王慨慷

(中鐵第五勘察設(shè)計院集團有限公司 北京 102600)

1 引言

隨著城市軌道交通建設(shè)加速推進，各種復(fù)雜環(huán)境條件逐漸增加，軌道交通工程施工受制約的情況也隨之增多。為更好地應(yīng)對各種客觀因素，對軌道交通施工新工法、新工藝、新設(shè)備、新工序的研究從未間斷。本文在結(jié)合理論計算及現(xiàn)場施工實測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對北京地鐵6號線西延工程正常工序雙側(cè)壁導(dǎo)坑[1]斷面施工引起地表變形進行分析，同時對12號線先上層導(dǎo)洞后下層導(dǎo)洞非常規(guī)雙側(cè)壁導(dǎo)坑法工序施工引起地表沉降變形進行分析，并對兩種工序引起地表變形的變形值及變形規(guī)律進行對比研究，深層次挖掘雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工隧道的變形規(guī)律[2-3]，并為變形控制提供建議。

2 工程概況

(1)6號線西延雙側(cè)壁導(dǎo)坑法隧道

本次選取6號線西延工程線路中段一雙側(cè)壁導(dǎo)坑法隧道作為分析對象，該區(qū)間大斷面為區(qū)間渡線段，采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工。隧道結(jié)構(gòu)埋深約18 m，主要位于卵石層。隧道斷面最大開挖寬度為13.2 m，開挖高度為10.2 m。

(2)12號線雙側(cè)壁導(dǎo)坑法隧道

選取12號線線路中西部一雙側(cè)壁導(dǎo)坑法隧道為分析對象，該區(qū)間大斷面為區(qū)間停車線及渡線。隧道埋深約24 m，主要位于卵石層，隧道最大開挖寬度為12.3 m，開挖高度為10.1 m。

(3)工程地質(zhì)與水文地質(zhì)

6號線西延工程選取工點場地地質(zhì)情況主要為卵石⑤層，結(jié)構(gòu)底板位于地下水位以上，無需采用降水施工。

12號線選取工點場地地質(zhì)情況為卵石⑦層，隧道結(jié)構(gòu)埋深較大，底板位于地下水位以下，受地下水條件制約，下層導(dǎo)洞需采取降水施工。

(4)隧道參數(shù)

各導(dǎo)洞主要參數(shù)見表1。

表1 各導(dǎo)洞主要參數(shù) m

所選取的兩個工點結(jié)構(gòu)斷面尺寸相近，各導(dǎo)洞大小尺寸相似，隧道埋深略有差異，整體施工工序有所不同，隧道各導(dǎo)洞編號如圖1所示。

圖1 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法隧道斷面及各導(dǎo)洞編號

6號線西延選取工點雙側(cè)壁導(dǎo)坑法斷面施工工序為①→②→③→④→⑤→⑥，為正常雙側(cè)壁導(dǎo)坑法隧道施工工序[4]；12號線選取工點雙側(cè)壁導(dǎo)坑斷面施工工序為①→③→⑤→②→④→⑥，為先上層導(dǎo)洞后下層導(dǎo)洞施工工序。兩個工點拆撐及二襯施工工序相同，均為由下向上先施作仰拱，后進行側(cè)墻及拱部混凝土施工。

3 不同工序雙側(cè)壁導(dǎo)坑隧道施工變形數(shù)值分析

根據(jù)6號線西延工程及12號線雙側(cè)壁導(dǎo)坑法隧道施工工序及特點，建立三維有限元模型[5]，見圖2。

針對兩種工序分別進行仿真數(shù)值模擬計算[6]，模型參數(shù)根據(jù)6號線西延工程地層參數(shù)選取。通過同一種地層及結(jié)構(gòu)參數(shù)，可計算分析不同工序帶來的地層變形影響。

圖2 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法隧道模型

3.1 正常工序仿真模擬計算分析

針對正常雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工工序，選取各洞室上方部位典型考察點進行分析，6個導(dǎo)洞施工完成后其變形云圖見圖3。

