既有铁路下浅埋暗挖隧道地表沉降的控制与监测

铁３２　道建筑　Ｎｏｖｅｍｂｅｒ，２００８　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　文章编号：１００３—１９９５（２００８）１１－００３２—０３　既有铁路下浅埋暗挖隧道地表沉降的控制与监测　王新征　（南阳师范学院土木建筑工程学院，河南南阳４７３０６１）　摘要：长春站南北广场地下通道位于软土地层并穿越铁路站场，施工难度大。施＿Ｔ－过程中，在确定地表　沉降控制指标后，设计了严密的监控量测系统，对地表沉降进行检测，并对检测数据进行分析反馈，对施　工进行动态管理，确保了施工能安全、顺利地进行。　关键词：既有铁路　浅埋暗挖隧道中图分类号：Ｕ４５５文献标识码：Ｂ　地表沉降　随着我国经济的快速发展，城市交通日趋繁忙，大　量公铁平交道口需要改为立交，主要有暗挖隧道或顶　进洞涵形式。与铁路立交的暗挖隧道在开挖时不可避　免地对其周边地层产生扰动，导致轨道不平顺，同时列　质黏土，渗透系数０．８７　ｍ／ｄ。由于长春站建站时间较　长，原地形地貌经多次人工改造，已被彻底改变，现地　形平坦。场地范围内表覆第四系全新统人工堆积层　（Ｑ　），下伏第四系中更新统冲积层（Ｑ　），暗挖段地下　通道主要穿越粉质黏土层和黏土层。　１．２施工方法　车通过这些地方时的冲击动力又增大了该处的地表沉　降，形成恶性循环，给列车的安全运行带来极大的隐　患。因此，研究既有铁路或既有站场下，浅埋暗挖隧道　开挖引起的地表沉降规律，对施工过程中引起的有害　根据车站站场环境、浅埋松软地层特性和大跨隧　道结构特点，研究采用浅埋暗挖边洞法施工，其主要施　工工序如图１所示。其总的施工方法为：先采用短台　阶预留核心土法进行隧道两边洞的开挖支护施工，上　沉降进行控制，对确保列车运营和隧道施工安全具有　重要的现实意义。　１工程施工概况　１．１工程概况　下台阶相距５　ｍ，开挖进尺为每次０．５　ｍ。右侧边洞初　期支护封闭５　ｍ以后再进行左侧导洞的开挖。左侧边　洞初期支护封闭５　ｍ以后采用台阶法预留核心土结合　ＣＤ法进行中洞的开挖。上台阶左右两部相距５　ｍ，中　长春站南北广场地下通道南起辽宁路，北至长春　货站，全长约２７４　ｍ（包括主通道及连接南、北出入厅　的楼、扶梯段）。南北出入厅段采用明挖法，穿越长春　间加设Ｉ　工字钢临时支撑，上台阶与下台阶相距５　ｍ。　全断面开挖结束后集中进行二次衬砌施作，先施作两　边跨的二次衬砌，然后分段破除两侧边洞内侧的初期　支护并施作中跨拱部衬砌与两边跨二次衬砌连成一　站站场的主通道段为暗挖段，里程另ＤＫ０＋０６３．２７９～　ＤＫ０＋２１８．６７９，全长１５５．４　ｍ。暗挖段结构形式为三拱　两柱，中间８　ｍ宽条带为人行带，两侧各３　ｉｎ为商业开　体，最后拆除两边洞内侧剩余的初期支护和施作底板　二次衬砌。两侧边跨衬砌一完成，即开始两侧装修施　发带，总开挖跨度１６．２　ＩＴＩ，开挖高度７．３　ｍ，隧道顶部　覆土最大厚度５　ｍ。主通道横穿长春站站场ｌ４股运营　工；中跨的装修，待中跨仰拱衬砌完成后进行。　轨道和部分驼峰线，同时穿越的还有４座旅客站台和　４座地下邮政通道，施工范围内地下管线密集，施工环　境十分复杂。　长春站位于伊通河左侧Ⅱ级阶地之上，场地地下　２监控量测　２．１沉降控制基准值的确定　浅埋暗挖隧道在施工中必须对有害沉降进行控　制，这首先要解决沉降的控制基准问题，并通过控制基　水类型主要为第四系孔隙潜水，主要受大气降水补给。　水位埋深较为稳定，一般距地表面２．１～３．８　ｉｎ。粉质　准在施工过程中对地面建筑、地表沉降等在理论分析　指导下进行有计划的监测，以监测数据为依据，对暗挖　隧道进行动态管理…。　