广东华隧建设集团股份有限公司
摘要:随着城市化的不断发展,轨道交通的网络不断加密,也有着越来越多工程建设穿越既有隧道现象。像是很多新建工程会影响到地铁线路,例如民用或者是工业建筑的基坑工程手工,基础设施中排水管道、热力管道、输水管道、供电电缆等在地下穿越,其中的交通中的公路、桥梁以及地铁隧道等公共交通设施的穿越。因此说明既有线隧道会受到盾构隧道施工的严重影响,和常规地铁隧道施工相比较更为复杂。近年来在城市交通不断发展的情况下,一些工程出现其穿越既有轨道线的现象,出现的问题会直接关系到既有轨道结构以及其安全问题,严重影响着既有线运行的稳定性和安全性,制约着建设和发展城市轨道交通,亟待解决。本文主要针对盾构隧道穿越既有线产生的沉降问题进行研究,首先分析其带来的风险,并对既有线沉降问题进行计算,首先建立计算模型,后进行具体计算,最后针对沉降问题提出相应的控制方法。
关键词:盾构隧道;下穿既有线;风险控制
引言:近些年来,我国不断地发展着社会经济,进而促进城市化进程的加快,我国的城市轨道交通是全球发展最迅速地国家之一。随着技术手段的发展,盾构隧道的特点是机械化有着很高的程度、掘进有着很快的速度、周边的环境很少会对其产生影响等,在修建城市轨道交通地下隧道中应用的范围比较广泛。现阶段,我国轨道交通方面发展的比较迅速,交通网络在不断进行优化,不断地扩大开发城市地下空间的规模,并加强利用效果。在这样的情况下,很难防止新建的盾构隧道穿越既有轨道线等复杂工程状况,并使得新建隧道与原有隧道间的距离在不断减小。这种隧道穿越工程不仅距离近,而且叠交复杂,隧道在这样的情况下穿越有着较大工程施工风险,可能会影响地铁结构沉降等风险,严重的影响着隧道的安全运营。本文主要有盾构隧道下穿而引起风险中的既有线沉降问题进行分析,并提出相应的控制方案。
1隧道风险研究
盾构隧道施工不能避免和邻近既有线产生附加内力或者是结构变形,进而会对既有线列车的安全、可靠运行造成影响。在这样的状况下,结合保护既有线的要求,采取相应的措施将变形的情况减少,这其中要重视的就是对既有线运行安全性与稳定性的保障。还有,既有线的重要程度特别高,同时严格的要求着附加变形,从而使穿越工程难度非常大,风险也特别高。开挖隧道时,一般情况下上方沉降相较于下方围岩上有很大程度的浮隆现象,加之上方围岩有着复杂的受力,大量分布的剪切和压剪区域,对围岩的稳定性有着严重影响,下方围岩分布在卸载回弹区,围岩稳定性可以得到保障(如图一所示)。所以说明,在同样的近距离下,盾构隧道下穿既有线存在着很大的风险。
图一
其中:第1分区内关键开挖作用是压缩剪切,同时是剪切破坏重要区域;第2分区关键开挖作用是剪切;第3分区内主要开挖作用是卸载;第4分区是开挖隧道形成地表沉降的区域。
2盾构隧道下穿既有线结构沉降的计算
2.1计算的模型
结合地铁车站实际运营中各种情况,进行深入的研究,选定一定范围的土体作为计算模型分析对象,利用有限元的计算软件进行分析,对盾构隧道下穿既有线所造成的地表沉降实施模拟。模型建立的过程中关键要对以下5个方面进行考虑:
(1)物理模型的平面应变是其问题特征;(2)使用的计算方法是弹塑性分析;(3)假设隧道开挖不影响计算边界处,也就是指这一处是原始静止应力的状态,变形是零,选用约束进行模拟;(4)宽度计算采取隧道直径的5倍;计算隧道深度为地下隧道直径的3倍;(5)对时间效应以及开挖过程中产生的应力率做出充分考虑。
2.2计算结果