圖3 正常工序法施工完成沉降變形云圖

考察點在各工序施工過程的累計變形值統(tǒng)計見表2，各測點分階段變形百分比統(tǒng)計見表3。

表2 各測點分階段變形值統(tǒng)計(正常工序) mm

表3 各測點分階段變形百分比統(tǒng)計(正常工序)

3.2 先上后下工序仿真模擬計算分析

針對先施工上層導(dǎo)洞然后施工下層導(dǎo)洞的雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工工序，選取各洞室上方部位典型測點進行分析，施工完成后其變形云圖如圖4所示。

圖4 先上后下工序法施工完成沉降變形云圖

考察點在各工序施工過程的累計變形值統(tǒng)計見表4，各測點分階段變形百分比見表5。

表4 各測點分階段變形值統(tǒng)計(非正常工序) mm

表5 各測點分階段變形百分比統(tǒng)計(非正常工序)

3.3 不同工序模型仿真模擬計算對比分析

通過對不同工序雙側(cè)壁導(dǎo)坑法隧道施工過程地表沉降理論變形分析可知:

(1)采用先上后下法施工時，其沉降量較傳統(tǒng)雙側(cè)壁導(dǎo)坑法隧道地表沉降量大，增加變形量約為25%。

(2)采用正常工序施工的雙側(cè)壁導(dǎo)坑法隧道地表變形規(guī)律呈現(xiàn)出兩側(cè)導(dǎo)洞施工時，地表沉降量較大、中間導(dǎo)洞施工時變形量較小的規(guī)律。下層導(dǎo)洞施工時，先行施工的導(dǎo)洞對地表變形影響較其他兩個導(dǎo)洞大，施工過程中，需針對各導(dǎo)洞施工過程對地表累計變形量的貢獻值區(qū)別對待，以更好地控制地表變形。

(3)采用先上后下工序施工的雙側(cè)壁導(dǎo)坑法隧道地表變形規(guī)律表現(xiàn)為上層導(dǎo)洞施工時，軸線上方地表考察點出現(xiàn)明顯沉降，而下層導(dǎo)洞施工時，對地表累計變形量貢獻較小的規(guī)律。采取該工法時，需對上層導(dǎo)洞施工加強重視。

4 實測地表沉降變形規(guī)律分析

針對上述工況，選取6號線西延及12號線兩處雙側(cè)壁導(dǎo)坑法隧道工程現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)進行分析。測點布設(shè)剖面見圖5。

圖5 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法隧道測點布設(shè)剖面(單位：mm)

4.1 6號線西延線大斷面上方地表變形分析

選取6號線西延渡線大斷面各導(dǎo)洞軸線上方14個監(jiān)測點，測點最大沉降-30.92mm，平均變形-19.95mm。本工程雙側(cè)壁導(dǎo)坑斷面上方地表測點沉降大部分處于-10～-25mm之間，變形分布呈現(xiàn)出較明顯的正態(tài)分布規(guī)律。

選取大斷面上方-10～-25mm沉降區(qū)間內(nèi)典型主測斷面上三個測點繪制沉降時程曲線(DB-07-32位于大斷面③洞室上方，DB-07-16位于⑤洞室上方，GCY-02-09位于①洞室上方)，見圖6。

圖6 6號線西延大斷面上方測點沉降時程曲線

根據(jù)變形時程曲線，對三個測點進行分階段分析，其變形情況見表6～表7。

表6 各測點分階段變形值統(tǒng)計(6號線) mm

表7 各測點分階段變形百分比統(tǒng)計(6號線)

通過對上述三個部位監(jiān)測點沉降變形進行分析可知，在正常工序雙側(cè)壁導(dǎo)坑法隧道施工過程中，位于兩側(cè)導(dǎo)洞軸線上方測點在兩側(cè)導(dǎo)洞施工時，呈現(xiàn)出在正下方導(dǎo)洞及鄰近導(dǎo)洞施工時產(chǎn)生較大的沉降，而在遠離測點部位導(dǎo)洞施工時，沉降量相對偏小的趨勢。中間導(dǎo)洞軸線上方的測點在雙側(cè)壁導(dǎo)坑法隧道施工時，呈現(xiàn)出正下方導(dǎo)洞施工時產(chǎn)生較大沉降，而在兩側(cè)導(dǎo)洞施工時沉降量相對較小，但其所占比例相近的變形趨勢。

