摘要：随着经济和各行各业的快速发展，随着我国地下工程建设的不断发展，盾构工法已在我国的地铁、铁路、公路、市政等隧道工程中得到了广泛的应用。目前，国内外针对盾构施工引起的土层位移及对周边环境的影响进行了大量的研究并获得了丰硕的成果。但是，针对大直径盾构施工对上覆地铁车站的影响研究还比较少。大直径盾构隧道在向前掘进的过程当中，土体的卸载会引起周围土体产生一定的变形，进而引起既有构筑物产生一定的变形。为减少盾构隧道施工对邻近构筑物的干扰，保证构筑物的安全，降低工程建设风险是急需解决的重要课题。在盾构施工引起邻近构筑物变形的规律研究中，运用数值，模拟分析地层受力及变形趋势被认为是一种可行的方法。
关键词：地铁；隧道；下穿车站；影响分析；控制措施
引言
随着城市地下交通工程的快速迅猛发展，新建地铁下穿既有轨道车站工程的案例越来越多。基底差异沉降、地面沉降的影响范围均满足控制要求，不影响其正常使用，但是在施工前，需要对马泉营车站及其基础进行评估，提出变形控制标准，确保建筑物的正常使用及施工安全。在施工过程中，应控制好掘进参数，确定相应的工程措施及监控量测措施，确保工程安全。
1不同开挖工法的数值分析
1.1计算模型的建立
使用MIDASGTSNX有限元分析软件建立“土-结构”相互作用的数值模型。根据各结构实际尺寸、材料、相互位置关系等，建立计算模型。土体、既有地铁车站及预埋桩基采用实体单元模拟；土层采用Mohr—Coulomb破坏准则，混凝土结构材料采用弹性本构模型。根据新建盾构隧道的开挖影响范围，同时应使模型网格划分效果较优，且要尽可能考虑消除边界效应带来的影响，模型底边界应取到自新建隧道底部向下3倍开挖宽度、上边界取至地表，即整个模型尺寸选取为：长×宽×高=81.3m×60m×46m。模型上部地表设为自由边界，前、后、左、右四个边界面采用法向变形约束条件，底部采用全约束条件。为了准确得到新建隧道开挖对既有车站的影响规律，初始状态分析中激活既有结构材料属性，施加荷载，保留计算模型应力场，清零位移场，然后进行每步盾构施工。
1.2施工步骤模拟
对于侵入隧道的格构柱，型钢在盾构推进范围之外，目前盾构设备可直接切削通过。因此，右线（地连墙预留玻璃纤维筋）施工采取盾构推进通过、冷冻法
加固的方案。对于左线（地连墙未预留玻璃纤维筋）施工，考虑采用地面设置清障井清障后盾构通过方案或者矿山法清除方案。经方案比选，最后采用地面设置清障井清障后盾构通过方案。建设三路站—耕文路站区间在下穿既有2号线车站过程中，管片顶距离既有车站底板约4.26m，接近度为Ⅰ级，环境风险等级为Ⅰ级。根据GB50911-2013《城市轨道交通工程监测技术规范》及CJJ/T202-2013《城市轨道交通结构安全保护技术规范》。
1.3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。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆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。
1.4数值模拟结果
由于新建地铁下穿既有车站起主要控制作用的是既有车站的沉降和应力，所以模拟对比两种工法时只对其相应的既有车站道床沉降和应力进行分析。根据重庆市轨道交通结构安全控制标准的要求，既有车站道床竖向位移的安全范围为≤５ｍｍ。
2控制及保护措施
2.1设计方面
1）盾构推进过程中既有车站变形较小，但对既有站底板下方的土体产生扰动，因此，在施工期间对既有车站下方的土体采用冻结法进行加固处理。加固范围：加固壳厚3m（盾构外径起算），纵向加固长度（线路方向）共21.5m，其中全断面冻结加固长度6m，外围壳体冻结加固长度15.5m。同时，对既有车站进行自动化监测，做到信息化施工，严格控制既有站结构竖向及水平位移。2）下穿段隧道节点增设注浆孔，根据监测数据，在盾构穿越后进行多次少量的持续注浆，以减少穿越后土体沉降。3）提高节点区间管片螺栓等级，管片钢筋相应提高和加强，以确保7号线注浆期间自身变形可控。4）明确节点处盾构隧道左右线推进前后间距、速度和顺序，并加强同步注浆及二次注浆管理。
2.2施工安全风险控制
对于新建地铁车站下穿既有轨道车站工程，工程风险不只是自身隧道开挖所带来的施工风险，既有轨道车站的变形也存在很大的风险隐患，基于此，结合以往工程案例经验和该工程的实际工程地质情况等，对该下穿既有轨道工程采用变更后的上下台阶法施工进行了如下的风险控制，确保了该下穿工程的安全性。1）在新建地铁车站采用上下台阶法下穿施工过程中，采用非爆破开挖，开挖时严格控制开挖进尺，每循环不超过1ｍ。对锚杆、钢架、喷射混凝土等工序，要严格控制施工质量。2）加强初支刚度，隧道之间岩柱设置对拉锚杆，合理安排施工顺序，保护中间岩体。3）在下穿工程施工中要对既有车站结构的沉降及水平位移进行自动化监测，实时反馈监测数据，指导设计施工。4）盾构隧道下穿前设置试验段，试验段与下穿节点在同地质条件、同工况和同施工班组条件下实施，并根据试验优化施工参数。下穿过程中遵循“慢慢地推，分小段推；慢慢地转，均匀地转；顶住正面，调整压力；封住盾尾，合理注浆”的要求；合理控制施工速度、间距、顶推力和地层损失率等施工参数。
3结语
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。在地质条件相似的下穿工程中，可以以数值模拟等方法为理论依据，将原有施工设计方案根据实际工程情况及安全要求等变更为更合理的方案，并通过实际监控数值进行验证。
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论文作者:刁月勤
论文发表刊物:《防护工程》2019年第1期
论文发表时间:2019/5/19
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