盾构隧道下穿既有地铁车站施工影响及控制措施研究

摘要：目前，我国的经济在快速的发展，社会在不断的进步，盾构下穿施工引起地层位移场和应力场的改变，进而导致既有高铁隧道结构变形和附加内力；覆土厚度、净间距、围岩条件及施工参数均会影响盾构下穿施工，而对于既定的工程来说，应重点考虑施工参数的影响。分析、总结了国内外相关标准和和类似工程经验，初步制定了轨道不平顺管理值、隧道结构变形和应力增量三个方面的控制标准，以确保高铁线路运营和隧道结构安全。

关键词：盾构隧道；下穿既有；地铁车站；施工影响；控制措施 引言

随着国民经济的飞速发展，城市化进程逐步加快，人日密度大、交通拥堵、交通污染严重以及能源土地资源有限等问题成为城市发展面临的日益严峻的问题，大力发展、利用地下空间成为解决这一问题的有效途径。城市地铁以具有快速、安全、客运量大等优点而得到了空前发展。 1工程概况

某地铁7号线建设三路站—耕文路站区间出7号线建设三路站后，下穿既有2号线建设三路站。7号线建设三路站主体结构为地下三层双柱三跨矩形框架结构，采用明挖顺作法施工，基坑标准段深25.6m，盾构井段深27.4m，围护结构采用1m厚地下连续墙，墙长约49m（标准段）/52m（盾构段）。本站东端头为建设三路站—耕文路站区间盾构吊出井。既有2号线建设三路站为地下二层车站，车站覆土约2.75m，底板埋深约16.46m；车站顶板厚0.9m，中板厚0.45m，底板厚1m，侧墙厚0.6m；围护结构为0.8m厚地连墙，墙长32m。2号线区间右线围护结构采用玻璃纤维筋，预留了隧道下穿条件。左线未预留下穿条件，地连墙配筋为HRB400E32+E28并筋@200mm，且左右线各有1根格构柱侵入区间隧道范围，格构柱型钢插入桩内3m，在隧道开挖范围之外。格构柱为桩径800mm、C30混凝土，内置12根HRB400E25钢筋。下穿地段地层主要为淤泥质黏土夹粉土，地层较差，含有机质、腐殖质及云母碎屑，偶见贝壳碎屑。夹粉土、粉砂薄层，具水平层理，呈不均匀分布，局部粉砂富集，呈互层状。无摇振反应，切面较光滑，干强度中等，韧性较低。本段隧道拱底以下15m存在承压水，承压水头约40m。 2施工对既有车站影响分析 2.1计算基本假定

由于岩土材料物理力学特性的随机性和复杂性，要完全模拟岩土材料的力学性能并严格按照实际施工步骤进行数值模拟是非常困难的。在建模和计算过程中，应考虑主要因素，忽略次要因素，结合具体问题进行适当简化，在本次数值模拟中采用了以下假设。（1）围岩材料为均质、各向同性的连续介质。（2）隧道的受力和变形按平面变形问题进行计算，计算结果一般偏安全。（3）在初始应力场模拟时不考虑构造应力，仅考虑自重应力的影响。（4）管片按均质圆环模拟，考虑管片接缝的刚度折减系数0.8。（5）边界条件，四周法向约束，顶面为自由面，底面为垂向约束。（6）计算中忽略构造应力，将初始应力场假定为自重应力场，同时将土体视为弹塑性连续体，施工中产生的变形连续。（7）施工掌子面顶推力除用于平衡前方土水压力和壳体外壁水平摩阻力外，还将维持盾构机的不断前行，计算中忽略该摩阻力并保持顶推力恒定。 2.2既有车站变形分析

施工期间基坑施工对既有车站结构产生的附加应力较小，既有结构满足受力

要求，对此暂不进行详细叙述。本文主要针对施工期间7号线车站及清障竖井施工完成（工况1）和7号线区间掘进完成（工况2）等工况引起既有车站的变形进行分析对比。1）工况1对既有车站变形分析7号线车站施工期间，既有车站在靠近基坑一侧结构产生沉降，最大沉降值约1.9mm；在背离基坑一侧及跨中位置结构产生沉降，最大沉降值约0.5mm；既有车站整体向7号线基坑一侧移动，最大水平位移约0.6mm，满足表1既有车站结构变形控制标准要求。2）工况2对既有车站变形分析盾构掘进完成后，既有车站在靠近7号线车站基坑一侧及跨中位置结构产生沉降，最大沉降值约2mm；在背离基坑一侧产生沉降，最大沉降值约3mm；既有车站整体向基坑一侧移动，最大水平位移约3.2mm，满足表1既有车站结构变形控制标准要求。 2.3盾构下穿前的技术措施

盾构下穿施工前阶段可以按下穿影响区来选取，如本文采用的理论计算和数值计算分别给出了相应的范围，但考虑到施工是诸多因素的影响，可在距下穿点约50}1OOm开始做好下穿前的以下准备工作。（1）总结下穿前盾构施工实践，明确所穿越土层的地质条件，掌握盾构推进施工参数及注浆量等，结合盾构施工各阶段监测数据，力求以最合理的施工参数穿越；（2）做好盾构机械设备检查及维护，如更换刀盘等：（3）加强与各部门的联系，对既有高铁隧道进行合理的安全现状评估，并制定相应控制标准。 2.4盾构下穿的施工控制措施

为有效控制下穿施工时既有高铁隧道结构变形，需尽可能降低或排除下穿施工影响因素的作用，如土舱压力、同步注浆量及注浆压力等，根据相关的盾构施工经验，可采取以下施工措施：（1）严格控制盾构下穿施工过程中的土舱压力，并减小土舱压力与开挖面水土压力不平衡。根据前文研究成果，在盾构达到下穿点时，必须控制土舱压力的大小，可取1.11.2倍静止土压力。施工中可通过刀盘转速和排土速度来控制土舱压力大小。此外考虑到穿越地层情况，应根据实际情况对土体进行改良，如注入膨瑞土或泡沫剂等添加剂等来改善土体的流塑性。（2）重视同步注浆、二次注浆措施以减小盾尾脱空及工后沉降。①管理控制的重点是注浆量及注浆压力，注浆压力可取稍大于1.0倍竖向静止水土压力值，但不宜过大，过大可能会引起既有隧道结构隆起及增加地层的扰动；②严格控制同步注浆量和浆液质量，选择具有和易性好、泌水性小，且具有一定强度的浆液进行及时、均匀、足量压注，确保其建筑空隙得以及时和足量的充填；③应根据施工中的变形监测情况，随时调整注浆量及注浆参数，壁后二次注浆根据地面监测情况随时调整。（3）减小盾构通过后的后续沉降影响。加强下穿段盾构隧道管片强度，保证管片组装精度，减少管片变形；根据工后既有隧道结构变形监测情况，及采取二次补充注浆等。（4）其它施工控制措施，道三者进行合理的监控量测，下穿过程中必须就地层、既有高铁隧道及盾构隧信息化施工等。 结语

（1）通过理论分析并结合数值分析可以看出，7号线车站、工作井开挖及盾构区间掘进期间，2号线车站位移量和地表土体沉降量均在允许范围内。（2）盾构施工穿越建筑物时，首先要对既有建筑物调查，了解边界条件后分析可能产生风险的原因，有针对性地制订相应的施工措施；做好施工过程中的监测工作，根据监测数据调整盾构参数；针对下穿风险制订相应的应急预案，保证在出现意外情况时仍然可以按预案进行处理。 参考文献：

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