4.2 12號線大斷面上方地表變形分析

選取12號線雙側(cè)壁導(dǎo)坑法隧道大斷面各導(dǎo)洞軸線上方14個監(jiān)測點，測點最大沉降-29.48mm，平均變形-24.18mm。12號線雙側(cè)壁導(dǎo)坑斷面上方測點大部分位于-20～-30mm之間，其中位于-25～-30mm之間變形值較為集中。

選取大斷面上方三個測點繪制沉降時程曲線(SSG-31-01位于大斷面③洞室上方，DB-12-04位于⑤洞室上方，DLG-32-01位于①洞室上方)，見圖7。通過對比統(tǒng)計，總結(jié)出施工期間各洞室分步工序沉降比例統(tǒng)計數(shù)據(jù)，見表8～表9。

圖7 12號線大斷面上方測點沉降時程曲線

表8 各測點分階段變形值統(tǒng)計(12號線) mm

表9 各測點分階段變形百分比統(tǒng)計(12號線)

通過對上述三個部位監(jiān)測點沉降變形進行分析可知，在先上后下工序雙側(cè)壁導(dǎo)坑法隧道施工過程中，上層導(dǎo)洞施工時，地表沉降量占總沉降量比重偏大，其中軸線正上方測點在該測點正下方導(dǎo)洞施工時，占比為31% ～33%，兩側(cè)導(dǎo)洞施工時，占比略有減小。

4.3 不同工序?qū)崪y數(shù)據(jù)對比分析

由于12號線施工的雙側(cè)壁導(dǎo)坑法隧道埋深較大，根據(jù)隧道施工影響地表的變形規(guī)律，當斷面相同，工法、工序相同時，埋深大的隧道其施工完成后對地表的影響要小于埋深淺的隧道。但本次對比中發(fā)現(xiàn)，采用先上后下法施工的雙側(cè)壁導(dǎo)坑法隧道其施工階段對地表變形量的貢獻值比6號線西延選取的傳統(tǒng)工法雙側(cè)壁導(dǎo)坑法隧道變形值偏大。

在各導(dǎo)洞施工對總沉降的占比上，先上后下法施工隧道呈現(xiàn)出上層導(dǎo)洞施工期間對總沉降貢獻占比較正常工序上層導(dǎo)洞較大的情況。

5 結(jié)論

通過對雙側(cè)壁導(dǎo)坑法隧道正常施工工序及先上后下法施工工序施工過程地表沉降規(guī)律的理論計算分析及現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)分析，得到以下結(jié)論:

(1)采取傳統(tǒng)工序雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工時，導(dǎo)洞施工對該導(dǎo)洞軸線正上方測點影響較大，對周邊測點隨距離增加逐漸減小。上層導(dǎo)洞施工對總沉降量的影響比例為79%～80%，軸線正上方導(dǎo)洞施工時，貢獻百分比為30% ～33%，下層導(dǎo)洞施工對總沉降量影響的比例為19%～21%。

(2)采取先上后下法隧道施工時，上層導(dǎo)洞施工對地表影響較大，占總沉降量的84% ～87%。軸線正上方導(dǎo)洞施工時，貢獻百分比為31% ～34%，上層導(dǎo)洞施工完成后，由于形成上層棚護作用，在下層導(dǎo)洞施工時，對地表造成的沉降量較傳統(tǒng)工序造成的影響無論從絕對值還是從對總沉降量的占比分析均偏小，對總沉降量貢獻百分比為13% ～16%。

(3)在地層情況相近時，采取傳統(tǒng)工序雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，其變形量比先上后下法隧道施工造成的地表沉降量偏小。采用先上后下法施工時，其總沉降量較傳統(tǒng)工法增加達25%。在對控制沉降要求較嚴時，優(yōu)先推薦傳統(tǒng)工序雙側(cè)壁導(dǎo)坑法。