摘要：地铁工程往往位于市政管线密集的城市核心区，近年来，地铁下穿市政管线的工程大量增加。当市政管线无法改移或改移难度较大时，常采用暗挖法下穿管线以满足工程需求。如施工方案不当或保护措施不足，极易造成塌方，进而危及上部管线的安全。本文针对某地区地铁九号线1号风道暗挖下穿市政管线工程，从设计方案、保护措施及风险分析等方面对该工程进行研究，确定了合理可行的施工措施，可为类似工程项目的设计与施工提供参考。
关键词：暗挖下穿；市政管线；保护措施
引言：文章对某地区地铁九号线1号风道下穿市政管线风险工程采用直墙中洞法施工方案，研究结果表明，对于近距离下穿市政管线的工程，采用暗挖方法、辅以适当的超前加固措施，可以有效控制地层变形，保证地铁工程及市政管线满足工程建设安全需求。
1.工程概况
1.1工程简介
北二路站为地下两层岛式站台车站，有效站台宽度14m。车站设四个出入口，两处风亭，顶板覆土厚度约4．1m，底板埋深约17．3～18．7m，主体结构采用盖挖顺作法施工。1号风道过管线段采用暗挖法施工，剩余部分采用明挖法施工。暗挖断面上部管线主要有电力管沟及燃气管线等，由于上部管线与结构竖向净距较近，经研究后拟采用9格平顶直墙中洞法施工，可满足暗挖段初支与管线距离要求。
1.2管线概况
风道暗挖段上方主要管线有2条电力方沟及1条低压燃气管，管线与结构竖向净距较小，施工难度较大。各管线详细参数见表1。
表1.主要管线具体参数表：
1.3地质水文情况
暗挖穿越的地层主要为中粗砂及粉质黏土等，暗挖段上方主要为杂填土及粉质黏土等。主要土层及地下水情况描述如下：第一，－1杂填土：主要由粘性土、碎石及砂类土组成，局部含少量建筑垃圾、生活垃圾（个别地段为垃圾填埋场），马路地段表层为沥青路面，沥青路面下为碎石垫层，稍湿，松散，局部密实。第二，－1－33粉质粘土：黄褐色，稍有光泽，干强度中等，韧性中等，摇振反应无，含铁锰质结核，可塑。第三，－6－3中砂：黄褐色，石英－长石质，次棱角形，均粒结构，颗粒级配差，含约10%粘性土，局部为粗砂夹层，湿，中密。第四，－8－3砾砂：黄褐色，石英－长石质，棱角形，混粒结构，颗粒级配较好，含约20%粘性土，局部为圆砾薄层，湿，水下饱和，中密，局部稍密。第五，－1－33粉质粘土：黄褐色，含铁锰质结核，稍有光泽，干强度中等，韧性中等，摇振反应无，可塑。本工程地下水类型为孔隙潜水，稳定水位埋深在10．2～11．0m，相当于绝对标高31．65～31．75m。地下水主要补给来源为浑河侧向补给及大气降水垂直入渗补给。主要排泄方式为泾流排泄和地下水的人工开采[1]。
2.施工方案及保护措施
为了电力管沟及1号风道自身的安全考虑，必须严格地限制施工阶段产生的变形，又由于管线与风道结构竖向距离过近，空间上无法采用传统的暗挖拱顶方式，综合考虑风道与结构距离关系及风道跨度尺寸等因素，拟对1号风道下穿管沟段采用暗挖平顶直墙结构，采用平顶直墙、9格中洞法开挖。暗挖断面（毛洞）宽度13．9m，高度12．4m，覆土约5．2m，共采用9格平顶直墙中洞法施工，每个导洞尺寸约4．3m×4．7m，中隔壁及中隔板厚度为300mm，外周初支厚度350mm。施工前对上导洞及初支外1．1～1．2m范围采用深孔注浆加固措施，保证上导洞开挖面土体稳定。根据断面尺寸按9导分6步进行开挖，先依次施工1#～3#导洞，完成后再依次施工4#～6#导洞，其中4#～6#导洞分布于暗挖风道两侧，施工时两侧可同时进行。开挖顺序及暗挖断面与管线位置关系见图1。
