徐州市区奎河综合整治工程顶管施工对地铁影响分析

尹 峥，燕 珍 ，彭小莉 ，周苏红

(1.徐州市水利工程建设监理中心有限公司，江苏 徐州 221000；2.徐州市水利建筑设计研究院有限公司，江苏 徐州 22100)

随着城市化建设的快速发展，新建工程穿越(跨越)既有工程的情况越来越多[1-3]。在城市发展建设过程中，地下空间的利用越来越多，尤其是城市化进程较高的区域。城市地下管线、隧道复杂，当新建工程穿越(跨越)既有工程时，需要分析对既有工程的扰动。王立新等[4]采用三维数值模拟方法研究了盾构隧道下穿高铁路基的影响，分析隧道开挖间距、隧道下穿角度等因素对路基的扰动；王锦华[5]利用有限元数值分析方法研究了隧道下穿机场跑道时对既有跑道的影响，认为施工参数和地层参数是影响跑道变形的主要因素。根据目前的研究成果可知，数值模拟方法是研究新建工程穿越(跨越)既有工程的常用方法，具备计算速度快、结果可靠等优势[6-8]。

1 工程概况

工程顶管单顶长度超过730.32m(直53.76m+曲193.26m+直87.53m+曲96.19m+直48.86m+曲143.24m+直107.48m)，半径R=700m的曲线顶管，因为本工程地质情况较为复杂，局部存在溶洞、微风化岩层、穿越河道、地铁线路和综合管廊。特别是在断面为半岩层与半黏土层中顶进难度大，顶进过程容易造成抬头、偏向，曲线线型难以维持，需要通过不断地纠偏，难度非常大。

2 穿越地铁段顶管基本情况

WN-8至WN-9顶管区间，横穿地铁2号线上方通过，如图1所示。WN-8号工作井位置为回龙窝景区停车场，南侧为奎河，距离8m；西侧为景区2层商业房屋，距离22m；东侧为2层钢结构房屋，距离36m；地铁与顶管井最近水平距离12m，顶管与隧道垂直距离为6.1m。

图1 WN-8顶管工作井与地铁2号线位置关系纵向剖面图

为了保护地铁工程，减少工程施工对地铁产生的影响，采取以下针对性保护措施：

(1)项目施工时，与徐州市轨道公司建立联系机制，制定应急预案，建立连理机制，加强双方检测数据沟通，保证顶管工程施工安全。为了保证沿线建筑的安全，距离盾构轴线L≤6m范围内的建构筑物必须进行加固措施(盾构施工前进行预注浆)，L>6m范围外的建构筑物采用应急措施。

(2)施工前与轨道公司做好沟通协调，与地保办建立联系。施工过程前和施工过程中加强对地保办和轨道公司的报审和验收程序。

(3)顶管工程施工前前，施工单位需根据地下顶管法施工技术要求，充分考虑实际情况，制定专项施工安全保护方案。

(4)顶管WN-8向WN-9顶进过程中，经过地铁2号线正上方，严格控制顶进速度，控制在4～6m/d。

(5)项目针对WN-8工作井及地铁上方影响范围内加密布置了监测点，对本项目的基坑和顶管施工进行安全监测。

(6)项目施工完成后，项目参与方对地铁结构有无裂缝及渗漏水等质量情况再次进行检查确认，进行地铁结构各项安全检查。

3 数值模拟模型建立及结果分析

3.1 水文及地质情况

工程实施内容主要为奎河苏堤南路至袁桥闸段，该段全长4km，河底宽度7～25m，3年一遇设计流量53～126m3/s，20年一遇设计流量104～282m3/s。工程区属淮河流域冲积、洪积区，区域地下水主要有两大类型，即松散岩类孔隙水和被第四系覆盖的碳酸盐岩类裂隙岩溶水。

工程苏堤南路至袁桥闸段沿线从上游至下游分别位于冲-湖积平原区、冲(坡)-洪积区、冲积垅状高地、冲积平原区，地面高程为32.0～39.5m。根据野外钻探揭示及原位测试等结果，拟建场地勘察深度范围内第四系土层主要有填土、粉土、粉质黏土、黏土等组成，下伏基岩主要为寒武系灰岩，局部分布有泥灰岩、粉砂岩、泥岩以及角砾岩。本次勘察共揭示了4大层及9亚层，其中①层为新近堆填土，②层为第四系全新统地层，③层为第四系上更新统地层，第④层为古生界寒武系地层。

3.2 数值模型建立

Plaxis 2D是目前常用的岩土工程、隧道工程数值分析软件，根据前述的隧道地质、尺寸、空间关系，建立Plaxis 2D数值分析模型，研究奎河综合整治工程顶管施工对既有地铁2号线隧道的影响以及顶管施工时地面的变形沉降情况。如图2所示。

图2 Plaxis 2D数值分析模型

3.3 数值模型计算参数

根据地质勘察成果，结合区域经验，场地各地层物理、力学参数取值见表1。

表1 各土层参数

3.4 数值模型计算结果

根据上述数值计算模型和参数获取顶管施工对地铁2号线隧道及地面沉降变形的影响情况。数值模拟计算结果如图3所示。

图3 数值模拟分析计算结果

根据图3(a)、(b)可知，顶管施工后地铁2号线的最大竖向、水平向位移均位于顶管施工轴线垂直对应的地铁2号线隧道截面处。根据数值模拟结果可知，最大水平向、竖向位移分别为1.2、0.8mm，总体位移相对较小。在地铁施工过程中，顶管开挖在地铁2号线隧道上方形成了空洞，导致地铁隧道出现水平、竖向方向的位移。根据数值分析结果可知，距离顶管施工轴线越近，地铁隧道的水平、竖向位移不断增大，相反，距离顶管施工轴线越远，地铁隧道的变形越小。

根据图3(c)可知，距离顶管施工轴线越近地面沉降变形量越大，但总体沉降变形较为可控，最大沉降变形量为2.3mm。

4 结语

(1)徐州市奎河综合整治工程穿越既有地铁2号线隧道，顶管施工难度高，为了降低对地铁工程的扰动，采用预加固、密监测、多沟通、控速度等多个措施相结合的方法进行施工。

(2)结合区域地质情况以及顶管施工和地铁2号线的空间关系建立数值模拟分析计算模型，计算结果表明，采取了相关措施后可以有效控制顶管施工对既有地铁2号线隧道以及地面变形的影响。

(3)地下管线工程跨越(穿越)既有工程的情况愈发常见，建议在工程建设实施过程中加强对周边建筑的监测、预警，在关键节点区域降低顶管施工速度，以保障既有工程的安全。