地铁区间近距离下穿明挖结构的影响分析

地铁区间近距离下穿明挖结构的影响分析

张婕

中铁第四勘察设计院集团有限公司湖北武汉430000

摘要：在建地铁区间上方需同步进行P+R地下停车场建设，考虑到经济性、工筹等因素设计采用明挖法+盾构法施工，上部停车场的明挖结构施工完毕后，盾构区间再近距离下穿。本文对明挖施工及盾构下穿全过程进行数值模拟分析，以确定设计方案及保护措施合理性，并与施工实测数据相比较，验证数值分析可靠性。

关键词：地铁区间；盾构法；下穿；明挖法；数值分析；安全距离

1工程概况

1.1工程背景

武汉轨道交通八号线工程某区间上方地块需进行物业开发，地块分两期建设，一期位于地铁区间正上方，功能为P+R地下一层停车场，与区间同步建设。二期为地下二层结构，位于右线区间西侧，后期与一期结构连通。地下停车场同步建设范围沿隧道方向长度约104m，宽度38m，平面图如下：

图1.1-1区间与地下一层停车场总平面图

1.2工程地质与水文地质

项目所在地貌单元属剥蚀堆积垄岗区（相当于长江冲洪积III级阶地区）。地层由上而下分别是素填土、粉质粘土、粉质粘土夹砾石、碎石混黏性土、强风化泥质粉砂岩，中风化泥质粉砂岩。在勘探深度范围内拟建场地地下水类型主要分上层滞水、碎屑岩裂隙水两种类型。上层滞水初见水位在地面下0.3～3.2m间，静止水位在地面下0.3～2.0m。基岩裂隙水多赋存于中～微风化基岩裂隙中，总体而言砂岩等硬质岩呈脆性，多具张性裂隙而含少量裂隙水。

1.3设计方案

下部地铁区间与上部物业开发通常可采用明挖法合建，但此建设范围区间线路为直线上坡，坡率为25.039‰，若均采用明挖法施工，工程开挖量较大，空间利用率不高，且造价较高、经济性较差。同时考虑到区间工筹安排，设计采用明挖+盾构的方案施工（如图1.3-1）。

明挖停车场结构高度4.8m，左线隧道紧邻主干道，管线密集，故采用悬臂钻孔桩围护形式。基坑以东一侧采用Φ800@1100钻孔灌注桩，桩长13m；另一侧采用Φ800@1100隔离桩，桩长22m，兼作二期地下二层结构围护桩。明挖结构与盾构最小竖向安全距离要求不小于2m，隧道顶距停车场结构底竖向净距约2~4.6m，左线隧道距Φ800钻孔灌注桩水平净距约4.2m，右线隧道距Φ800隔离桩水平净距约5.5m。明挖基坑所在地层为粉质粘土，盾构区间主要穿越粉质粘土夹砾石、碎石混黏性土层。考虑到地层条件较好，盾构下穿时保护措施主要为施工控制，加强洞内同步注浆及二次注浆。

图1.3-2盾构与P+R停车场的横断面关系图

2控制标准

据隧道工程自身风险等级、周边环境风险等级及地质条件复杂程度，该区间穿越明挖结构区段监测等级为一级。结合国内工程经验，并参考相关标准要求，确定盾构下穿时控制标准如下：明挖结构沉降≤10mm，隆起≤5mm。

3数值分析

3.1计算模型

采用有限元软件MIDAS/GTS建立三维模型来分析地铁隧道施工对P+R地下一层停车场主体结构变形的影响，分析盾构施工对明挖结构影响程度。围岩采用实体单元模拟，服从修正Mohr-Coulomb屈服准则，围护桩采用梁单元，地下室主体结构采用实体结构单元。盾构隧道管片混凝土等级C50，管片环宽1.5m，6分块，内直径5.5m，外直径6.2m，厚度为0.35m，采用板单元模拟，本构模型为弹性模型，模型如下图：

表3.1-1地层力学参数

整个模拟过程如下：①模型在初始地应力下平衡；②施做基坑支护桩，计算至应力平衡；③基坑开挖，计算至应力平衡；④施作地下室，计算至应力平衡；⑤回填基坑至原地面，计算至平衡；⑥地铁8号线左线掘进；⑦地铁8号线右线掘进。

3.2计算结果

通过计算分析，在盾构隧道施工完毕后，停车场最大沉降5.685mm，最大隆起位移3.470mm。施工中明挖结构满足位移控制要求。盾构隧道施工完毕后，下穿停车场区段范围内的盾构隧道出现上浮，管片最大上浮位移为3.397mm，最大沉降为1.885mm，管片变形满足规范要求，且管片配筋满足受力要求。结果表明，盾构隧道施工对明挖结构影响较小，明挖结构与盾构竖向不小于2m的安全距离是合理的，采用洞内注浆及二次注浆保护措施，以控制明挖结构和盾构隧道间的相互影响是可行的。

4监测结果

地下一层停车场主体施做同时，预先在主体结构上布设监测点。盾构施工中通过监测数据反馈，及时调整盾构推进参数。并加强同步注浆与二次注浆，降低盾构施工对地下停车场主体结构影响，截至全区间隧道贯通，明挖结构沉降监测数据显示，主体结构累计最大隆起为1.1mm，沉降2.3mm，盾构隧道长距离下穿对主体结构影响较小。

5结语

本文以武汉地铁8号线某区间盾构隧道下穿地下一层停车场为工程背景，通过三维数值分析及施工监测数据对比，得出以下结论：

1）受计算模型精度，施工步骤模拟过程，地层参数等影响，数值模拟计算变形量大于施工监测结果，但两者数值都在控制标准允许范围内，说明数值模拟计算结果可靠，能在方案阶段指导设计。

2）因隧道与明挖结构净距受条件限制，针对三级阶段粉质粘土地层，设计提出了不小于2m的安全距离要求，通过数值模拟及施工监测结果可知，设计采用的安全距离合理。

3）设计未采用预加固地层等措施，通过加强洞内注浆，严格控制注浆质量，可将盾构长距离下穿明挖结构的变形控制在设计要求范围内，本项目可为类似工程设计提供参考。

参考文献

[1]李凤岭,张波,曹力桥,黄赫.盾构隧道下穿明挖区间隧道三维数值模拟分析安徽理工大学学报（自然科学版）2018.3

[2]陶龙光,李希平,唐孟雄.地铁盾构隧道下穿建筑基础诱发地层变形研究地下空间与工程学报2006.8