图1.暗挖风道施工横断面图：
3.暗挖施工影响分析
3.1计算模型
计算采用midas/GTS岩土有限元分析软件进行三维数值模拟分析，建模过程中所有材料均视为各向同性材料，整个模型按照实际尺寸进行1∶1的比例建模。模型大小为72m×15m×48m（长×宽×高），长度方向各取隧道两侧2B（B为通道宽度）宽度，y方向取15m宽度，隧道下方取2H（H为通道高度）高度。模型选取1号风道暗挖段、电力方沟以及铸铁管线进行施工模拟。施工荷载均为静荷载，包含模型各部分材料的自重，以及模型顶面范围内由于路面车辆而产生20kPa均布超载等。
3.2开挖对地表沉降的影响分析
随着开挖洞室数量的增加，地面沉降逐渐变大。风道暗挖断完全挖通后，地面出现较均匀的沉降槽，最大沉降为3．97mm，地面沉降槽宽度约为18m，略大于洞室宽度。随着风道开挖断面的增大地面沉降逐渐加大，由于前三步开挖面宽度较小，对上部道路沉降的影响也较小；从第四步开始两侧导洞的开挖使开挖面宽度加大，导致路面产生明显的竖向位移，地表变形规律较明显[2]。
3.3开挖对管线变形的影响分析
通过计算得知，各管线沉降规律基本一致，仅以电力方沟（2200mm×1900mm）为例描述变形规律。电力方沟（2200mm×1900mm）埋深约3．9m，距离1号风道暗挖断面竖向净距仅1．24m，在所有管道中埋深最深，距离1号风道暗挖断面最近。选取分步施工方式。随着开挖面的增大，电力方沟的沉降量逐渐增大，暗挖风道的开挖对管线的影响宽度也在逐渐增大。当风道暗挖段开挖完毕后，电力方沟的最大沉降量约为4．20mm，位于暗挖断面中点上方区域，管线的沉降槽宽度约为16m。由于开挖面宽度急剧增大，管线立即出现较明显的沉降，且沉降速率也随着施工进度而逐渐增大，可见此阶段开挖对管线沉降影响比较明显，应在每次扩大开挖面时对管线进行重点、及时的监测，保证施工安全。各管线最终沉降量略有差别，通过计算得到风道暗挖段上部各管线的最终沉降如图2所示。
图2.管线最终沉降曲线：
从图中可以看出，管线最大沉降量均出现在暗挖段中点处，向两侧逐渐减小。各管线均满足最大沉降量10mm的控制要求。各管线最大差异沉
降出现在控制点A与控制点B、控制点D与控制点E之间，满足0．25%Lg（Lg为管节长度）的控制要求。
结论：
简而言之，地铁建设工程中常遇到各类市政管线，尤其是在车站附属结构施工时，如遇到部分管线无改移条件或改移难度较大时，需采取暗挖下穿管线的施工方案。施工过程中随着土体的开挖，极易造成上部土体沉降，进而危及到管线的的安全。基于某地区地铁九号线北二路站1号风道暗挖下穿市政管线典型实例，从施工方案、风险保护及暗挖计算分析等方面对该风险点进行了研究，可为类似工程的风险保护及施工影响分析提供参考[3]。
参考文献：
[1]王霆，刘维宁，李兴高，等．地铁施工影响邻近管线的研究现状与展望[J].中国铁道科学，2016，27（6）：117－123．
[2]贾瑞华，阳军生，马涛，等．既有管线下盾构施工地层沉降监测和位移加载数值分析[J].岩土工程学报，2017，31（3）：425－430．
[3]魏纲，朱奎．顶管施工对邻近地下管线的影响预测分析[J].岩土力学，2018，30（3）：825－831．
论文作者:王振
论文发表刊物:《基层建设》2019年第9期
论文发表时间:2019/7/30
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