m位置仰拱處沉降最大，為9.741mm，最大水平變形同樣出現(xiàn)在此右線附近，為1.046mm。

5穿越過程風(fēng)險(xiǎn)把控要點(diǎn)

5.1施工措施建議

根據(jù)上述對(duì)既有線穿越過程變形動(dòng)態(tài)演變過程分析，穿越既有線施工過程，應(yīng)從以下幾點(diǎn)控制其風(fēng)險(xiǎn)：

（1）對(duì)掌子面進(jìn)行超前注漿加固同時(shí)加強(qiáng)初期支護(hù)，加固范圍為穿越既有線范圍前后各20m。

（2）加強(qiáng)對(duì)該段隧道的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)，施工與監(jiān)控量測同步進(jìn)行，對(duì)隧道圍巖支護(hù)結(jié)構(gòu)、圍巖應(yīng)力、地面沉降等加強(qiáng)監(jiān)測，尤其是開挖過程中掌子面正上方地面沉降監(jiān)測，確保施工過程敏感區(qū)域的沉降控制效果。

（3）施工中應(yīng)通過超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，對(duì)不良地質(zhì)作用及特殊巖土提前采取應(yīng)對(duì)措施，通過施工過程中揭示的地質(zhì)情況及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)，提高風(fēng)險(xiǎn)把控意識(shí)，建立預(yù)警機(jī)制。

6結(jié)論

本文通過Midas/GTS模擬了三維施工工況下烏魯木齊市軌道交通2號(hào)線二期工程穿越既有1號(hào)線施工豎直沉降及水平位移變形動(dòng)態(tài)演變規(guī)律，得到的主要結(jié)論如下：

（1）烏魯木齊穿越既有線豎直沉降及水平位移影響范圍約為下穿段正下方前后5m，與穿越段結(jié)構(gòu)豎向凈距、土層信息及開挖方式等因素直接相關(guān)。

（2）穿越既有線施工過程中，既有線豎直沉降及水平位移均隨開挖過程呈現(xiàn)反“Z”字形增大，豎直沉降變化速率較水平位移變化速率大，且同時(shí)在區(qū)間第一次正下方穿越過程時(shí)達(dá)到最大值。第一次穿越既有線造成的豎直沉降約占總沉降的2/5。

（3）區(qū)間二次穿越對(duì)既有線的豎向沉降及水平位移影響較小，由于二次穿越對(duì)既有線造成的豎向沉降約占總沉降的1/10。

（4）既有線路的最大水平及豎直變形均出現(xiàn)在開挖掌子面鄰近既有線區(qū)域附近，與穿越段區(qū)間走向直接相關(guān)。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：中鐵十一局集團(tuán)有限公司1

中鐵隆工程集團(tuán)有限公司2）

作者簡介：葉健波（1991—），男，2014年畢業(yè)于西南交通大學(xué)機(jī)械工程及其自動(dòng)化專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，助理工程師。