摘要：地铁施工造成邻近管线危害及其保护是一个重要问题。研究地铁隧道暗挖施工引起管线变形有助于在保证地铁暗挖施工的同时,确保管线的变形满足管线的正常使用,为地铁隧道的安全高效施工提供技术支撑。基于Winkler弹性地基梁理论模型,分别推导出与隧道轴线平行和垂直情况下的刚性接口地下管线由于隧道暗挖施工引起的变形计算公式,理论分析表明:隧道直径、管隧距离、沉降槽宽度系数、地层损失率等参数是管线变形的主要影响因素。以某城市地铁区间施工工程为例,制定了管线变形监测方案,工程实践表明理论预测公式计算结果与实际相符。
关键词：暗挖施工;管线变形;监测;刚性接口
0引言
随着城市地下空间的大规模开发，越来越多的新建基坑将位于既有地铁上方，此时，上部土体开挖卸荷会导致下卧地铁隧道发生上抬变形，对地铁运营安全构成威胁。地铁隧道对变形的要求极其严格，绝对最大位移不能超过20.0mm，回弹变形不能超过15.0mm，变形曲率半径必须大于15000.0m。因此，如何有效地预测与分析基坑施工对邻近地铁隧道的影响是一个研究热点。
1浅埋暗挖的技术
1.1浅埋暗挖法
该法早在我国1936年在北京的地铁建设中就开始运用，而我国的浅埋暗挖技术则是根据新奥法的一些理论基础研究、设计、开发出的一种地铁隧道建设的理论和操作技术的方法。虽然是借鉴新奥法得出的技术理论，但是它与新奥法的区别就在于浅埋暗挖技术可以用在松散土质以及围岩的情况下以及隧道埋深的程度小于、等于隧道的直径进行施工，而它最为突出的特点就是在不影响交通的运行以及对周围的环境没有任何的影响进行施工作业，并且还适用于不同尺寸和断面形式的隧道洞室进行浅埋暗挖技术的施工。
1.2浅埋暗挖的特点
浅埋暗挖技术是一种一边挖掘一边浇注的技术，而浅埋暗挖技术最突出最明显的就是埋藏浅。由于施工距离地面较近，施工时对地层的损失也会明显的造成地面的移动以及对周围造成影响。这不仅会对施工过程中的支护、排水、灌浆等技术提出较高的要求，同时也增大了施工的难度。而浅埋暗挖技术的原理就是利用了土层被挖掘后短时间的自稳能力，在这段短时间内采用适当的支撑措施。让围岩以及土层表面形成密贴型的薄壁支护进而减小地层沉降的技术施工方法。而该技术在城市施工中也得到了较为普遍的应用。浅埋暗挖根据开挖方法的不同，又分为台阶法、单侧壁导坑法、双侧壁导坑法等不同的开挖方法，施工中坚持“超管前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭和勤测量”的18字方针施工原则。而该技术的主要特点则是动态设计以及施工信息化相结合的施工方法，同时还建立了变位以及应力监测的系统进行施工监测，还强调了施工技术中的支护的重要性以及用研究、创新的方法对地层进行加固，并采取钢筋网构拱架在施工过程中进行支护。
2地铁隧道暗挖施工对刚性接口管线的变形影响研究
基本假设:①管线周围土体为线弹性、均匀介质,地层假设为成层分布,符合Winkler地基假定;②管线与周围土体始终保持紧密接触;③管线在变形中与周围土体之间不发生相对滑动,不考虑管土之间的切向摩擦作用;④地下管线呈一整体,管线材料为钢筋混凝土结构,管线材料模型采用线弹性模型进行计算,而且材质均质、各向同性;⑤通常来说,刚性接口处的抗弯刚度与管身处略有差别,计算中不考虑管身材料与接口材料的弹性模量差异,并且认为管道接口处截面惯性矩与管身处相同,即视为等刚度问题。
2.1隧道浅埋暗挖技术的施工方法和支护方法
①需要根据具体的围岩的状况，采取台阶法、CD法、CRD法等不同的土方开挖方式进行施工。②需要做好先护后挖，保证密闭支撑，在挖掘施工的过程中，挖与封闭要相互结合。此外，还要采取超前注浆，选取注浆的材料采用水泥浆或是水泥水泥玻璃双液浆来巩固围岩的结构。③衬砌要及时封闭成环。在补衬灌注的时候，要尽量的减少时间的同时还需要保证形成封闭环，从未来保证隧道的安全。④要预防流砂。要解决隧道中会发生的流砂流泥以及合理的处理地下水问题。在施工的过程当中，应该做到“防、排、截、堵”四点。结合施工地点的具体地质的情况进行综合的分析，合理运用。
