横跨既有地铁线隧道施工中的关键技术分析

第４０卷２０１２年第２期　广州建筑ＧＵＡＮＧＺＨＯＵ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　Ｖｏ１．４０　Ｎｏ．２，２０１２　横跨既有地铁线隧道施工中的关键技术分析　何俊翘　（广州市城市建设投资集团有限公司，广州５１００３０）　摘要：目前下沉式隧道横跨既有地铁及城市管线时对既有结构物的变形控制是一个技术难题。本文以　广州市猎德大桥系统工程中的花城大道隧道工程为依托，对隧道施工中的重难点及处理方案进行分析研　究，重点对地铁隧道的自动监测进行讨论。研究成果为既有地铁与地下市政管线的安全运营及下沉式隧　道的安全施工提供重要的技术保障，可为类似工程的施工提供参考。　关键词：隧道施工；地铁隧道；变形控制；自动监测　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　Ｋｅｙ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｏｆ　Ｓｉｎｋｉｎｇ　Ｔｕｎｎｅｌ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ａｃｒｏｓｓ　ｔｈｅ　Ｅｘｉｓｔｉｎｇ　Ｓｕｂｗａｙ　ＨＥ　Ｊｕｎ—ｑｉａｏ　（Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　Ｃｉｔｙ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ　Ｇｒｏｕｐ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５１００３０）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｈｅｎ　ｔｈｅ　ｓｉｎｋｉｎｇ　ｔｕｎｎｅｌ　ａｃｒｏｓｓ　ｓｕｂｗａｙ　ａｎｄ　ｃｉｔｙ　ｐｉｐｅｌｉｎｅ，ｔｈｅ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｓｔｕｒｃｔｕｒｅｓ　ｉｓ　ａ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｐｒｏｂｌｅｍ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｈｕａｃｈｅｎｇ　Ａｖｅｎｕｅ　ｔｕｎｎｅｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍｓ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｌｉｅｄｅ　Ｂｒｉｄｇｅ　ｉｎ　Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　Ｃｉｔｙ，ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ａｎａｌｙｚｅ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｄｉｆｉｆｃｕｌｔｙ　ａｎｄ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｐｒｏｇｒａｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｕｎｎｅｌ　ｃｏｎｓｔｕｒｃｔｉｏｎ　ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ　ｔｈｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｕｂｗａｙ　ｔｕｎｎｅ１．Ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｃａｎ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｓｕｐｐｏ￣ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｓａｆｅｔｙ　ｏｆ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｓｕｂｗａｙｓ　ａｎｄ　ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｍｕｎｉｃｉｐａｌ　ｐｉｐｅｌｉｎｅｓ，ｗｈｉｃｈ　ｃａｎ　ｐｒｏｔｅｃｔ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｉｎｋｉｎｇ　ｔｕｎｎｅｌｓ　ｏｒ　ｏｔｈｅｒ　ｒｅｌｅｖａｎｔ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ　ａｓ　ｗｅｌ１．