黏土和黏土层富含空洞水和裂隙水，主要含水层为粉　收稿日期：２００８．０４—０１；修回日期：２００８—０８．１８　地表沉降规律（横向）可以采用墨西哥学者Ｐｅｃｋ　和英国学者Ｒｅｉｌｌｙ提出的符合正态概率曲线的观点进　作者简介：王新征（１９７９一），男，河南南阳人．讲师，硕士。　２００８年第１１期　既有铁路下浅埋暗挖隧道地表沉降的控制与监测　地表量测断面里程ＤＫ０＋　＝＝＝二＝：＿——　＿———一、。一卜　ｓ　２　２譬２　３３　匿　…　—ｊ．ｊ…　…　—ｊ．ＬＪ；…　：一　（ａ）第一步　（ｂ）第二步　（ｃ）第＝步　Ｑ：　（＝ｊ：船　ｉ＝）　］＝）　（ｄ）第四步　（ｅ）第五步　（ｆ）第六步　（ｇ）第七步　（ｈ）第八步　蔼　驼峰Ｉ：线曲北　图１边洞法施工步骤示意　行分析。单洞开挖时其方程为　：　Ｓ＝Ｓ　ｅｘｐ（一Ｘ２／（２ｉ　））　（１）　式中，　为距隧道中心线距离，ｓ为距隧道中心线为　处的地表沉降量，ｓ　为隧道中心线处最大沉降量，ｉ　为沉降槽宽度系数，可由下列经验公式计算：　ｉ：一垡±　（２）　式中，Ｈ为覆土厚度，尺为隧道等效半径，　为地层摩　擦角。　Ｃｏｒｄｉｎｇ（美国）等人根据莫尔～库仑理论，推导出　沉降槽宽度　与ｉ满足Ｗ＝５ｉ的关系。　．　建筑物基础类型及其刚度直接影响着由于地表下　‘　沉引起的建筑物变形值的大小，不同基础类型对地基　变形适应性不同。长春站浅埋暗挖主通道横穿长春站　站场１４股运营轨道和部分驼峰线，同时穿越的４座旅　客站台和４座地下邮政通道，若使用同一基准值控制，　难免产生某些地段过于保守，而某些地段又出现危害　性沉降的弊端。因此，应对不同类型建筑物的控制基　准分别进行计算，以其允许最大差异沉降（不均匀下　沉）作为地面沉降的控制条件，使其尽量满足各自的安　全需要及尽可能符合工程实际。地下管道、地下邮政　通道和铁路轨道等正常使用要求的地表允许沉降基准　值见表Ｉ。　表１通道施工允许地表沉降　２．２监控量测系统设计　针对长春站前地下通道工程穿越车站站场的实际　情况，在测点的布置上，地表沉降量测每５～１５　ｍ设一　个断面，每断面１１～１５个测点，在４个邮政通道南北　两侧设２个监测断面，在雨棚立柱处设地表沉降测点　（见图２）；拱顶下沉及净空测点每５～ｌ５　ｍ设一个量测　断面，每个量测断面设３个拱顶下沉测点，３条净空收　敛测线，测点布置见图３。　３施工中采取的沉降控制措施　３．１　通过行车轨道段地层的施工措施　。地表测点・邮政通道测点・雨棚立柱测点宙站台目邮政通道　…一地下通道中心线　一～一轨道轴线　……地表量测断面　图２地表沉降测点布置平面图　图３拱顶一Ｆ沉与净空收敛测点布置图　通过行车轨道段主要采用注浆大管棚超前预支　护、拱部径向注浆小导管加固地层、拱脚增设锁脚锚　管、上导施加横撑等辅助措施来控制地表沉降，保证铁　路路基沉降控制在允许范围之内，保障铁路正常行车　安全。　３．２穿越铁路邮政通道处地层的施工措施　地下通道４次穿越铁路邮政通道。穿越这些地段　除采用台阶法开挖外，施工原则是“短进尺、快封闭、强　支护”。穿过邮政通道时，因邮政通道距隧道拱顶仅有　１．５　ｍ，为保证拱顶土体及通道安全，采用密排注浆小　导管进行超前支护、注浆加固邮政通道底板与隧道拱　顶间土体等辅助措施，快速通过该地段。　３．３扣轨加固技术　因浅埋地层隧道施工引起的地表沉降值较大，将　使铁路轨道产生不平顺，影响列车运行的稳定性和安　全性。为保证列车运营的绝对安全，根据现场的实际　情况，采用纵横梁扣轨加固技术对轨道结构进行加固，　以最大限度地增强线路的整体稳定性，防止因隧道施　工引起的坍塌。此外，为了消除由于过量沉降引起的　轨道线路不平顺，在施工过程中，在严密监测地表沉降　变化情况下，根据隧道施工阶段，提前降水与边洞支护　完成、中洞支护完成、整体工程完工三阶段分别进行整　道，保证线路沉降量小于最大允许施工沉降值，以确保　行车安全。　