广州18号线盾构下穿既有8号线新~磨区间结构影响研究

广州18号线盾构下穿既有8号线新~磨区间结构影响研究

曾林海1  ,谭芳玉,2

广东省重工建筑设计院有限公司   广州 510670

摘要：以18号线盾构下穿8号线区间隧道为背景，利用三维数值模拟对隧道结构位移变化规律进行了研究，其结果表明既有隧道结构的位移小于3mm（小于规范的允许值），认为盾构施工不危及地铁8号线区间隧道结构。施工监测数据与数值模拟结果变化规律和位移值一致，后期下穿隧道顺利通过，本文的案例和研究结果可为今后类似地层条件地铁隧道下穿既有线提供一定的借鉴与参考。

关键词：盾构法；数值模拟；下穿隧道；安全分析；变形

0.引言

伴随着地铁线路在城市的快速增加，越来越多的新地铁隧道与旧地铁隧道产生下穿，上穿和平行的关系[1]。既有隧道的受力会因为新建的隧道而产生改变并引起位移，因此探寻既有隧道结构的变形和提出有效的安全措施具有重要的意义[2][3]。本文以广州地铁18号线盾构下穿地铁8号线新港东~磨碟沙区间隧道为工程背景，利用数值模拟的分析方法，对其进行安全评估分析并提出有效的安全应对措施。

1.工程概况

1.1广州18号线石～琶区间概况

拟建的广州18号线起始于南沙万顷沙枢纽，终止于天河广州东站，线路全长61.3km，均为地下线。广州18号线石榴岗站～琶洲西区站区间隧道穿越主要地层有<7-3>、<8-1>、<8-3>、<9-3>、<9-1>泥质粉砂岩、砾岩地层，局部地段穿越<7-1>砾岩地层，拱顶位于<7-1>、<7-3>、<8-3>、<8-1>、<9-3>泥质粉砂岩、砾岩地层，局部拱顶存在<6>全风化泥质粉砂岩层。

根据本区间的地质条件、环境条件，采用盾构法作为主要的施工方法。管片内径为7700mm，采用错缝拼装；管片厚为400mm；环宽为1600mm；分块数为7块，一块封顶块，两块邻接块，四块标准块，紧急疏散联络通道与正线隧道相接处的管片采用特殊混凝土管片。

1.2既有8号线新港东~磨碟沙区间隧道结构概况

新港东-磨碟沙区间线路全长为1371.20米。采用明挖法施工，基坑围护结构由钢围檩+桩孔桩及三道钢支撑组成，其中桩孔桩直径800mm，桩间间隙100mm，采用高压摆喷止水，桩长约18m~20m，桩底处于强风化岩层。隧道结构埋深约6m，结构横截面高度约6m，宽度在12m~21m之间。此外，隧道结构主要出于淤泥质土层中。

新港东-磨碟沙区间隧道顶埋深约4.6m，隧道底板底埋深约11.6m。

地铁8号线围护结构平面图如图1所示；图2为地铁8号线围护结构典型横断面图（1-1剖面）。

图2 .地铁8号线围护结构平面图

图2 地铁8号线围护结构典型横断面图（1-1剖面）

1.3 本项目广州十八号线与八号线区间位置关系

8号线新港东~磨碟沙区间隧道顶板埋深4.6m，底板埋深11.6m；18号线在石榴岗～琶洲西区区间隧道顶板埋深19.4m，底板埋深27.9m，两区间净距7.8m。两区间隧道的三维关系效果图如图3所示，地铁18号线与地铁8号线的位置关系图如图4所示。

图3.地铁18号线与地铁8号线的三维关系效果图

图4.地铁18号线与地铁8号线的位置关系图

1.4场地工程地质分析

1.4.1场地工程地质条件

对钻孔柱状图进行分析，最不利钻孔为MRZ3-PZXQ-02。该处地质主要有杂填土、淤泥质土、细砂、强风化泥质粉砂岩。地铁18号线区间隧道结构主要处于强风化泥质粉砂岩中，地铁8号线区间隧道结构主要处于淤泥质土层中，结构所处地层对8号线隧道结构有利。

