中铁上海设计院集团有限公司天津分院 天津 300073
摘要：城市建设的飞速发展导致地铁工程勃勃兴起，高密度的既有建筑设施给地铁施工带来了一定的困难。为不影响既有建（构）筑物的正常使用，在市中心较繁华地段的区间施工一般采用盾构法。本文重点分析了盾构施工时对邻近既有地铁高架的桩基产生的影响，并对此项目的可行性进行分析，同时建议采用相应的处理措施，以作为同类型施工项目的参考。
关键词：盾构；桩基；有限元；沉降
天津作为我国华北地区重要的政治经济城市近年来发展蓬勃，各行业的兴起也推进了城市建设的脚步。高楼林立、交通发达城市建设的密度也逐年增加，这同时也给城市轨道交通的开展带来了一定的阻力。盾构法施工是常见的区间隧道施工工法，由于城市中地下基础及管线等纵横交错、构造复杂，这就要求盾构施工时保证不对周围环境造成影响破坏。同时天津也是一座海滨城市，位于我国海岸线北部的渤海湾，城市中穿梭着以海河水系为主的多条河流。地理位置使得其土质以砂粘土为主，并具有一定的腐蚀性，并不是建造地下轨道交通的有利环境。结合各方面条件需对本地区盾构施工对周边环境的影响进行分析。
1工程概况
天津地铁11号线一期工程东江道~学苑北路区间出东江道站在微山路与东江道交口处下穿既有地铁1号线（复兴门站~华山里站区间）高架，之后沿东江道敷设，在与曲江道交口处沿东北向曲线下穿市河西区小海地房地产管理站，天山里、化工宿舍。
区间线路在右CK32+852.000下穿既有地铁1号线复兴门站~华山里站区间高架，111号桥桩距离隧道外皮4.17m，桩径1m，桩顶标高1.206，桩底标高-42.884；112号桩位桥桩距离隧道外皮最小净距3.23m，桩径1m，桩顶标高1.660，桩底标高-45.799.此 处盾构顶覆土约10.6m。故此处风险等级按Ⅱ级考虑。
图1 工程平面图
2 模型参数设置
采用有限元软件对风险工程进行计算分析。鉴于11号线下穿1号线间距较小，存在一定的施工风险，对该区间（里程坐标为右CK32+824.733～CK32+879.733）进行三维数值仿真模拟，本模型选用MIDAS GTS仿真软件进行三维模拟，模型外观及网格划分如图2～图3所示。模型尺寸为：120m*100m*70m，桥梁承台及桩基采用实体单元，管片采用板单元，单元总数714700个。土体模型选用修正摩尔库伦准则，衬砌模型选用线弹性准则。
荷载为土体本身自重，并在土体表面施加20Kpa面荷载，用以模拟地面荷载。承台上分别施加170KPa（111号桥桩）/500KPa（112号桥桩）荷载替代上部结构。约束为固定模型侧面的水平位移，约束模型底面XYZ三个方向的位移。
土体相关参数来自工程地质勘查报告和工程经验取值如下。
杂填土：弹性模量E=50MPa，泊松比0.30，重度20KN/m3，粘聚力30KPa，内摩擦角25°。粉质粘土：弹性模量E=60MPa，泊松比0.33，重度20KN/m3，粘聚力35KPa，内摩擦角20°。粉砂：弹性模量E=200MPa，泊松比0.30，重度21.5KN/m3，粘聚力47KPa，内摩擦角29°。
根据计算结果，对于11号线隧道衬砌，盾构施工完成后，隧道结构沉降最大值为-6mm，位于地铁11号线拱顶位置处，小于规范要求值20mm。盾构施工完成后，隧道净空收敛最大值为8.2mm，小于规范要求值13.2mm。
盾构施工完成后，双线隧道形成W形沉降槽，地表最大沉降值2.4mm，出现于隧道开挖完成时，该变形值满足盾构隧道地面沉降2.5mm控制标准。地表隆起值较小，为0.25mm，满足规范要求。
对于既有地铁1号线高架，盾构施工完成后，1号线高架桩基的最大沉降量为3mm，满足沉降允许控制值3mm。盾构施工完成后，由于开挖导致应力重分布，既有地铁1号线产生水平位移，最大水平位移约0.3mm，满足水平位移控制值3mm。
4 主要结论及建议
综合以上天津地铁11号线东江道站～学苑北路站段施工期间对既有1号线高架结构安全性的影响进行的评估工作，分析得到结论如下：
（1）天津地铁11号线东江道站～学苑北路站段正常施工条件下，会对既有地铁1号线高架结构产生一定的影响。
