砂卵石地层顶管上跨地铁区间隧道安全性分析

砂卵石地层顶管上跨地铁区间隧道安全性分析

陶星

中铁二院工程集团有限责任公司成都610031

摘要：特殊砂卵石地层中，既有运营地铁隧道上方近距离顶管法施工市政管线工程对地铁隧道运维有很大的影响，针对成都特殊砂卵石地层中相关工程，对采取注浆加固措施与未采取注浆加固两种工况下的力学行为进行数值模拟分析，得出近距离顶管法施工对地铁隧道的影响以及两种工况下的效果对比分析。结果表明，顶管上跨地铁区间隧道采取注浆加固措施后，大幅度减小安全影响。为今后同地质条件下类似工程提供可靠借鉴。

关键词：砂卵石地层；地铁隧道；顶管；安全分析。

中国城市轨道交通建设日益发展，呈现从沿海发达城市向中、西部地区核心城市扩散的空间布局。在城市轨道交通体系逐步完善成网阶段，受规划统筹的误差和地下空间的限制，在已建成并运营的地铁工程上方近距离修建市政管网工程的案例持续增多，对既有运营地铁工程的保护可谓兹事体大。

朱永伟等【1】以深圳地区1.8m大直径顶管上跨1号线某区间隧道施工为例，分析了在砂质粉质粘土地层中，顶管施工引起的地表沉隆、地铁隧道的位移和变形，为类似工程提供了参考。吴朝军【2】等结合杭州临平污水总管上跨既有盾构隧道工程，分析了在砂质粉土地层中，顶管施工过程对盾构隧道及地表的影响，提出了地层预加固处理措施。张杨【3】等依据广州地铁6号线团一大广场~东湖站区间隧道的新河浦涌截污管道的顶管设计、施工和监测资料，分析了在强风化、中风化岩层中大直径顶管在地铁隧道上方施工对地铁的影响分析。上述文献针对在粘土、粉土、中风化岩等地层中顶管施工对下方地铁隧道的影响进行了数值分析，并提出了地层预加固处理措施。但针对在自稳能力差、透水性强、地下水位高、细颗粒物易流失的松散砂卵石地层，大直径顶管施工近距离跨越运营地铁隧道的安全性分析及采取措施后的对比分析研究较少。

本文主要以成都地铁4号线二期凤凰大街站~马厂坝站区间盾构隧道上方松散砂卵石地层中d1200污水干管顶管工程为例，通过数值模拟计算，阐述了砂卵石地层中顶管近距离上跨既有运营地铁盾构隧道的安全性影响，并对采取措施之后的影响进行对比分析。对类似不良地质条件下相关工程提供借鉴。

1工程概况

本工程顶管法施工污水管（d1200mm）位于成都市温江区光华大道三段与凤凰南大街交汇口以南，基本与地铁4号线二期凤凰大街站～西部新城站区间线路平面正交，局部与区间右线平行敷设，平剖面关系如图1、图2所示。污水管采用顶管法施工，在地铁区间周边共设置3座圆形顶管井：W-1（?=4000）、W-2（?=6000）、W-3（?=6000）。顶管井底板埋深约5.9m，采用“人工挖孔桩”式开挖，分层逆作工作井初衬，待顶管施工完成后，施作防水层、二衬、盖板。W-1～W-2段井间顶管长度28.93m，W-3～W-2段井间顶管长度58.4m。

图2污水管顶管、顶坑与地铁隧道剖面关系图

2工程及水文地质概况

该项目地层从上至下依次为杂填土、松散卵石、稍密卵石、中密卵石、密实卵石，地铁盾构隧道主要位于中密、密实卵石层内；顶管主要位松散、中密卵石地层。勘察期间实测地下水位埋深一般在4.6m～10.1m。根据区域水文地质资料，丰水期地下水位埋深一般1～3m，地下水年水位变化幅度约1～3m。各土层力学参数见表1。

3顶管实施对地铁隧道影响分析

以数值计算为手段，对该项目污水管顶管井及顶管施工对地铁4号线二期工程盾构区间隧道的安全性进行分析。

W-1至W-2段污水管与隧道走向相近，二者平面净距超过8m，根据以往经验，在正常施工情况下，该段顶管施工对地铁隧道的影响很小，因此，重点针对W-2至W-3段污水管施工对区间隧道的影响进行。

3.1计算模型及分析工况

3.1.1计算模型

地铁4号线区间隧道与顶管成空间交叉布置，采用岩土数值分析软件MidasGTSNX，通过建立三维模型，分析顶管井基坑及顶管施工对已建盾构隧道结构的影响进行分析。模型中结构构件包括隧道衬砌、顶管工作井、顶管和地层等。有限元数值分析模型如图3,结构构件尺寸及力学参数见表2。

4结论及建议

根据数值模拟计算分析结论并结合工程设计文件等，本顶管工程项目上跨地铁4号线盾构区间隧道安全性影响主要结论为：

采取预注浆加固措施和不采取预注浆加固措施相比，顶管井及顶管施工对地铁隧道周边地层位移的影响将减小约50%；对地铁隧道结构的附加变形影响将减小约60%，对地铁盾构管片环向最大应力附加影响将减小约30%。

由此可得出：在砂卵石地层中，顶管近距离上跨地铁区间隧道采用预注浆的方式提前对地层进行加固有必要为之，且能大大降低顶管工程施工对地铁隧道的影响。建议在后续工程中采纳此措施，同时顶管施工过程中应尽量减少顶推力，避免长距离大力顶推，延伸注浆加固区域，顶管井基坑开挖及回筑阶段降水过程中严格控制出砂率。

参考文献：

[1]朱永伟，薛晓辉，惠宏毅.顶管法施工对地铁隧道的影响分析—以深圳某区间隧道施工为例[A].石家庄：河北工业科技，2017，34(5):328-333．

[2]吴朝军，闫自海，陈娟．顶管法施工对近地铁隧道影响分析[A].成都：四川建筑，2013,33(6):118-120．

[3]张扬，林本海．管道顶管法施工对既有盾构隧道的影响分析[A]．广州：广州建筑，2015，43(5)：34-39．

[4]冉红玲．顶管施工对既有城市轨道交通路基变形影响及控制[D]．北京交通大学，2008．

[5]余振翼，魏刚.顶管施工对相邻平行地下管线位移影响分析[J].岩土力学，2004，25（3）:441-445．