顶管隧道近距离穿越既有地铁盾构区间设计

黎 建

(中铁隧道勘测设计院有限公司，天津 300133)

顶管隧道近距离穿越既有地铁盾构区间设计

黎 建

(中铁隧道勘测设计院有限公司，天津 300133)

结合成都市犀浦镇龙梓万片区电力隧道工程实例，针对顶管隧道施工力学进行了研究，分析了工程设计要点和施工技术控制要领，并对既有地铁盾构区间进行了受力模拟计算和安全性分析，为类似工程积累了一定经验。

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1 工程概况

成都市犀浦镇龙梓万片区电力隧道工程位于郫县犀浦镇，始于犀安路、学院路口北象限内，沿学院路北侧地下东行，至规划晨风路、学院路路口穿越学院路后转向西南方向，延晨风路在其西侧绿线内行进，向南穿越317国道后沿现状晨风路继续向西南方向行进，下穿百草路，沿百草路西侧前行50 m结束。

电力隧道在百草路段从已运营的既有地铁2号线西延伸线工程区间上方通过，同时将下穿DN1 000的污水管和7 m宽的茅草堰，鉴于电力隧道范围内地面交通繁忙，地下管线密集，周边条件错综复杂的情况，经比选，采用顶管施工。电力隧道顶管部分全长46 m，在百草路—晨风路十字路口西南角和东北角分别设置始发井和接收井。电力隧道与既有2号线西延伸线左线区间净距为1.5 m，右线区间净距为2.02 m，与污水管净距为0.575 m，与茅草堰净距2.123 m，其相互间的影响极大，施工难度高，是电力隧道设计的关键，如图1，图2所示。

2 工程与水文地质

本电力隧道地处川西平原岷江水系Ⅰ级阶段，为冲洪积地貌，地形平坦。根据钻探揭示，该隧道由上而下依次为：①-1杂填土、①-2素填土、②-4粉土、②-5-2细砂、②-6-1松散卵石土、②-6-2稍密卵石土、②-6-3中密卵石土。

岩土物理力学参数见表1。

表1 地层物理力学参数统计表

本隧道主要通过的岩土层为②-6-1松散卵石土和②-6-2稍密卵石土，局部夹杂着砂层。

隧道范围内的地下水主要为赋存于砂卵石层中的孔隙潜水，卵石层渗透系数可取12 m/d～25 m/d。

3 工程特点与难点

针对工程具体情况分析，本工程存在如下特点和难点：

1)隧道所处位置的周边条件复杂，距离地铁2号线西延线的盾构区间最小距离仅有1.5 m，在顶管施工时必须控制好顶推力，保证既有地铁区间的结构安全和正常使用；

2)隧道将下穿基础较差的茅草堰和DN1 000的污水管，并且与它们的距离仅有2.123 m和0.575 m，施工风险高；

3)地质条件差，隧道主体主要位于松散卵石层和稍密卵石层中，自稳能力差，受扰动后易松散塌落，容易引起较大的沉降。

4 隧道结构设计

4.1 隧道断面结构设计

隧道结构形式主要取决于施工方法、使用功能以及周边环境条件等因素。针对本隧道周边的既有地铁盾构区间、污水管及茅草堰的变形要求严格的特点，控制施工期间的变形成为隧道设计和施工需要首要考虑的关键。结合国内以往工程经验，新建的电力隧道的断面采用圆形断面，断面外径1.8 m，内径1.5 m，壁厚0.15 m，管长2 m。隧道与既有盾构区间斜角，角度为80°，隧道底部距离盾构区间顶最小为1.5 m。电力隧道结构断面见图3。结构设计考虑地质条件、埋设深度、荷载、结构形式、施工工序等因素，按照信息化进行结构设计，工程类比法确定结构参数，并进行计算分析。

4.2 隧道结构检算

因隧道是一个狭长的建筑物，纵向很长，横向尺寸相对较小，计算可以取中间每延米隧道作为平面应变问题来进行近似处理，考虑围岩与结构的共同作用及分步施工过程，采用有限元数值计算模型进行模拟计算。通过计算得出顶管隧道计算内力图如图4所示。

4.3 对既有地铁盾构区间受力分析

顶管隧道施工期间，围岩作用于结构的应力随顶进和支撑不断变化，其地层应力将重新分配，这将对既有地铁盾构区间的受力产生影响。考虑顶管隧道与盾构区间的距离越近，相互影响就越大，因此计算模型取相互距离最近的断面进行受力分析。为了模拟顶管施工过程时既有盾构区间的位置以及其所在范围内的地层应力变化的情况，可以用有限元模拟施工过程，分析出隧道以及周边环境的内力，位移变化的情况，以确定既有盾构区间的安全性。

计算模型长60 m，宽46 m，高40 m，模型节点数11 201个，单元数为22 576个。土体采用实体单元进行模拟，盾构管片、顶管采用板单元，茅草堰采用板单元模拟。计算结构模型和计算结果见图5～图7。

通过有限元数值计算分析可以看出，顶管隧道在施工过程中，对既有地铁盾构区间管片的挤压变形值小于1 mm，可以确保顶管施工时既有地铁的安全运营。

5 监控量测

现场施工监测是保证判断设计是否合理、安全，施工方法是否正确的重要手段。通过信息化监测施工变形监测包括顶管隧道的监测和既有盾构区间的监测，新建隧道的施工必然会引起既有通道结构的变位，为保证既有盾构区间的安全和正常使用，在施工期间，必须加强对既有盾构区间进行监控量测。既有盾构区间的监测项目和频率见表2。

表2 既有盾构区间监控量测表

序号监测项目监测仪器监测频率监测目的1既有区间隆陷变形静力水准系统1次/2h掌握施工期间既有结构隆陷变形情况2既有区间变形缝差异沉降静力水准系统1次/2h掌握施工期间既有通道结构缝差异沉降变形情况3既有区间变形缝开合度测缝计1次/2h掌握施工期间既有区间结构缝水平变形情况

6 结语

为了能确保电力隧道施工的顺利进行和既有地铁盾构区间的正常使用，将施工期间对既有结构物的影响降低到最小限度，本文针对顶管隧道近距离穿越既有已运营的地铁盾构区间的施工力学行为进行了研究，分析了工程设计要点和施工技术控制要领，并且介绍了施工应急预案的编制，可以为今后类似的工程提供参考。

[1] 日本铁道综合技术研究所.接近既有隧道施工对策指南[M].日本：[s.n.],1996.

[2] 李罩平，黄庆华，马天文.下穿大型铁路站场的地铁车站施工对线路变形影响的监测分析[J].岩石力学与工程学报，2005，11(S2)：5569-5575.

[3] 关宝树.隧道工程设计要点集[M].北京：人民交通出版社,2003.

The interval design of pipe jacking tunnel close quarters crossing existing metro shield

LI Jian

(ChinaRailwayTunnelSurveyandDesignResearchInstitute,Tianjin300133,China)

Combining with the electric power tunnel engineering examples of Longziwan district Xipu Chengdu, researched the pipe jacking tunnel construction mechanics, analyzed the key points of engineering design and construction technology control key methods, and made the force simulation calculation and safety analysis on existing metro interval, accumulated certain experience for similar engineering.

power tunnel, crossing, existing metro interval, simulation calculation

1009-6825(2014)07-0188-02

2014-01-07

黎 建(1979- )，男，工程师

U455

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