浅埋暗挖隧道近距施工引起的上覆地铁结构变形问题进行讨论

文/赵雷 中铁第六勘察设计院集团有限公司 天津 300000

随着我国城市化建设的飞速发展，多数地区都开始兴建地铁交通。然而新建隧道施工会干扰地铁结构。因此在确保地铁安全性前提下，需要对现有地铁变形情况进行控制。如果地铁出现较大变形情况，将会使轨距，隧道净空以及轨面标高无法满足当前列车行驶需求，还会对地铁交通造成极大影响。所以，近接施工已经成为地铁施工中风险等级比较高的工程。对隧道施工所造成的地下结构变形问题进行分析具有重大现实意义。

1、地铁工程案例分析

此次所研究的新建4 号地铁线某站单层段垂直下穿现有3 号线车站。地铁的车站结构为钢筋混凝土矩形框架结构，宽度和高度分别在18.6m和6.74m，每相隔27m 设置变形缝。在对该地铁结构进行检测，结果显示，结构耐久性有所下降，存在细小裂缝，其余部位均良好。在该地铁工程中，可以将现有地下结构变形情况划分为两个部分，其中一部分为旁侧施工引起结构的变形一般是不均匀沉降，结构自身整体变形效果基本上可以忽略。在工程开始之前，在不考虑现有地下结构变形，注浆加固和管棚施工所造成的抬升作用。需要按照工程实施进度简化施工过程。

2、现有地下结构整体变形规律分析

2.1 上覆地层变形规律分析

在分析上覆地层变形规律时可以应用Peck公式，单洞隧道开挖所导致的地表沉降为

在上述公式中，s（x）表示地表沉降数值；A 表示开挖面积；V1 表示地层损失率，i 表示沉降曲线对称中心到曲线拐点的距离。

2.2 地层沉降损失率分析

通过表1数据能够看出，地层损失率在0.116%至0.180%之间。由于新建隧道支护采用型钢材料，再加上各导洞的开挖面积比较小，可以对隧道洞周边收敛情况进行控制，所以地层损失率处于低水平状态。

表1 Peck 公式拟合沉降的相关参数

在开挖期间，前四步施工期间主要应用临时钢支撑，能够起到支撑作用，提升支护体系刚度，还能够明显控制隧道收敛变形的作用，地层损失率数值逐渐下降。

在将第一步地层损失率数值与第五步地层损失率数值进行比较分析能够看出，两者之间的数值大小基本一致，并且比第二步至第四步地层损失率数值大。第一步和第五步具有系统的支护体系，不存在临时支撑问题。在进行第五步开挖期间，其开挖面积达到第一步的四倍。

3、现有地下结构块变形规律分析

由于地铁车站结构大多属于整浇结构，横向刚度和纵向刚度比较大。在近接工程中由于存在变形缝，现有地下结构与分段式箱梁结构比较类似，因此可以应用钢体运行规律分析变形缝之间的块体。

通过分析能够看出，块体主要为刚体转动，随着整体沉降和弯曲变形情况，可以将块体转动量通过以下公式表示：

其中θ 表示块体转动角度。S 左表示块体左端沉降值；S 右表示块体右端沉降值；之后对各块体转动角度进行计算分析。结果如表2所示：

表2 块体转动角度

在施工持续进行区间，会相应增大块体转动角度。B 块石和C 块石受到施工干扰影响比较大，最大转动角度为0.0131°和0.0157°，但是也有部分块体受到施工干扰影响比较小，比如A块石和C 块石，其最大转动角度为0.0018°和0.0035°.在实际施工期间，C 块石在3 变形缝左侧测点的12 处结束时沉降达到1.24，因为其存在较大转动角，因此在第四步和第五步的转动角度0.0066、0.0157。

在不同施工阶段，块体转动和沉降会沿着2变形缝呈现出对称分布特点。虽然变形缝处出现不连续沉降问题，然而块石额沉降特点呈现出“链状”，其类似于天然地层变形特点，因此可以应用Peck 公式分析和描述。

3.2 分析块体间绞接问题

由于存在转动和沉降问题，因此块石顶部在变形缝两侧会出现挤压、汇聚和铰接情况。如果块体下方土体存在较大沉降量，并且块体支架铰接处所产生的剪切力比咬合力小，则会分离土体和块体。

在完成近接工程之后，A、B 块石在1 变形缝的沉降值最大可达到1.12mm，并且与土体沉降一致，两块体之间未出现明显的挤压作用。B、C 块石在2 变形缝处于上下错动，错动值可以高达0.73mm。通过分析可以看出，B、C 块石相互挤压所产生的剪切力比咬合力大，铰接点分离，块体B 和块体C 之间无力学联系。C 块体和D块体与B、C 块体情况比较类似。所以该地铁线路地下结构块体之间没有由于相互铰接和咬合产生三铰拱，并且不同块体与土体之间的变形情况比较一致，未发生与土体分离所导致的悬空问题。

结语：

综上所述，通过以上分析可以得出以下结论：两变形缝间现有地下结构会受到近距下穿施工影响，并且展现出刚体位移情况，并且以沉降和转动为主。在开挖工程持续进行情况下，会逐渐增加块体转动量。使用Peck 公式进行拟合分析，结果显示，地层损失率在0.117%至0.176%之间，并且与现有地下结构开挖断面尺寸和开挖工程无显著关联性，与支护体系的架设时间以及刚度强度等有关。