1.4.2场地水文地质条件

1.4.2.1地表水

场地地处珠江三角洲腹地，属北江水系。与场地相交的主要地表水流为珠江黄埔水道，呈东西流向，珠江水面宽度约350-550m，由于本区间在水道下方呈“S”形行进，区间实际下穿珠江长度约1700m，水底标高-2.6～3.4m，勘察期间水深4～8m，潮差2～3m。本区间隧顶距离江底约18m～28m，隧道主要在中微风化泥质粉砂岩、砾岩中穿行，基岩上覆砂土，砂土直接临水，可见本区间过江段地表水与地下水连通性较强。

根据《城市轨道交通结构安全保护技术规范》（CJJ/T202-2013）、《城市轨道交通工程监测技术规范》（GB50911-2013），结构安全控制指标见表1。

表1 城市轨道交通结构安全主要关键控制指标值

2.地铁18号线盾构下穿地铁8号线区间隧道影响的三维数值计算模型

2.1三维数值计算模型

根据地铁8号线隧道结构形式及地铁18号线盾构掘进施工特点，建立的三维有限元模型(如图3，图4所示)。 模型具体取值参数见表2。

三维有限元计算模型的边界条件为：模型底部Z方向位移约束，模型前后面Y方向约束，模型左右面X方向约束。

表2 .三维数值模拟材料参数取值表

2.2盾构隧道施工工况

主要施工阶段分为场地初始地应力场分析，18号线隧道掘进12m、18号线隧道掘进24m、18号线隧道掘进36m、18号线隧道掘进48m、18号线隧道掘进54m、18号线隧道掘进60m、18号线隧道掘进66m、18号线隧道掘进72m、18号线隧道掘进78m、18号线隧道掘进90m、18号线隧道掘进102m。

3.模拟结果分析

在地铁18号线盾构掘进过程中，地铁8号线区间隧道结构位移如图5所示，最大水X平位移值为0.3mm，最大水Y平位移值为0.8mm，最大竖向位移值为1.9mm，最大总位移值为2.1mm。对水平X位移，水平Y位移，竖向位移以及总位移进行数据汇总分析，见表4。位移值均小于表1中城市轨道交通结构安全控制指标值，因此认为广州地铁18号线盾构下穿对地铁8号线区间隧道结构的影响相对可控，不影响结构及运营安全。

表5.地铁8号线区间隧道结构的位移汇总表

(1)完全掘进后8号线隧道结构水平X位移图  (2)完全掘进后8号线隧道结构水平Y位移图

(3)完全掘进后8号线隧道结构竖向位移图  (4)完全掘进后8号线隧道结构总位移图

图5.盾构隧道下穿8号线隧道过程中8号线隧道位移图

4.施工措施

为确保目前正在运营的地铁8号线区间隧道结构和运营安全，提出相应措施：（1）控制推进速度，均速慢速推进盾构机；（2）在18号线盾构下穿过8号线时，加强隧道结构的位移监测工作，及时监控隧道结构的安全状态。（3）根据监控信息，及时调整盾构掘进速度，推进压力。

5.结论

根据地铁18号线以及地铁8号线区间隧道的工程地质资料，结合地铁18号线盾构掘进特点以及上方正在运营的地铁8号线区间隧道结构特点等分析，开展的系列三维数值模拟计算和研究，研究表明：既有隧道结构的位移小于3mm（小于规范的允许值），认为盾构施工不危及地铁8号线区间隧道结构。施工监测数据与数值模拟结果变化规律和位移值一致，后期下穿隧道顺利通过，本文的案例和研究结果可为今后类似地层条件地铁隧道下穿既有线提供一定的借鉴与参考。

参考文献

[1]. Lin, Xing-Tao, et al. “Deformation Behaviors of Existing Tunnels Caused by Shield Tunneling Undercrossing with Oblique Angle.” Tunnelling and Underground Space Technology, vol. 89, 2019, pp. 78–90., doi:10.1016/j.tust.2019.03.021.

[2].杨 建烽, et al. “盾构下穿既有地铁区间隧道沉降控制研究.” 隧道建设Tunnel Construction, vol. 39, Dec. 2019, pp. 385–392., doi:10. 3973 / j. issn. 2096-4498. 2019. S2. 049.

[3].魏 英华. “北京地铁16号线区间隧道下穿4号线施工变形模拟分析与控制.” 铁道建筑 Railway Engineering, vol. 60, Feb. 2020,pp.75–78.,doi:10.3969/j.issn.1003‐1995.2020.02.18.