新建地铁隧道下穿既有公路隧道沉降控制技术研究

新建地铁隧道下穿既有公路隧道沉降控制技术研究

汪一帆

杭州萧宏建设环境集团有限公司  单位浙江省杭州市  310052

摘要：地铁是城市公共交通的重要组成部分，其为人们的出行提供了便利。由于地铁占用的地上城市面积较小，且可对城市经济起到推动作用，所以各地都在不断加大对轨道交通建设的投资力度，使得地铁网线规划越发复杂，常会出现新建地铁轨道与己有公路隧道重叠交叉的问题。本文以某地地铁为例，对新建地铁隧道下穿既有公路隧道沉降控制技术进行研究，以供参考。

关键词：新建地铁隧道；既有公路隧道；沉降控制技术

1.工程概况

1.1新建区间隧道概况

新建区间隧道总长约为1.5千米，共设置两处施工竖井，且1号施工竖井兼1号联络通道，2号联络通道设置在线路最低点，且其兼水泵房。区间隧道覆土13米～29米，洞身地层包括全、微风化混合花岗岩、可塑状砂质粘性土，施工方法为矿山法。

区间下穿极右公路下沉隧道位置的隧道埋深为19m，拱顶与下沉隧道底板底的最小净距离为6.7m，均位于全、强风化混合花岗岩层，且其等级为Ⅴ、Ⅵ级。隧道上方设置了给水管、雨水管、电力管沟、燃气管等管道。

经分析，新建隧道下穿既有公路隧道的地质条件相对较差，隧道周边存在管线较多的问题，且如何进行沉降控制也是本工程的重难点。

1.2既有公路隧道概况

既有公路为交通要道，且在周围环境条件、地质条件的影响下，下穿路段隶属于下沉式隧道。在进行下沉式隧道施工时，需采用明挖法，并在围护结构处采用地下连续墙兼公路隧道侧墙。想要提高墙体的整体性，可在墙顶设置预应力简支空心板。同时，可在中央隔离带处设置中墙，用以支撑上部结构。

2.新建地铁隧道下穿既有公路隧道沉降控制技术

2.1超前支护技术

超前支护技术可为隧道工程开挖工作面的稳定性提供保障，因其超前于掌子面开发，且并属于辅助措施，所以被称为超强支护技术。由于新建地铁隧道下穿既有公路隧道隶属于下沉式隧道，所以需采用超前支护技术进行沉降控制。具体而言，相关工作人员需采用适合手段破除三堵地下连续墙，并在下穿范围内利用全断面预注浆进行加固处理，范围为开挖轮廓线外三米。全断面预注浆为水泥－水玻璃双液浆，其配比可控制在（1:0.6）～（1:1）。为避免下穿隧道底板隆起，在注浆过程中，相关工作人员需采用后退式分段注浆法，且将注浆压力控制在1MPa以下。注浆工具为108×8的大管棚+42×3.5的3.5m注浆小短管，超前支护的纵向间距为1米，环向间距为0.3米，且需从管棚工作室一侧打设至下沉隧道另一侧。管棚工作室的结构为渐变，结构长为8米，且需在标准断面开挖轮廓线外扩1.2米左右，并采用椭圆形断面进行开挖支护。

2.2开挖工序措施

开挖工作可对沉降控制效果造成直接影响，所以在进行开挖工作前，相关工作人员需基于新建地铁隧道下穿既有公路隧道的特点制定开挖工序措施。就本工程而言，可选用先开挖左线隧道，后开挖又像碎掉的方法，且总共需破除6次地下连续墙。在破除地下连续墙时，需采用人工破除法，并按照CRD工法将其分为四部分。在凿除每一部分的地下连续墙后，需及时假设型钢进行封闭，最后确保其可形成4榀密排钢支护，从而为地下连续墙的结构的安全性提供保障。

2.3既有地下连续墙保护措施

在进行沉降控制时，不仅要从新建地铁隧道入手，还需采用既有地下连续墙保护措施。比如，可在破除地下连续墙的位置设置4榀密排型钢架，且在支护初期于二次衬砌与既有连续墙钢筋间设置圈梁，长度为600mm×1000mm。