４监测数据及施工效果　４．１监控量测数据处理和分析　４．１．１地表沉降　地下通道实测最大地表沉降发生在Ｋ０＋１９５量测　３４　铁道建筑　距通道中心线的距离　Ｎｏｖｅｍｂｅｒ，２００８　断面８测点（即通道中心）处，其值为６０．２６　ｍｍ，图４为　ＤＫ０＋１８３及ＤＫ０＋１９５量测断面的地表沉降横向曲　线；邮政通道最大地表沉降发生在四站台４　邮政通道　．一南侧８测点处，其值为２４．７　ｍｍ，图５为一、二站台邮政　通道南、北量测断面的地表沉降横向曲线。　分别对各测点随时间的量测数据进行了预测和回　、主一５　靛一１０　－　‘　、簧－ｌ５　：：三　归分析，并得出了回归方程和相关系数，在此只给出一　个地表沉降最大值的地表沉降一时间曲线。如图６为　站台雨棚４　立柱测点地表沉降时间曲线。　距通道中心线的距离／ｍ　～　图５　．一、二站台邮政通道量测断面地表沉降横向曲线　１。　暑０　主１０　量２０　爱３０　４Ｏ　一ｏｘ　图６一站台雨棚４　立柱测点地表沉降时间曲线　４．１．２拱顶沉降及净空收敛　由于地下通道为三拱两柱结构，每一个拱顶沉降　图４　ＤＫ０＋１８３、ＤＫ０＋１９５量测断面地表沉降横向曲线　时间／ｄ　与净空收敛量测断面都布置３个拱顶沉降测点及３条　时问／ｄ　时间／ｄ　＿　３三　Ｅ０　－２　—５广　—９广　—　—　｛　．４　遵＿６　基　．８　苣一１０　－ｌ２　ｌ４　－１　．　－（ａ）中边洞　（ｂ）东边洞　图７　ＤＫ０＋０９３断面拱顶下沉时间曲线　净空收敛测线，施工中随各边洞的开挖而布设。如图　７为ＤＫ０＋０９３量测断面中边洞、西侧边洞及东侧边洞　注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的施工原则　，　通过实施不等长长大管棚和超前注浆小导管联合预支　的拱顶沉降时间曲线。　与地表沉降值相比，拱顶沉降及净空收敛值均较　小，这是因为拱顶测点是在开挖完后埋设的，因此没有　拱顶的前期位移。　４．２实施效果　护，先短台阶法开挖两边洞后，台阶预留核心土结合　ＣＤ法开挖中洞的分步开挖，行车轨道和邮政通道处地　层加固，线路扣轨加固、分期整道等一系列方案实施，　有效控制了地表的沉降，确保工程结构和地面建筑物　的安全、稳定。　施工过程中的监控量测显示，实测通道中心线处　的地表沉降在３８．２５～６０．２６　ｍｍ之间，最大通道中心　２）监控量测在浅埋暗挖隧道施工全过程中发挥了　重要作用。通过监控量测反馈的信息，对施工进行动　态管理，凡监测数据超过预警值或超过规范时，当变形　超过规范要求时，应及时修改施工方案，调整支护加固　措施，确保施工能安全、顺利地进行。　参　考　文　献　地表沉降为６０．２６　ｍｍ，发生在ＤＫ０＋１９５断面，监测的　沉降量在结构物允许的沉降范围之内。　对于由既有线路轨道限制的地表沉降，由于数值　偏小（１３．６　ｍｉｔｔ），若按此要求组织施工，势必会导致工　程施工极其困难或极大增加工程投入。考虑到地面轨　道及道床维修特点，施工单位根据轨道变形监测结果，　对站内原有轨道进行扣轨加固，并通过分期整道、加填　［１］范文兴．浅埋暗挖地铁隧道沉降控制与分析［Ｊ］．市政技术，　２００６，２４（６）：３９８—４０１．　道砟和维修道床等措施保证轨顶面最大沉降＜１３．６　ＩＩＬｒｎ，从而确保站内行车安全。　［２］施仲衡，张弥，王新杰，等．地下铁道设计与施工［Ｍ］．西安：　陕西科学技术出版社。１９９７．　［３］刘辉．浅埋暗挖法和盾构法在城市地铁中的应用［Ｊ］．铁道　５　结束语　１）长春站地下通道在施工中严格遵循“管超前、严　工程学报，２００２（２）：５６—５７．　（责任审编　白敏华）