（2）本隧道工程距1号线高架下承台桩最小水平净距约3.23m。天津地铁11号线东江道站～学苑北路站段在正常施工条件下，会引起1号线承台桩发生沉降、侧移等变形。承台桩最大沉降为3mm，最大水平位移0.3mm。分析其原因，由于土体开挖，土体出现应力释放，松弛后，地铁1号线承台桩所处的应力状态也发生相应变化，在盾构下穿处由于桩基两侧受力不均，体现为水平向向盾构侧移动。另一方面，由于土体中应力进行重分布，导致承台桩在不同深度处产生了相应的竖向位移。
（3）为确保天津地铁11号线东江道站～学苑北路站段工程施工期间既有1号线的安全，根据既有结构使用现状，综合考虑预测沉降、极限沉降，建议采取一定的预处理及应急措施，以控制隧道施工对既有结构的影响。
（4）考虑土体小应变影响的三维数值分析能够较好反映结构开挖对既有结构体位移、变形和内力的影响，其计算结果能够与实际工程经验更好的吻合，但由于有限元模型及土体本构关系的特点，计算值及影响范围可能会与实际值有一定差异。
1）既有地铁1号线保护建议
（1）施工前，应根据既有地铁1号线地质勘察资料及其设计施工资料，结合数值模拟结果对重叠薄弱敏感部位进行标注，并进行全面系统的调查。
（2）根据调查分析资料、工程经验及数值模拟结果，施工前对既有结构重点部位进行加固。
（3）本工程施工前，需对既有1号线重点部位进行布点监测。尤其是靠近重叠区间时，加强施工监测，一旦沉降速度增加，或者沉降值逼近预警值，马上采取相应措施。
（4）编写相应应急预案，发生紧急情况时使用。
（5）既有地铁1号线在11号线区间下穿施工期间控制车速，以降低运营风险。同时，在1号线区间上、下行线与11号线区间上、下行线相交处，沿地铁1号线路纵向向两侧各35m范围内安装纵向拉紧联系装置，拉紧联系装置采用14d槽钢，安装位置可根据隧道内现场实际调整，避开道床、接触网等地铁运营设施的位置。
2）盾构隧道施工建议
（1）由于隧道为盾构开挖，为了有效控制周围土体变形和地表沉降，隧道开挖过程中，应严格按照盾构机掘进标准，加强施工监测，随时调整掘进参数，控制好掘进速度，掌子面压力，压力不可过大或过小，否则很容易引起周边土体受力不均匀而变形。控制隧道实际轴线与设计轴线允许偏差（上、下、左、右）不超过150mm。
（2）盾构推进过程中，坡度不能突变，隧道轴线和折角不超过0.4%。
（3）施工过程中，应严格控制推进过程，在曲线段衬砌环的位置与设计中的里程偏离不得大于100mm。
（4）由于现在盾构注浆采用壁后注浆，在每掘进一段距离后，通过管片注浆孔对这已施工管片区域内压浆，既防止地面沉降，又起到防止隧道后期沉降，考虑注浆方量量为5m3/m。
（5）除去壁后注浆措施外，考虑到浆液体积收缩会加剧地表的后期沉降量，又由于盾构推力，衬砌和土层间会相互分离，对此还需要进行二次补浆。二次注浆不仅能有效减少地表后期沉降，也有利于控制隧道本身的沉降量。
（6）地下管线保护措施：
盾构推进过程中，上部土体先隆起，后沉降，地下管线随之变形。若变形过大，会引起管线开裂，对于输配水管会导致开裂渗漏水，影响盾构施工，对于燃气管有可能会导致天然气爆炸，造成工程事故，对于大管径重力流管线（雨水、污水）会导致渗漏水，裂缝过大时，地表松散土层会渗入管线内，导致地面塌陷。
考虑以上施工风险，在盾构施工前，区间影响范围内管线需进行迁移，有压管（燃气、输配水管）临时迁改至盾构区间影响范围外，原管线断流。对于重力流管线可考虑方案一、将雨污水管线永久迁改至两区间隧道之间；方案二、该范围施工期间路面断交，可临时由路面两管道井之间泵送调水，两管道井之间管道内保证无水，该区间盾构施工结束后，由管道内部进行检查维修，以保证使用功能。
参考文献：
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[2]房明：刘镇：周翠英：史海欧.新建隧道盾构下穿施工对既有隧道影响的三维数值模拟[J].铁道科学与工程学报.2011（02）:67-72
论文作者:王漪璇
论文发表刊物:《基层建设》2017年第12期
论文发表时间:2017/8/24
标签：盾构论文; 隧道论文; 地铁论文; 东江论文; 区间论文; 天津论文; 管线论文; 《基层建设》2017年第12期论文;