赵华新
北京城建设计发展集团股份有限公司北京100037
摘要:以工程实例为主要依据,对新建地铁隧道下穿既有地铁车站介绍时,下穿隧道设计方案的研究比选,通过数值模拟计算的方式来分析,新建隧道施工对既有车站的影响;根据现场施工监测到的数据,我们可以发现在大型管棚的支撑下,利用交叉中隔壁法(CRD)近距离施工的隧道下穿既有车站,对既有地铁车站的结构以及运营安全提供了有效地保障。
关键词:区间隧道;下穿;既有地铁车站;施工技术
前言:中国的轨道交通具有容量大,运输方式快,解决交通拥堵的能力,减少城市交通压力,提高公共交通服务水平的优势。它在中国的交通运输中发挥着重要作用。随着城市化进程的加快,城市轨道交通建设不断发展。由于调整了轨道交通网络的规划,一些新的地铁车站没有保持长期的换乘条件。不可避免地,新建隧道施工对现有的地铁线路产生了很大的影响,基于此,有必要对设计方案进行科学合理地利用,并且采取有效地施工措施,降低影响既有线路的程度,保障既有线结构,并且更要保障运营安全。
本文以某市新建地铁5号线区间隧道下穿既有地铁1号线车站为例,对下穿既有地铁区间隧道方案进行研究比选,并计算和分析了既有地铁区间隧道方案对既有车站的影响,并且以施工的监测数据为主要依据,对方案的安全性和可行性进行了充分的验证,使隧道安全穿越既有1号线车站。
1.工程概况
关于既有地铁1号线的车站,南北向是既有地铁1号线的车站布置方向,既有地铁1号线的车站结构为地下2层双柱三跨箱型框架结构;新建地铁5号线某车站,为东西方向,垂直于地铁1号线,新建地铁5号线某车站结构为地下3层双柱三跨箱型,并换乘1号线。因为实施1号线车站工程时,关于5号线的工程规划和计划还在进行中,因此,没有预留1号线车站的换乘条件,从而在建设5号线时,需要重新修建1号线车站的侧墙部分,并且关于已完成的1号线车站,5号线的区间隧道将需要下穿。在对隧道施工中,必须对2排1号线车站的主体围护桩进行拆除,围护桩是φ800mm@1300mm钻孔灌注桩。根据施工进度,5号线隧道进行建设时,既有1号线车站正处于试运营状态。
图1:新建隧道与既有车站关系图
2.简析新建地铁隧道下穿既有运营隧道对既有车站的影响
2.1控制既有车站变形的标准
进行了解以及考虑地铁运营安全的关键作用,新建工程不但严格要求既有地铁结构变形控制标准,而且也严格要求了既有轨道变形标准。在既有地铁下部隧开挖时,会严重的引起车站结构的附加变形,变形会引起轨道偏差,最终对线路的平整度造成影响,严重的情况下,会给列车运行的安全性造成威胁。
2.2关于既有车站变形的计算模型
对Midas-GTS有限元分析软件进行选取,然后对三维有限模型进行构建,进行计算以及分析既有车站水平位移、以及沉降,既有1号线为Y轴方向,5号线隧道为X型轴方向,垂直方向为Z轴,X轴方向的长度是44米,模型Y方向的长度是60米,模型Z轴方向的长度是40米。在模型的X,Y方向和底部应用法线约束,自由表面是上表面。在周围的岩石材料中,利用摩尔-库仑弹塑性模型。新隧道以及现有站作为弹性材料,计算模型1号线车站和新隧道之间的关系是相互的,见图2。
图3:既有车站结构变形值
3.关于隧道下穿既有车站的施工简析
3.1关于隧道下穿既有车站的施工技术方案
综合考虑既有车站的技术成熟的程度、技术的成本,技术的安全性,除减少对现有站的影响外,隧道段的施工方法是矿山法,马蹄形截面,CRD工法以及复合衬砌等等。关于隧道初始分支的顶部,现有站台底部与现有车站底部之间的最小距离在2米左右,以避免层间土壤坍塌。隧道的下部由φ108毫米长的管棚+φ42毫米的小导管支撑。首先建造一条左线隧道,然后建造一条右线隧道,左右隧道交错16米(2D)。隧道初期建设完成支后,为了减少由于隧道开挖给地层造成损失,初期支护的后部应及时灌浆,隧道顶部的灌浆管必须延伸到现有车站底板的位置,进行填充以及加固隧道顶部夹层土的空隙。
3.2关于监测数据的分析
既有车站的监测项目包括:台站结构的水平位移,轨道的沉降,车站的结构沉降,轨道的水平距离等。由于既有车站已经开始运营,轨行区监控不能随时进行,所以,基于人工监测,增添了自动化静力水准监测系统,实时监测能够对既有车站结构的沉降进行实时监测。
2017年9月7日本下穿隧道左长管棚开始施工,及2017年9月21日双线长管棚施工完成,2017年9月20日开挖左线隧道,2017年11月10日开挖右线隧道,左线下穿段初期支护于2017年10月16日完成,并且双线下穿初期支护于2018年1月5日完成。
在左、右线隧道下穿既有车站施工过程中,既有车站结构的累计沉降监测值虽然处于不同的阶段,但是既有车站结构和轨道沉降值均控制为小于4毫米,对地铁结构以及运营安全控制值进行满足。
4.选择和确定隧道下穿既有车站施工方案
对于方案实施的选择,应该依据具体工程建设的实际情况来进行。在该工程过程中,主要利用侧孔法施工,并且利用钢管复合注浆支护技术,以便控制既有线的沉降,以及工作面的稳定性。高压注浆在隧道拱顶外3米范围内进行,钢管长度26米,中间孔上方布置五层,侧孔上方四层。车站开挖的方法是先开挖侧孔,然后挖中间孔。初期支护为钢筋喷射混凝土,钢筋喷射混凝土的厚度25厘米,配以锚杆。通过测量,开挖侧洞时,拱顶沉降量为3-4毫米,初支护应力达到4.6MPa,上导坑开挖过程中会发生沉降。
结束语:
综上所述,根据隧道下穿既有地铁站的实际状况,对隧道设计方案进行比选,然后,对新建隧道施工对既有车站的影响通过有限元计算的方式进行分析,最后,进行对比分析施工监测数据,得出下面的结论:
1)值得借鉴的是采用的施工方法是矿山法、马蹄形截面、CRD工法以及复合衬砌的优点。混凝土施工技术比较成熟,成本比较低,影响现有站的综合接地和地面防水程度小。
2)在工程地质条件下,矿山法,CRD工法等施工方法是区间隧道所利用的,近距离下穿现有站点,使站点结构最大沉降和最大水平位移;均符合变形控制标准。
3)以现场施工和监测数据为主要依据,发现管棚尽管能对隧道顶部夹心土的塌方进行有效地防止,然而,在管棚施工过程中,引起了既有车站沉降1.8毫米,即管棚没有防沉降,防塌方的特点。根据施工监测数据,隧道下穿现有地铁车站,3.8毫米是最大的沉降量,3.4毫米的轨道也是最大沉降量,它们均与变形控制标准相一致,并成功的下穿既有地铁1号线。
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