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｔｕｎｎｅｌ　ｃｏｎｓｔｕｒｃｔｉｏｎ；ｓｕｂｗａｙ　ｔｕｎｎｅｌ；ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ；ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　１工程概况　４１０，敞开段），Ｂ区１４０ｍ（Ｋ０＋４１０～Ｋ＋５５０，明　广州花城大道隧道工程全长４６５ｍ（见图１），　挖暗埋段）、Ｃ区１５２ｍ（Ｋ０＋５５０～Ｋ＋７０２，敞开　分为Ａ、Ｂ、Ｃ三个区段：Ａ区１７３ｍ（Ｋ０＋２３７～Ｋ＋　段）。　‘　，郾　ｊ　Ｊ‘　猎德大道‘　Ｉ　　．匾　一　．　ｌ鞭聪　啦．１墙　翮　翰　器　ｎ段１　　烟斗＜　　／　一～Ｊ一　藿啄～　、７　螺』ｉ　Ｊ　Ｊ　涵　（Ｋ０＋２１Ｍ．２０４）　Ｅ！：：］隧道敞开段（３２５　ｍ）　隧道暗埋段（１４０　ｍ）　Ｅｊ路基（２５０．８ｍ）　臣　猎德涌中桥（６２．６　ｍ）　ｌ￣ｌｉｌｉ（１Ｏ８．４　ｍ）　囊＿普通钢筋砼箱梁（１２５　ｍ１　图１工程平面示意图　—２９—　广州建筑ＧＵＡＮＧＺＨＯＵ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　２０１２年第２期　隧道在Ｋ０＋４７７．８０５～Ｋ０＋５２６．５５３段跨越位于　花城大道正下方已全线贯通的地铁五号线。该地　（１）施工期间与地铁公司维持紧密的联系．施　工进场前进入地铁隧道内进行结构调查和监控量　测点布置，提前对地铁隧道开展全方位实时监测，　通过及时的反馈和监测结果分析来实时指导现场　施工。　铁隧道左右线间距１３ｍ，直径６ｍ，采用盾构法施　工，呈东西走向。地铁隧道顶部标高为一２．６８ｍ，　离花城大道隧道底部标高最小距离只有３．０ｍ。因　此，施工中如何确保地铁隧道的安全是本工程施　（２）为防止隧道基坑开挖后，由于地下水的　工中的重难点，是本项目施工成败的关键。　浮力和上部土体卸载的影响。使地铁隧道和电力　管廊发生上浮，设计隧道结构边线外６ｍ以内、地　铁隧道左右线外５ｍ以内的范围对地铁隧道进行全　２施工中对地铁隧道的保护措施　当施工中进行挖掘土方卸载、抽水、振动、　断面注浆加固处理，同时在该段隧道基底设置　ｄＰ３２ｍｍ抗浮锚杆及Ｃ３０钢筋砼压板来地铁隧　道结构变形。同时，由于电力管廊距隧道底板仅　０．６２ｍ，故除了采用与地铁隧道同样的加固及抗浮　措施外，还在该段隧道基底设计了２排ｄＰ８００ｍｍ　加载等作业时，均可能引起地铁隧道结构的位移。　具体影响包括：　（１）导致地铁隧道结构横截面的水平或竖向　位移。　（２）引起隧道不均匀纵向变形。　的钻孔支承桩来支撑隧道结构＿１＿，地铁隧道加固　处理剖面示意见图２所示。　（３）施工中采用震动小的回旋钻机施作围护　桩，最大限度地减小施工震动对地铁隧道的影响。　（３）导致隧道局部结构整体发生横向或竖向　变位。　对于采用盾构法施工的地铁隧道结构，当既　有隧道变形位移达到一定量值后，其纵缝接头和　环缝接头将在已有的张开量之下继续增大张开量．　严重削弱隧道结构的防水性能和耐久性：当张开　量达到５ｍｍ以上时．地铁盾构隧道结构将遭到无　可挽回的破坏。考虑到本工程距既有地铁隧道太　近的实际情况，施工中采取了以下保护措施及加　固处理方案：　两侧基坑采用冲击钻机成孔，采用泥浆护壁、灌　注水下砼成桩，并采取从地面直接施作基底加固　和支承桩的方法来避免施工废水对基底的浸泡　（４）基坑开挖采用水平分层、竖向分段、反　铲挖掘机接力开挖方式，基坑支护根据不同埋深　分别采用放坡开挖、钢板桩、钻孔灌注桩＋钢横撑　等三种支护形式。　图２地铁隧道加固处理剖面图　一３０一　何俊翘：横跨既有地铁线隧道施工中的关键技术分析　（５）严格控制基坑开挖的速度，分段小面积　开挖．开挖到距隧道底板标高２ｍ时，改用人工开　挖方式继续开挖。