图二为右线盾构掘进时地面沉降曲线图,图三为左线盾构掘进时地面沉降曲线图,从这两幅图中可以看出:盾构隧道下穿时会有沉降差,沉降差值若是超出限度,则会导致车站发生沉降、弯曲结构以及扭曲变形等现象,原有的裂缝不仅会错动,畏怯还会拓展,这样的情况会引起轨道几何形位出现改变:比如说钢轨顶面高差产生相应的变化,水平面上轨道中心平顺性的变化,沿线路方向轨道竖向平顺性的变化等。这些变化不只会使既有线隧道结构增加内力,也极有可能是钢轨顶面水平超差,前后高低超差或者是轨向平顺超差。除此之外,对既有线道床与基层的整体刚度不相同进行考虑,由于变形过大,道床和基层间可能出现脱离的现象,对既有线运营的安全性有着威胁。
图二图三
3风险控制
3.1变位控制原理
盾构隧道下穿既有运营地铁线路,保证安全使用线路使其管理的首要目标。在盾构隧道进行施工的过程中,特别是系统庞杂的工程,像是大断面隧道施工,会涉及到很多的工序和工艺,这一过程中始终是动态的,在不断地进行变化,施工的每一个步序都会在不同程度的影响到既有结构和轨道,累加施工每一步骤程序产生的影响,从而形成最终影响。若是将所有影响累加起来,依然是在既有线标准管理的范围内进行控制,则能对既有线运行的安全性做出保障。在这样的状况下,既有线结构应用变位分配原理,指的是应用理论计算结合相关施工经验,分解既有线的总变位控制值,将其在施工每一步骤程序中进行分解,既有结构在施工沉降上建立控制标准。
3.2地表沉降的控制措施
(1)对土压力进行严格控制。为将开挖土体移动的情况减少,可以实现计算出应假设土压力,在施工过程做出严格管理,计算值要小于实际土压。持续的进行实时监测,根据地表隆起状况对推进速度和出土量及时进行调整,将正面土仓压力降低,此次将地表隆起降低。对推进速度进行调整及将出土量减少,以正面土仓压力提高的方式对盾构地表沉降进行控制。
(2)对注浆量进行严格控制。在盾构施工中注浆是一个关键工序,一定要保障注浆压力和注浆量,与施工测量监控信息相结合,对注浆压力的设定进行不断的优化,同时要保证注浆量大于理论计算值,实际注浆量要波动在平均以及合理的范围内。
(3)盾构推进方向改变的情况要尽可能避免。推进盾构过程中要重视勤纠偏以及小纠偏,对大幅度纠偏严格禁止,将因施工产生的因素对盾构推进方向做出改变的情况减少。在过轨段盾构机仰头或者是推进,推进过程中严格控制超挖方向,确保出控制土量在合理范围里。
(4)对土质变化情况进行严密观察。盾构施工一定会产生地下水位的变化,为保证其没有很大的变化,施工中一定要对挖掘出土体质量进行严格监控,避免出现水土分离的情况。若出土有着较大的地层含水量,将土压力设定提高,从而形成土压平衡,也能疏干开挖面地下水,对出土质量做出保障。
(5)使扰动地层的情况减少。盾构施工对地层产生扰动,关键是因为盾构机刀盘以及千斤顶的推力而产生的,为使盾构机运转正常,最重要的是保障盾构机的机械性。若土压力突然发生变化,首先要分析原因,同时应用填注泡沫的措施对开挖土体进行优化。
(6)确保拼装质量,将变位或变形的管片情况减少。管片变形情况紧密的联系拼装管片的质量,在施工的过程中,强化施工管理,对其紧固结实做出保证。在每一环节的挖进过程中,都要二次紧固螺栓。
4结语
随着城市化进程的加快,轨道交通的发展也越来越快速。在这种发展情况下,既有地铁轨道会出现盾构隧道的下穿,导致既有线出现很多风险,威胁着既有线的安全运营,因此本文针对既有线风险中的沉降问题进行了讨论,并提出了相应的解决措施,希望可以对隧道施工有一定的帮助。
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