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1、地铁暗挖车站施工对下卧既有地铁的保护摘要:以北京地铁五号线东单站施工对下卧既有地铁隧道的保护为工程背景,对既有线纵向变形的主要影响因素进行分析,提出了针对既有线的保护措施,以减少在既有线上方暗挖车站施工引起的卸载回弹,保证既有线隆起变形控制在限制范围。 关键词:地铁;暗挖车站;既有线;卸载;隆起;保护措施随着我国城市现代化水平的不断提高,地铁建设项目的数量和规模逐渐增大,地下空间的开发利用也向多元化、立体化方向发展,常会出现新建地铁隧道上穿既有地铁隧道这一新问题。地铁对隧道结构的变形要求极其严格,绝对最大位移不能超过20mm,隧道变形曲率半径必须大于15000m
2、,相对弯曲变形必须小于1/2500。然而,当在既有地铁隧道上方进行新建地铁施工时,对既有隧道的顶部卸载会引起既有地铁结构的隆起变形。本文以北京地铁五号线东单站暗挖段施工为例,讨论采取综合保护措施对既有地铁隧道隆起变形的控制。1工程概况北京地铁五号线东单站位于长安街东单十字路口,南北向布置,车站采用两端头双层结构明挖、中间跨长安街单层结构暗挖的施工方法。车站暗挖段上穿既有地铁一号线王府井—东单区间隧道,新旧线结构净距仅为0.6m。车站暗挖段断面尺寸为23.66m×9.83m,为单层一拱双柱复合衬砌结构型式,埋深5.5m,采用“中柱法”施工。既有线为双线单洞隧道,线间
3、距16.8m,为复合式衬砌结构,断面为5.7m×6.1m,马蹄形断面型式。新建车站下卧部分的既有线还含有两条迂回风道。暗挖车站与既有地铁隧道的关系见图1、图2。暗挖车站上半断面位于粉土层和粉质粘土层,下半断面位于细砂层,底板以下为厚4.0m的卵石圆砾层、厚2.2m的粉土层、厚3.7m的细中砂层、厚7.0m的卵石圆砾层。即既有隧道上半断面位于卵石圆砾层,下半断面位于粉土和细中砂层,底板以下为细中砂和卵石圆砾层。潜水含水层为既有隧道上半断面所处的卵石圆砾层,承压水含水层为既有线隧道下半断面所处的细中砂层。2隆起变形预测及影响因素在距离既有地铁隧道顶板仅0.6m处进行新
4、建暗挖车站施工卸载,对既有地铁的安全运营构成了威胁,需要预测既有隧道受卸载影响的纵向变形量,并对既有隧道纵向变形量的影响因素进行剖析以提出控制措施。2.1用三维有限元分析预测变形在三维地质建模和三维结构建模的基础上,以真实的洞室群造型和地质空间分布形状,实时建立三维有限元计算模型。以地质建议的岩体物理力学参数为前提,根据开挖和支护工艺程序对洞室群进行三维弹塑性数字模拟分析。经过模拟计算,在不采取保护措施的情况下,既有线隧道结构最大隆起为28mm。参照地铁保护技术标准中关于“地铁结构的绝对沉降量及水平位移量≤20mm”的有关规定,4本工程既有隧道结构隆起量超过了地铁
5、要求保护的限值,需要采取专门的保护措施。2.2既有隧道纵向变形的影响因素既有隧道周边荷载变化会引起隧道纵向变形,但其内力分布、变形特性和影响因素非常复杂。以弹性地基梁理论为基础的解析方法概念明确,较符合隧道与土体共同作用的实际情况,可以对影响因素进行定性的分析。根据Winkler弹性地基模型理论,假设隧道为弹性地基上的无限长梁,则隧道变形沿其纵向的分布如式(1)所示:为隧道的等效抗弯刚度;K为单位长度地基的基床系数,与土体的抗剪强度指标C、φ等值有关;q(ξ)为隧道纵向荷载。由式(1)可知,隧道的纵向变形随隧道周边土体的抗剪强度指标C、φ等值变化,如果对新建车站底
6、部及既有隧道周边土体进行加固,可以提高土体的C、φ值,进而减小隧道的变形;隧道的纵向变形还随隧道卸载量变化,如果分阶段及时补偿部分卸载量,可以减小隧道的变形;另外,地下水位的变化不仅导致隧道纵向荷载变化,而且还引起土体的抗剪强度指标C、φ等值的变化。因此,隧道纵向变形主要影响因素为:暗挖车站结构参数(车站平面尺寸、开挖高度、总卸载量)、暗挖车站底及既有隧道周边状况(土体性质、地下水位)、暗挖车站施工参数(单次卸载量、卸载补偿量)。由于车站平面尺寸、开挖高度、总卸载量等参数已经确定,所以可从改变暗挖车站底部和既有隧道周边土体性质、改变单次卸载量、及时补偿部分卸载等方
7、面来寻求控制既有隧道隆起的措施。3保护措施根据前面的分析,结合暗挖车站洞内施工的特殊性,主要从调整暗挖施工顺序、对卸载范围内的既有线周边注浆、对卸载范围设置预应力锚杆和调整降水标高来控制既有隧道的隆起。而且,在既有地铁隧道上方如此近距离施工卸载,在国内还没有现成的经验,对地铁安全运行的风险太大,必须有一个准确、严密的全过程监控手段。3.1调整开挖衬砌施工顺序既有线隧道的变形值随隧道上方卸载量的增大而增大,因此如果能控制隧道上方的卸载量,则在控制隧道隆起方面能有明显的效果,所以有必要对开挖衬砌的施工顺序进行调整。车站的开挖采用了“中柱法”施工,将整个断面开挖横向分为
8、:侧洞、柱
