中铁上海设计院集团有限公司 上海 200070
摘要：以新建地铁区间隧道上跨既有运营线路节点工程为例，通过具体计算分析对比不同施工方法对既有线的影响，结合工程实际条件，选择最适合的施工方法，以期对类似条件下地铁区间隧道的设计施工提供参考。
关键词：地铁区间隧道； 上跨；地铁运营线路； 明挖法
Abstract：Taking the new-built subway tunnel spanning the existing operation subway line as an example，the influence of different construction methods on the existing line is compared through concrete computational analysis，and the most suitable construction method is selected according to the actual conditions of the project，so as to provide a reference for the design and construction of subway tunnel with similar conditions.
Keywords：Subway Tunnel；Spanning；Operation Subway Line；Opencut Method
1 引言
随着我国经济及城市的发展，越来越多的城市已建设或正在建设轨道交通。截至2017年末，全国共34个城市开通城市轨道交通，总长度5032.7km；正在建设的城市56座，总长度5291.1km；规划已获批的城市62座，总长度6161.9km，其中地铁模式占比七成以上。轨道交通发展日渐网络化，同一个城市轨道交通建设的先后次序，不可避免的会导致后建线路穿越已运营线路的情况，在既有线正常运营的情况下顺利地完成施工，并确保运营和施工的安全是该类工程所面临的重要技术难题。
本文以南京地铁三号线明发广场站~南京南站区间上跨既有运营一号线的节点工程为例，通过有限元模拟计算，分别对可采用的三种不同施工方法进行分析，最终根据内力变形的模拟计算结果，结合场地条件，选用明挖放坡支护的形式上跨一号线，施工期间一号线各项监控指标均在可控范围内，正常运营，对类似条件下地铁区间隧道的设计施工提供参考。
2背景工程概况
南京地铁三号线明发广场站~南京南站区间从既有地铁一号线花神庙～南京南站区间上方跨越，三号线跨越段右线与既有一号线线路之间夹角约21.5°，左线与既有一号线线路之间夹角约17.9°。两线节点关系见图1、图2。
既有地铁一号线花神庙站～南京南站站区间始于花神庙站东端，止于规划玉兰路下的南京南站北端，区间采用矿山法施工，衬砌类型采用复合式衬砌，以锚杆、钢筋网、喷射混凝土和钢架为初期支护，以模筑钢筋混凝土衬砌为二次衬砌，并采用小导管注浆、短管棚注浆等辅助工程措施。【1】
图1 上跨节点平面关系图 图2 上跨节点剖面关系图
3工程地质及水文地质
上跨节点所在地地貌为岗地-岗间坳谷区，地面高程12.5～13m；既有地铁一号线主要穿越中风化泥质粉砂岩，新建三号线上跨段处主要穿越③-1b1-2粉质粘土，下部位于K1g-2强风化泥质粉砂岩层。
场地地下水主要为孔隙潜水，含水层为近地表①、②层土，水量一般，但厚度分布不均，局部较大；下部分布③层及④层土，属于微透水层，为相对隔水层。底部基岩为泥质粉砂岩，裂隙不甚发育，且呈紧密闭合状，为微透水-不透水层。
4 区间隧道上跨方案设计
根据国内地铁区间穿越经验，三号线上跨段区间隧道可采用明挖法、盾构法和暗挖法施工；上跨区间隧道与既有地铁一号线区间隧道结构净距约4.0~6.3m，三种施工方案均具备可实施性。根据新建隧道与既有隧道的相对关系，上部隧道施工实质上是对既有隧道上方土体卸载的过程，不可避免的由于卸载而向上隆起，从而带动隧道上抬，危及到隧道结构的稳定，对既有地铁的安全和运营构成威胁。因此有必要对施工过程中的隆起量预测及影响因素分析进行研究，确定合理的施工方案和保护方案，把由于上方隧道施工带来的影响降到最低。为预测新建隧道施工过程中隧道的变形，设计采用有限元数值模拟法进行了相关的计算分析。
（1）计算方法及计算过程
本次平面有限元数值计算运用有限元计算软件madis GTS进行分析，采用土体弹塑性mohr-coulomb本构模型，对土体进行激活和空化来模拟土体的开挖和填筑，采用增量法来计算隧道的分步开挖，基于地质环境和三号线上跨一号线的空间关系，选取具有代表性的断面进行分析：选取三号线与一号线相交处断面和三号线与一号线净距最小处断面；对新建三号线区间隧道所能采用的明挖法、盾构法、矿山法三种工况分别进行计算分析。
（2）计算结果
（a）净距最小时 （b）中心线相交时
图7 矿山法竖向位移云图
计算结果表明上跨一号线采用的三种工法，盾构法和矿山法能有效的抑制地层变形，一号线区间位移不超过0.4mm，明挖法相对较大，约为3mm，从受力角度来分析，三种工况都比较小，均可满足既有一号线地铁隧道变形和地铁保护的要求。
5 工程实施方案
本上跨节点位于南京南站北广场，节点处距离规划宁芜货线约96m，距离南京南站北端头约150m，工程结合南京南站北广场同步实施，场地已完成房屋拆迁和场地平整，且无重要地下管线，施工条件较为优越，因此推荐采用明挖法施工，明挖施工采用三级放坡开挖，加挂网锚喷支护，坡度1：1。
图9 明挖法施工步骤图
同时为尽量减小开挖对既有一号线的影响，开挖前对新建隧道底部及既有隧道周边土体进行注浆加固，以提高土体的抗剪强度指标C、φ值和变形模量，有效提高地基的基床系数，减小加固层本身的回弹量，使隧道与周边土体之间成为一个整体，抑制隧道变形。根据节点处新建三号线和既有一号线所处地层的地质情况，拟定加固深度为新建隧道底板至中风化砂岩分界线以下1m，加固长度为新建三号线隧道与既有一号线隧道相交处侧壁外6m范围内的土体。拟采用袖阀管深孔注浆加固，注浆孔间距1.0m×1.0m梅花形布置，浆液扩散半径0.8m，注浆压力0.2～0.5MPa，注浆材料选用水泥-水玻璃双液浆，加固体无侧限抗压强度≥1MPa。
6 主要结论
（1）新建地铁区间隧道上跨既有地铁线路，可采用的常用施工方法有明挖法、暗挖法和盾构法，盾构法施工对土体扰动小，对既有线的影响最小；暗挖法次之；明挖法需要大量卸载上方土体，对既有线变形控制不利，影响最大；在一般情况下应优先选择盾构法上跨穿越。
（2）本节点工程与南站南站北广场同步施工，采用分级放坡大开挖结合坑底注浆加固，施工期间一号线各项监测指标都在安全控制范围内，一号线正常运营；由此可见，在确保既有线运营安全的前提下，充分利用场地条件，采用简单、经济效益更好的明挖法施工同样可行。
（3）穿越运营地铁线区间隧道设计施工方案应在保证既有线运营安全的前提下，充分利用周边场地条件，通过技术经济的综合比选，选择最合适的施工方法。
参考文献
[1]《南京地铁一号线南延线工程 花神庙站～南京南站站区间隧道施工图》中铁第四勘察设计院集团有限公司 2008
[2]《地铁设计规范》 GB50157-2013
论文作者:沈利,赵俊
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第28期
论文发表时间:2019/1/3
标签：隧道论文; 区间论文; 一号线论文; 地铁论文; 节点论文; 南京论文; 南站论文; 《建筑学研究前沿》2018年第28期论文;