隧道下穿引起的既有地铁结构沉降规律分析

1、摘 要：随着大城市地下轨道交通网日益密集，地下隧道结构下穿既有地铁结构将逐渐成为一个很常见的工程问题，因此，以南水北调总干渠输水隧道下穿北京地铁 1 号线五棵松站工程作为研究对象，通过几何水准测量的方法对车站底板结构及道床结构进行施工中及工后的沉降观测。经过对沉降监测数据的分析，总结出了该类型地下穿越工程的沉降变形规律，为今后类似工程提供了一定的可借鉴的经验。关键词：隧道；下穿；地铁结构；沉降规律 随着我国国民经济的飞速发展，城市交通压力日益增大，为缓解大城市巨大的交通压力，地下轨道交通网的建设日趋密集。 这样，在建的地下隧道结构物下穿既有地铁结构就成为了近些年地下工程界一个常见且比较突出的问

2、题。笔者主要就南水北调总干渠输水隧道下穿北京地铁1 号线五棵松站施工过程中的沉降变形规律进行初步分析与总结，为今后类似穿越工程提供一定的数据参考。 五棵松车站呈东西走向，车站主体全长 174.98 m，宽19.5 m，高 7.9 m，埋深 4.833 m。 车站为 3 跨框架结构，设 6 条变形缝，将车站结构分为 7 个区段，每段大约25 m 长，各自相互独立，其中的 1 条变形缝位于 2 条输水隧道之间中隔体的中线上。 2 工程地质及水文地质条件 该施工区段范围内输水隧洞主要穿越碎石类土层，即卵石层及卵石、漂石层。 其中卵石层粒径最大为190 mm，一般为 90140 mm，亚圆形，级配好，

3、亚砂土夹层，含砂量 15 %30 %；卵石、漂石层粒径最大为200 mm，一般为 140160 mm， 亚圆形 ， 级配好，细砂、卵石混亚黏土夹层，含砂量 15 %30 %。 根据输水隧洞其他区段施工情况可知，地下水位埋藏深度较深，输水隧洞为无水施工。 3 监测方法及监测点布设 五棵松车站沉降变形采用人工几何水准测量的方法进行监测，起测基点选自主体车站范围外的 4个基标1，观测时按国家二等水准测量的技术要求施测，4 个基点与观测点形成闭合水准线路进行观测2。 在输水隧道开挖期间，监测频率为 1 次/d，开挖完成且沉降变形基本稳定后，监测频率为 1 次/周，直至完全稳定后停测。当沉降或隆起达到控

4、制值（-52 mm）的 70 %以上时，需加大监测频率。 笔者研究对象为五棵松站上行线车站底板结构及道床结构，其沉降监测点布设在下穿中心线两侧共90 m 范围内的 16 个监测断面上，每个监测断面包括1个底板结构测点和 1 个道床结构测点，如图 1 所示。其中，3 条变形缝两侧各布设 1 组监测点，输水隧道正上方各布设1 个监测点。 4 沉降监测数据分析4. 1 底板结构沉降监测数据分析 底板结构沉降监测的16 个断面所对应的监测点号分别为JY1JY16，图 3 为车站底板结构沉降时程曲线图。 图3 曲线表明，车站底板结构整个沉降监测周期分为5 个阶段 ： 施工期沉降变形阶段 工后前期沉降变形

5、阶段工后中期沉降变形阶段工后后期沉降变形阶段地铁解除限速后沉降变形阶段。 以上5 个阶段所对应的时间段及最大累计沉降值如表 1所示。 输水隧道左、右线于 2007 年 12 月下旬完成二衬施工，由于隧道土方开挖及支护施工造成上方既有车站结构出现明显的下沉，累计最大值为-3.9 mm；工后5 个月车站结构继续下沉，累计最大值为 4.7 mm，整个监测周期的最大值出现在该阶段，原因为该阶段输水隧道结构周边土体仍然处于自稳变形调整阶段，使得工后的5 个月仍然延续着施工期间的下沉变形趋势；2008 年 6 月至 9 月，车站结构略有上浮 ，累计最大值为-3.1 mm；9 月底 ，输水隧道开始通水通压

6、，至 12 月底，车站结构略有下沉，累计最大值为-3.8 mm；车站于2009 年 1 月沉降变形达到稳定状态并解除限速，之后继续监测了3 个月 ，沉降仍处于稳定状态 ，累计最大值为-4.0 mm。 由此可以看出：每个阶段的具体变形情况与施工工艺、施工工法、地质情况、补偿注浆以及通水通压等因素有关。 底板结构不同阶段沉降量的空间分布情况如图4所示。 车站底板结构在3 条变形缝之间形成了明显的沉降槽，在各个变形阶段 ，下沉量最大的位置分别在两输水隧道正上方（JY7 与 JY10）及其中间线的正上方（JY8 与 JY9），沉降量向下穿两侧远端逐渐变小，直至东西两侧变形缝（JY4 与 JY13）其值

7、接近为零。 由此可以判断出，输水隧道下穿既有地铁车站结构，对其沉降变形的影响大约在隧道外边缘以外19 m 范围内3。4. 2 道床结构沉降监测数据分析 道床结构沉降监测的16 个断面所对应的监测点号分别为S01S16，图 5 为道床结构沉降时程曲线图。 图5 曲线表明，道床结构沉降随时间的变化趋势与底板结构沉降趋势基本一致。不同监测阶段所对应的最大累计沉降值如表2 所示。 总体来看，道床结构沉降也基本经历了“下穿期间明显下沉工后前期的延续下沉工后中期的略微上浮工后后期的趋于稳定解除限速后的下沉稳定”的变形过程，且每个阶段的具体变形情况与施工工艺、施工工法、地质情况、补偿注浆以及隧道通水通压等因

8、素有关。道床结构不同阶段沉降量的空间分布情况如图6所示。 道床结构沉降的空间变化趋势与底板结构沉降趋势基本一致，即在3 条变形缝之间的沉降影响范围内形成了明显的沉降槽。4. 3 底板结构与道床结构剥离变形分析表 3 和表 4 分别列出了底板结构与道床结构 16 个监测断面的最终累计沉降量。 各断面底板结构沉降量与道床结构沉降量的差值除断面1 和断面 13 的 1.5 mm 和-1.5 mm 外，其余均在1.0-1.1 mm 之间。 车站底板结构与道床结构最终沉降量对比关系见图7。 由图7 可以看出，断面 1 和断面 13 的道床结构下沉数据较之曲线整体变化趋势出现了明显的离散性，可将这两点视为奇异点，数据分析中不予考虑，其余断面底板结构和道床结构的沉降空间分布整体趋势基本一致，且底板下沉量基本都大于道床下沉量。 综上分析，可以认为五棵松站底板结构与道床结构之间基本无剥离现象，且处于同步沉降状态 ，为地铁1 号线的正常安全运营提供了保证。 5 结论 通过以上分析可以得出以下结论： 1）地下隧道下穿既有地铁车站结构，其沉降变形基本经历了“下穿期间明显下沉工后前期的延续下沉工后中期的略微上浮工后后期的趋于稳定解除限速后的下沉稳定”的过程，整个下沉过程中累计沉降最大值出现在工后35 个月内； 2）地下隧道下穿既有地铁车站结构，沉降变形影响范围大约在隧道外边缘外