以避免重型设备对地铁隧道的　影响［２１。　（６）成立协调小组，制定详细、切实可行的应　拟建下沉式地铁隧道上方，在进行土方卸载、　振动、抽水等施工作业后，终测时。地铁隧道结　构水平位移方向变形整体为“＋”值，朝北方向变　形，沉降变形呈两端下沉、中间上升的趋势。　以Ａ线隧道监测数据为例，部分监测数据表　明（见图４、图５，图中的ＤＸ指沿地铁隧道方向　急预案。根据监测信息，必要时采取应急预案，　确保对地铁的影响和损坏控制在安全范围内。　的位移；ＤＹ指垂直地铁隧道的水平方向位移：　ＤＺ指垂直地面方向的位移）：　（１）Ａ隧道道床上Ｙ方向变形最大的监测点　３施工期间地铁隧道变形自动监测技术的　应用　参照以往类似工程，在横跨铁路轨道等既有　构筑物的隧道施工中，自动监测控制技术起着关　键作用［３１；本工程受拟建花城大道隧道影响的Ａ、　Ｂ两线地铁盾构隧道结构，监测区间长度均为７８　ｍ．　各设置１台自动全站仪仪器站。考虑在花城大道　隧道施工过程中开挖、卸载、震动、降水、加载、　渗流等因素的影响。在受基坑开挖影响的地铁隧　道结构相应位置设置监测断面，在隧道左、右各　布置７个断面（共ｌ４个断面），基坑开挖范围内　断面之间相距１０ｍ：基坑开挖影响范围之外各设２　个断面（共４个断面），与基坑内最近监测断面之　间相距１３ｍ，每个监测断面５个监测点，其中：　轨道中间１个点，隧道结构顶部刚性接触网两旁　各布置１个点，隧道壁两侧腰部设置２个点：在　不受基坑影响的隧道远处两端各设置４个基准点。　上述每个监测段的监测断面、监测点、基准点、　仪器站构成一个完整的能较全面反映基坑、地下　结构施工所引起地铁隧道结构局部和整体变形特　征的监测系统（见图３）。　＾线隧道变形监测棱镜（监测点）ｌ　Ｉ　Ｂ线隧道变形监测棱镜（监测点）　线隧道自动全站仪Ｉ　ＩＢ线隧道自动全站　观测站（ＪＯ１）　Ｉ　』　观测站（ＪＤ２）　供电与通讯系统　功控计算机（１）Ｉ　ｌ功控计算机（２）　监控中心服务器　图３地铁五号线隧道自动监测工程系统　为ＡＯ７Ａ，向地铁隧道方向内累计变形量　为一１．３ｍｍ；Ｚ方向变形最大的监测点为Ａ０２Ａ，　累计变形量为一２．６ｍｍ（沉降），变形最小的监测点　为Ａ０５Ａ，累计变形量为０．４ｍｍ（上浮），两点之　间最大差异沉降为３．０ｍｍ。　图４　Ａ隧道道床变形变位图　（２）Ａ隧道右侧壁Ｙ方向变形最大的监测　点为ＡＯ３Ｂ，向基坑方向累计变形量为２．５ｍｍ：　ｚ方向变形最大的监测点为Ａ０３Ｂ。累计变形量　为一１．５ｍｍ（沉降），变形最小的监测点为Ａ０４Ｂ、　ＡＯ５Ｂ，累计变形量为Ｏ．６ｍｍ（上浮），两点之间最　大差异沉降为２．１ｍｍ。　图５　Ａ隧道右侧壁变形变位图　地铁Ａ、Ｂ线隧道Ｙ、ｚ方向变形监测数据汇　总见表１。　－３１——　广州建筑ＧＵＡＮＧＺＨＯＵ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　２０１２年第２期　表Ｉ　Ａ、Ｂ线隧道变形监测数据表　注：表中Ｚ方向正数为上浮，负数为沉降。　自动监测成果表明：隧道施工对地铁隧道结　（３）自动监测系统可以对地铁隧道进行全方　位、实时的监测，通过及时反馈、分析监测结果　来指导现场施工，为工程的顺利开展提供了有力　保障，在类似工程中可以推广使用。　参考文献　构产生的影响是随着隧道的施工而变形的。其中　沉降变形为两端下沉、中间上升的趋势。本工程　中由于采用自动监测技术和各相关工序的组织协　调，能够２４小时得到实时监测数据，清晰了解地　铁隧道结构的变形情况及发展趋势，能有效地将　地铁隧道结构变形控制在允许的安全范围内，保　『１１娄健．花城大道隧道土建工程设计］Ｌｎ．山西建筑，　２００８，３４（１３）：３２１—３２２．　障了地铁隧道结构的安全，同时也确保了花城大　道隧道施工的顺利进行　。　【２】贺少辉．地下工程【Ｍ】．北京：清华大学出版社，　２００６：１９－２０．　４结语　（１）在城市建设过程中，隧道施工与既有隧　道相互扰动的现象不可避免。施工过程中加强对　既有隧道结构的变形监测意义重大。　（２）根据对监测结果的分析，花城大道隧道　的施工对既有地铁隧道产生了不同程度的变形影　［３］崔光耀，张洋，苏吴．过江隧道穿越既有铁路相互影响　研究【『】．世界科技研究与发展，２０１０，３２（３）：３６６－　３６９．　［４］黄声亨，尹晖，蒋征．变形监测数据处理［Ｍ】．武汉：　武汉大学出版社，２００１．　响。因此，对地铁等既有建（构）筑物的保护是　下沉式隧道施工的重中之重，应给予足够的重视。　一３２一