2.4监测措施

实时监测可做到及时发现下沉隧道沉降及倾斜，并采用科学可行的手段进行处理。由于自动化监测可做到24小时实时监测，所以相关工作人员需在施工过程中将自动化监测法利用起来，通过对主要影响区和次要影响区进行有效监测。在获得检测数据后，相关工作人员需对其进行及时分析、处理，从而为施工工作提供指导作用。

3.数值模拟与现场监测结果分析

数值模拟，简单来说就是相关工作人员基于新建隧道、既有隧道关系、隧道埋深、地质条件等建立三维计算模型，并在模型中标注相关数值进行计算。在进行模型构建时，相关工作人员需利用实体单元表示土层、下沉隧道、注浆体，需利用板单元表示地铁区间隧道支护结构。

模型中的各岩土层应利用摩尔－库伦本构模型，注浆加固材料、衬砌、既有结构等应当采用弹性结构模型。在进行参数设置时，需以地斟报告及相关规范为依据，需根据开挖工序完成数值模拟计算。

在获得计算结果后，相关工作人员需基于结果进行深入分析。就本工程而言，可从中获得如下信息：在区间左、右线隧道破除地下连续墙、衬砌支护、开挖土体施工中，破除地下连续墙基开挖土体施工带来的地面最大沉降为6.56mm；隧道结构的最大成长为2.52mm；上部地表呈现结构物的变形未对结构物及路面造成较大影响。

在进行施工时，可借助上述提到的几种常见控制措施，并利用自动化监测设备获取监测数据，通过选择下沉隧道底板中心结构、左线进洞位置地面沉降点与数值模拟计算结果进行对比分析。就本工程而言，其可通过对比相关数据获得如下信息：（1）在地面沉降、结构沉降监测数据与数值模拟计算结果的对比分析中可以发现，其变形规律几乎相似，但在新建左线隧道施工中，地面及既有结构出现变形较大的现象；但后续在右线施工中出现变形较缓的现象，且其有增大趋势。（2）数值计算结果与现场监测结果存在一定差异。（3）施工过程中，地面变形控制及既有结构变形控制相对较好，可达到设计要求、规范要求。

结语：综上所述，可以看出，新建地铁隧道下穿既有公路隧道时易出现沉降问题，倘若未将其重视起来将会影响公共交通的安全运营，将会带来较大安全隐患。所以，如何进行新建地下铁隧道下穿既有公路隧道沉降控制成为相关工作人员不得不深入思考的问题。上述就此进行研究，提出利用超前支护技术、按照开挖工序进行工作、对既有地下连续墙进行保护、实时监测下沉隧道沉降及倾斜四种措施。且在上述案例中可以发现，通过这些技术的有效应用，可有效控制既有结构与地面变形，使相关工程满足设计需求、规范要求。所以，相关工作人员可将上述提到的几种方法、技术运用于沉降控制中。如此，便可将沉降控制技术的效用最大限度地发挥出来，有效消除安全隐患，为公共交通运营的安全性、稳定性提供保障，从而借助地铁工程建设推动城市经济发展。

参考文献

[1]赵鑫. 土质地层新建地铁隧道下穿既有线地层沉降计算方法与控制标准研究[D]. 长安大学.

[2]来弘鹏, 赵鑫, 康佐. 黄土地区新建地铁隧道下穿时既有地铁线路沉降控制标准[J]. 交通运输工程学报, 2018, 18(4):9.

[3]祝思然, 黄佩格, 矫伟刚,等. 盾构近距离下穿既有地铁隧道沉降控制技术研究[J]. 隧道建设, 2016, 036(002):234-240.

[4]刘建美, 刘洋. 地铁隧道下穿高速公路沉降规律与变形控制技术[J]. 土工基础, 2017, 31(4):4.

[5]娄国充. 铁路隧道下穿既有路基沉降规律及控制标准研究[D]. 北京交通大学, 2012.

[6]张恒臻. 地铁盾构隧道下穿既有铁路沉降分析与控制研究[D]. 北京交通大学, 2015.