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2.2初次支衬回填注浆
容易造成地面的沉降原因是初次支衬和土体之间出现了空洞的现象，而空洞现象的出现则是受到了混凝土自身收缩凝结以及喷射混凝土密度的影响。混凝土喷射前应该预埋灌浆钢管，一般在拱顶120°范围内按3~5m间距梅花型设置。在仰拱成环之后，则需要进行背后填浆，注浆液最好采用水泥浆或者是水泥水玻璃双液浆，这是为了保证回填时候的密实度，而注浆最好采取间歇式的方式，此外，需要注意的是注浆和静压应该是交替进行工作。
2.3隧道二衬施工技术
在施工过程中，确定隧道的标准层面则需要采用定型模板，模板长度设计要根据直线段的施工进度和曲线段的半径来综合考虑。而相应的施工步骤的一系列的过程问题则都是根据施工工序的相关要求制定的。在施工的过程中还需要注意的就是防水层的施工工作，需要在初次与二次支衬之间铺设防水层，并且还需要在防水板和二次支衬之间使用无纺布缓冲层以确保防水层质量。
3工程应用
3.1工程概况
某城市地铁过地裂缝区间段采用暗挖施工,起迄里程为YDK31+365.965—YDK31+428.965,YDK31+443.965—YDK31+ 654.698,暗挖标准段右线总长为93.733m,左线总长78.79m。在YDK31+436.465—YDK31+654.698处有一条埋深为3.0m的DN800直埋混凝土市政排水管线,该管线直径为1.5m,壁厚0.2m。根据现场调查可知,两隧道轴线距离为11.0~17.0m,隧道拱顶埋深为9.1~11.7m,管线轴线埋深为3.0m,管线轴线与右线隧道轴线水平投影距离为5.0m。
3.2现场监测方案
在地铁隧道施工中,由于地层损失,将导致地下管线的变形,为了能及时了解施工过程中地下管线的变形情况,需对管线变形进行实时监测。管线变形监测方法可分为直接监测法和间接监测法两种。直接监测法即在管线上布设直接观测点,对于直接观测点必须布置于暴露出来的管线上,也就是对于直接监测点布设时,需将管线上方的土体挖开,将点直接布置于管线上。如果土体难于开挖时,需采用间接监测法。在管线变形监测点布置时,沿管线轴线上每隔1m布设一个监测点,同时监测点应尽可能的布设在管线的检查井处以减少土体的开挖和方便监测。对于间接监测点的布设,采用按与隧道走向垂直方向呈断面布置,断面间距为1m。各管线均埋设间接地表点,加盖保护,测点间距及监测频率等根据管线管理部门的要求进行调整。
4应用效果和研究
本文主要开展了地铁隧道暗挖施工对地下管线变形影响的理论预测研究,主要结论如下:(1)采用Winkler弹性地基梁理论,给出了地铁隧道暗挖施工对垂直于和平行于隧道轴线刚性接口管线变形计算公式,研究表明隧道直径、管隧距离、管线直径、管壁厚度、管线弹性模量、下卧岩土体弹性模量、特征系数、泊松比等参数对地下管线变形起影响作用。(2)以通-胡区间YDK31+443.965—YDK31+654.698段为例,验证了暗挖施工对平行于隧道的刚性接口管线影响的理论预测公式,实践表明理论预测公式计算结果与实际相符。
5结束语
本文在分析基坑分层开挖所引起的下卧地铁隧道附加应力时，不仅考虑了基坑底面和侧壁面上的土体卸荷效应，同时还考虑了围护墙体、支撑结构以及工程降水等因素的影响，因此，建立的理论分析模型更加接近实际工程。
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[4]王雨.地铁隧道施工对地下管线变形的影响研究[D].北京交通大学,2014.
论文作者:齐峰
论文发表刊物:《基层建设》2017年第9期
论文发表时间:2017/7/24
标签：管线论文; 隧道论文; 地铁论文; 技术论文; 刚性论文; 地层论文; 理论论文; 《基层建设》2017年第9期论文;