暗挖隧道下穿地铁出入口通道变形分析及控制

刘士海

(1.北京市建设工程质量第三检测所有限责任公司，北京 100037；2.北京市市政工程研究院，北京 100037)

0 引 言

近年来，随着地铁工程的建设和开发，地铁线路所覆盖的地区越来越大，越来越多的新建地下工程处于既有地铁工程保护范围内，两者之间的相互影响不可避免[1-4]。地铁车站出入口变形缝对变形较敏感，其两侧差异沉降过大将导致拉裂、渗漏等，严重影响使用安全[5，6]。

基于此，本文结合某新建电力隧道下穿地铁出入口通道工程的施工和监测，对暗挖隧道下穿地铁出入口通道的影响进行研究，分析了隧道开挖过程中地铁车站附属出入口通道的结构变形及变形缝两侧差异沉降，以了解暗挖隧道下穿地铁出入口通道的变形规律，并提出施工过程中的控制措施及建议，为今后类似工程施工提供借鉴。

1 工程概况

新建电力隧道为拱顶直墙断面，内净空尺寸为断面为2.0 m×2.3 m单孔隧道(图1)。初支为0.25 m厚C25喷射混凝土+钢格栅，初支格栅纵向间距0.5 m。二衬为0.3 m厚C40模筑防水混凝土。对隧道周圈外1.5 m范围洞内深孔注浆，注浆浆液为水泥-水玻璃双液浆，单次注浆12 m、2 m止浆墙。注浆完成后的土体渗透系数应小于等于1.0×10-7cm/s。注浆加固后土体强度不小于0.8 MPa。

图1 新建隧道断面图

新建电力隧道邻近及下穿既有地铁出入口通道，平行段与出入口通道水平距离约8.6 m(图2、图3)。下穿出入口通道段隧道与出入口30°斜交，竖向净距约3.5 m。受新建工程影响的出入口通道采用明挖法施工，原采用桩+内支撑方式进行支护。

图2 新建隧道与既有地铁车站出入口相对位置关系平面图

图3 新建隧道与既有地铁车站出入口相对位置关系剖面图

根据勘察报告查明，场地地层由人工填土层、粉土-黏土层、黏土层，地层剖面如图4所示。

图4 地层剖面图

本次勘察期间于钻孔中实测到1层地下水。地下水类型为潜水，含水层主要为黏质粉土②层。地下水稳定水位标高为38.24～40.12 m(埋深8.70～9.78 m)。

2 既有出入口变形实测结果分析

为了解隧道开挖过程中地铁车站附属出入口通道的结构变形及变形缝两侧差异沉降，了解暗挖隧道下穿地铁出入口通道的变形规律，本文通过对施工期既有出入口通道结构竖向位移和水平位移进行现场监测，对既有出入口通道结构变形数据进行综合分析。

2.1 现场监测方案

既有出入口通道结构竖向位移采用精密水准仪进行监测，测点布设间距为10 m，在变形缝两侧加设测点。既有出入口通道结构水平位移使用全站仪进行监测，结构水平位移测点间距基本与结构竖向位移测点相同。监测布点如图5所示。

图5 现场监测布点图

2.2 地铁车站变形实测结果汇总

现场测试成果汇总见表1。

表1 实测结果汇总表(单位：mm)

从表1可以看出：既有出入口通道结构最大竖向位移为下沉6.34 mm(C10)，最大水平位移0.23 mm(W6)；变形缝两侧差异沉降最大为5.07 mm(C10-C11)；自动扶梯两侧差异沉降最大为0.43 mm(C1-C22)。

2.3 出入口结构竖向位移实测结果分析

出入口结构竖向位移实测结果如图6、图7所示。图6为各竖向位移测点累计值统计曲线图。图7为各竖向位移测点时程曲线。

图6 出入口结构各竖向位移测点累计值统计曲线图

图7 出入口结构各竖向位移测点时程曲线

由图6可知，既有出入口通道结构最大竖向位移为下沉6.34 mm(C10)，发生在电力隧道下穿上方；车站与出入口通道变形缝处两侧差异沉降为5.07 mm(C10-C11)、2.82 mm(C12-C13)；自动扶梯两侧差异沉降为0.43 mm(C1-C22)、0.18 mm(C2-C21)，远小于变形缝差异沉降。

由图7可知，电力隧道穿越施工期间，随着掌子面推进，既有结构会有一定的前期变形，正下穿施工期间，既有出入口通道沉降呈现缓沉状态，穿越完成后，出入口变形沉降突变超限且变形尚未稳定，原因分析可能是穿越段前期施工过程中饱和黏土低压深孔注浆效果有限，地下水控制效果不佳且初支背后注浆间距过大无法填充背后空隙，后期初支背后反复多次注浆减缓了出入口通道的沉降速率，注浆结束后的一周时间内，既有出入口通道结构沉降趋势趋于平稳。

2.4 出入口结构水平位移实测结果分析

出入口结构水平位移实测结果如图8、图9所示。图8为各水平位移测点累计值统计曲线图。图9为各水平位移测点时程曲线。

图8 水平位移测点累计最大值统计曲线图

图9 出入口结构各水平位移测点时程曲线

由图8、图9可知，既有出入口通道结构水平位移均较小，远小于结构竖向位移，水平位移方向为偏向电力隧道开挖侧，且主要发生在邻近电力隧道施工期间，最大水平位移为0.23 mm(W6)。

3 结 论

(1)根据实测结果分析：既有出入口通道结构最大竖向位移为下沉6.34 mm，最大水平位移为0.23 mm；变形缝两侧差异沉降最大为5.07 mm；自动扶梯两侧差异沉降最大为0.43 mm。

(2)既有出入口通道结构水平位移均较小，远小于结构竖向位移，水平位移方向为偏向电力隧道开挖侧，且主要发生在邻近电力隧道施工期间。

(3)本工程正下穿施工期间，既有出入口通道呈现缓沉状态，主要沉降发生在穿越完成后，原因分析是穿越段施工前期低压深孔注浆效果有限，地下水控制效果不佳且初支背后注浆间距过大无法填充背后空隙；后期初支背后反复多次注浆减缓了出入口通道的沉降速率，注浆结束后的一周时间内，既有出入口通道结构沉降趋于平稳。建议今后类似工程施工保证穿越前期深孔注浆，饱和黏土采用超细水泥浆反复多次注浆对控制地层变形有一定效果，今后类似工程可以借鉴。