某综合管廊穿越既有运行地铁线路加固实施方案

李 威

（上海市政工程设计研究总院（集团），上海 200092）

1 引言

某地铁线路场地位于南京市，是该市贯通市区与过江新区的关键线路。该段线路途径某地下综合管廊，与该综合管廊斜向交叉。综合管廊为干线综合管廊，是高压电力主通道，内含管线为220kV、110kV高压电力线，且回数众多。由于新区为国家级新区，而穿越地属核心区范围，电力管线不可以以架空形式敷设，必须以埋地形式敷设。综合管廊穿越直接影响该线路的运营安全。该综合管廊工程紧邻地铁隧道线，距离最近地铁站最小平面间距约98m，距离隧道隧道盾构最小平面间距约20m。

根据《轨道交通条例》规定：为了保障轨道交通规划的合理性、建设过程中能顺利施工并完成以及建成后的安全畅通，必须设立轨道交通控制保护区和轨道交通特别保护区；地面和高架车站以及线路轨道结构外边线外侧30m内；为确保既有地铁线安全运营，综合管廊穿越既有地铁线期间应着重加强对既有地铁线隧道的水平变形、竖向变形、径向收敛变形、轨道横向高差、轨向高差、道床脱空量及管片结构裂缝宽度等内容的监测，各项监测值应严格控制在允许范围内。

2 工程设计方案

2.1 工程概况

综合管廊与既有地铁线盾构区间近乎垂直相交，平面交角81°，该地铁区间全长约570m。区间左、右线均位于平直线上；区间设计为单面坡，最大坡度28‰，区间覆土厚度9.61～14.15m。隧道平面图及盾构管片结构图如图1所示。

图1 隧道平面图及盾构管片结构图

2.2 地勘情况

既有地铁线盾构井～车站区间所处地层主要为②-2b4淤泥质（粉质）黏土（流塑）、②-2d3-4粉砂、细砂（松散～稍密）、②-4d1-2粉细砂（中密～密实）。盾构井～临江站区间地质纵断面图如图2所示。

图2 盾构井～临江站区间地质纵断面图

2.3 设计方案

根据地铁公司意见，管廊不允许下穿地铁区段。受制于隧道顶覆土、入廊管线等因素的影响，管廊无法采用盾构形式穿越，经过专家评审会意见后，综合管廊最终采用圆形双顶管上穿既有地铁线江区间段。根据实际情况，既有地铁区间与顶管之间的实际净距控制在2.3m，顶管上部覆土厚度为4.8m左右，约为1d（d为顶管直径），这样才能满足该工程的顶管施工要求。顶管隧道内径3600mm，外径3960mm，壁厚230mm。顶管隧道穿越地层主要为②-1d3-4粉砂、细砂（松散～稍密）、②-2b4淤泥质粉质黏土（软～流塑）、②-2d3-4粉砂、细砂（松散～稍密）。圆形双顶管上穿断面图及加固图如图3所示。

图3 圆形双顶管上穿断面图及加固图

2.4 计算模拟

（1）计算假定。数值模拟过程中，为了计算环境与实际的差距无限接近，必须采取有效措施，部分简化和处理地层及结构，这样才能更好地运用计算软件和计算理论。经过仔细研判，拟定了以下几种计算基本假定：一是初始应力要对构造应力的影响加以忽略，而对围岩的自重应力进行考虑；二是土体水平成层分布，而且所有材料连续、均质，同时各向同性；三是衬砌考虑为弹性材料，围岩考虑为摩尔-库伦理想弹性材料；四是顶管隧道只进行整体简化分析，不考虑每节预制构件之间的连接；五是对于线内列车运行时产生的震动不加以考虑。

（2）计算模拟内容。①隧道壁后注浆的模拟。本次模拟过程中认为壁后注浆在注浆范围内是连续的、均匀的，不考虑注浆过程中产生的跑浆、劈裂注浆。壁后注浆的模拟采用更换网格组属性的方式进行模拟，在保证原网格组不变的情况下改变其参数来实现注浆效果。②接触的模拟。根据变形协调条件，土体与隧道衬砌之间由于变形会导致缝隙，不能实现完全接触。因此，在计算模拟的时候，要根据具体情况，采用接触单元对土体与隧道衬砌之间的接触进行模拟。③土仓压力的模拟。在实际工程中，土仓压力以均衡的压强形式存在，为了更接近实际，在数值模拟过程中，直接对开挖面土体施加法向均匀分布的压力来模拟土仓压力。④衬砌结构、围护结构及围岩模拟。隧道衬砌及基坑围护结构在模拟时采用弹性本构模拟。均质弹性材料的应力应变关系符合虎克定律。围岩模拟采用Mohr-Coulomb模型，Mohr-Coulomb模型是弹性-塑性本构，其破坏准则是受最大剪应力控制的，可通过反映最大和最小主应力关系的摩尔圆来表现，如图4所示。

图4 最大和最小主应力关系的摩尔圆

（3）计算模拟工况及工序。①左线顶管下穿施工；②右线顶管下穿施工。三维计算分析，横江大道综合管廊顶管上穿（地层未加固）开挖顶进对地层及既有地铁线影响分析结果如图5所示。

（4）计算模拟结果。在顶管隧道左线开挖顶进的过程中，地表产生竖向向下的位移，最大沉降值为15.0mm；在顶管隧道左线施工完毕，右线开挖顶进的过程中，在对地层进行二次扰动及叠加效应的影响下，地表产生竖向向下的位移，最大沉降值为19.1mm；既有地铁10号线隧道竖向最大隆起为3.9mm，最小值位于顶管隧道正上方，并向两侧扩散，隆起量随着与既有地铁线距离的增加而增加；在顶管隧道左线施工完毕，右线开挖顶进的过程中，在对地层进行二次扰动的影响下，既有地铁10号线隧道竖向隆起位移值发生变化，最大隆起为5.0mm；最大水平位移为2.4mm。

2.5 计算结果分析

综合管廊穿越既有地铁线隧道方案计算分析结果一览表如表1所示。

表1 综合管廊穿越既有地铁线隧道方案计算分析结果一览表

图5 圆形双顶管上穿既有地铁三维模型图及计算结果

（1）圆形双顶管上穿方案对地表竖向变形、既有地铁线的变形影响较小。

（2）采取地层加固措施有利于减小横江大道综合管廊施工过程对地表、既有地铁10号线隧道的变形影响。

（3）采用圆形双顶管上穿（地层加固）方案可行。

（4）顶管施工前应根据工程所处工程地质及水文地质、地下障碍物和需要保护的构建筑物等因素，合理选择顶管机械，建议采用土压平衡顶管掘进机。

（5）顶管顶进施工过程中应加强土仓压力控制，避免过高或过低土仓压力对既有地铁线产生不利变形影响。

（6）顶管隧道贯通后应采用水泥砂浆置换触变泥浆，拆除注浆管路后，应将管道上的注浆孔封闭严密。

（7）为保证既有地铁线运营安全，减小综合管廊工程上穿过程中对既有地铁1线造成的变形影响，因此，在上穿施工之前，应采取必要的地层加固措施。

3 结束语

文章充分运用了有限元数值三维仿真计算，对综合管廊顶管穿越既有地铁线路产生的影响进行分析，在采取充分的加固措施后，顶管穿越既有隧道产生的影响较小且在控制范围之内，并且提出相应的施工措施，以保证穿越顶管的顺利进行。