下穿大型铁路站场的地铁车站施工对线路变形影响的监测分析 6页

下穿大型铁路站场的地铁车站施工对线路变形影响的监测分析摘要：受南京铁路站场的制约，地铁南京站主体结构被分割为南侧明挖区、过站区和北侧明挖区等三个部分，过站区在既有南京铁路站场下方，其结构型式为双线分离式隧道，隧道跨度大、埋深浅、线间距小，采用暗挖矿山法构筑。在既有铁路线下修建地铁车站，必须严格控制线路沉降。通过在地表线路和便梁支墩上布置沉降测点并跟踪施工进程进行监测，探讨地铁过站隧道施工对地表线路变形的影响。监测结果表明：铁路线路加固措施和过站隧道施工方案是合理可靠的。同时也通过对监测数据的分析，提出关于类似工程施工的一些建议。关键词：地铁隧道工程；下穿既有铁路站场；矿山法；线路沉降监测1引言南京地铁1#线的南京站是国内首次在既有铁路站场下采用矿山法施工的地铁车站，受南京铁路站场制约，地铁南京站被分割为南区、北区和过站区3个部分（见图1）,南区、北区为双层明挖箱型框架结构，过站区在既有南京铁路站场下方，下穿铁路南京站三个站台和第I〜VIII股道线共8条股道，其中II道和VIII道为京沪铁路上下行正线，其余则为站线。过站区结构型式为双线分离隧道，隧 道跨度大、埋深浅、线间距小，采用暗挖矿山法构筑。国外也有在既有铁路站场下修建地铁车站的例子，但是并不是采用暗挖法施工［1］。国内只有广州地铁2#线（火车站一三元里）隧道下穿广州火车站站场的工程［2］与本工程有类似之处，但是广州地铁线区间隧道下穿广州火车站站场采用的是盾构法穿过，从施工难度和施工风险程度来看均小于本工程。由于南京站为大型铁路枢纽站场，京沪铁路又是国内最重要的I级繁忙铁路运输干线之一，每天通过和到发列车达170对，因此在过站区施工过程中，必须严格控制线路路基沉降，确保南京铁路站场正常运营和通过列车的行车安全。而掌握过站区施工对线路影响最直接的手段是对线路路基和便梁支墩的沉降变形进行监测，根据监测结果可及时调整施工进度和支护参数。2工程概况过站区隧道结构型式地铁南京站过站区结构型式为暗挖双线分离式车站隧道，设计范围K14+〜K14+，埋深〜m，单洞长度均为m，隧道开挖高度m，跨度11m，2条隧道中心线间距m，中间设有两条横通道相连。地层自上而下主要为：杂填土、粉土、粉质粘土、混合土、强风化和中风化闪长岩。但是过站区洞身主要穿越混合土、强风化和中风化闪长岩地层，围岩主要为II〜III类围岩，过站区隧道采用复合式衬砌结构， 过站区隧道断面形式见图2。隧道施工前线路加固措施和隧道施工方法简介过站区隧道施工前，对隧道地表铁路线均采用D24型便梁进行加固。两隧道外侧便梁支墩采用钢筋混凝土扩大基础；两隧道间的便梁支墩采用1-mXm箱形涵，并在箱形涵内设置静压钢筋混凝土方桩，钢筋混凝土方桩压深至隧道底部±m处（见图3）。隧道开挖前在南、北两端超前施作小159mm长大管棚。隧道施工方法为CRD法，每个断面分四部开挖［3］。开挖时从北向南单向推进，先左线后右线，并且左线超前右线15〜20m。关于线路加固的安全性检算及详细的过站区施工技术见文［4］。3便梁支墩和线路的沉降监测系统布置尽管在隧道开挖之前用D24型便梁将线路托起加固，并且在隧道开挖前于隧道拱顶位置打入大管棚加固地层。有关研究结果表明：在既有铁路站场下进行如此大断面的隧道施工在国内尚属首次。为确保行车安全和地表铁路站场的正常运营，必须严格控制过站区隧道开挖引起的地层沉降和线路沉降。为此，过站区施工期间，在线路股道中间和便梁支墩上均布置了沉降测点。随隧道开挖进程对地表线路沉降和便梁两侧的支墩沉降进行跟踪监测，并根据监测结果实时调整开挖进尺和支护参数。根据线路股道、便梁架设情况和隧道位置，每股道布 置11个测点，其中在便梁的三座支墩顶面设置3个测点（编号为:GC802,GC806和GC810），另外编号为V和VII的股道路基测点位置正好与左右线隧道拱顶位置上下相对应。监测系统布置详见图4。其中测点编号说明如下：GC801〜GC811表示第VIII股道由北京至上海方向的股道沉降测点编号，其中“GC”表示股道沉降，后面第1位数字表示第VIII股道，再后面的两位数字表示该点在本股道的编号，其他股道依次类推。4隧道掘进与地表沉降分析过站双线隧道采用CRD法分步施工，左线优先，右线滞后。监测数据表明：随着隧道掘进断面的加大，地表沉降量及其沉降速率也随之增加。以隧道拱顶对应的地表第VIII股道GC805和GC807测点为例，沉降量和速率见表1。虽然在隧道施工过程中，监测的拱顶地表最大沉降速率曾一度达mm/d（XX年7月30日〜7月31日），但仍远小于线路变形预警值（15mm/d）,加上有便梁防护，该沉降并不直接影响到线路变形，所以对铁路行车安全性影响不大。但是为确保线路运营安全，在随后的隧道掘进时，采用了缩小开挖进尺、架立密排格栅等措施，地表沉降速率得到了控制。5便梁支墩沉降和线路沉降的监测结果分析监测结果 以第VIII,VII股道测线上的便梁支墩(GC802，GC806和GC810)和左、右线隧道拱顶(GC805，GC807)的5个测点的沉降为代表，将沉降数据和隧道掘进进度之间的关系如表2，3所示。监测结果分析(1)由上述关系表可知：左线隧道完成拱部掘进后，在相应的拱顶地表产生的沉降值约占该测点最终稳定沉降值的36%〜42%，左线隧道完成全断面掘进，在相应的拱顶地表产生的沉降值约占该测点最终稳定沉降值的67%〜80%;在滞后的右线隧道完成拱部掘进后，该测点增加的沉降值约占24%〜23%，而待滞后的右线隧道完成全断面掘进，该测点增加的沉降值仅占8%。可见在便梁防护下，双线隧道掘进时，先掘进的左线隧道在地表产生的沉降值占了总沉降值大部分，而在滞后的右线隧道完成拱部掘进后，地表沉降就接近最终的稳定沉降值。(2)便梁支墩沉降分析监测数据表明：便梁中间支墩的沉降值均大于便梁两边支墩的沉降值，但沉降量和沉降速率均未达预警值，说明便梁支墩是安全的。 中支墩的箱涵基础虽然强于边支墩扩大基础，但其受两侧隧道开挖影响，因此其地基受隧道掘进影响远大于边支墩，所以防止双洞隧道间的岩土柱失稳坍塌对安全至关重要。(1)这里需要说明的是：在隧道施工至第III道时，却出现了例外情况，左支墩沉降值(17mm)大于中支墩沉降值(mm)，其沉降速率达mm/d，而中支墩沉降速率仅mm/d。由于荷载、线路加固与施工方法基本相同，推测应系地质情况造成(便梁支墩位置未进行地质勘探)。所以建议今后类似工程的施工中，应查明便梁支墩位置的地质情况，以确保便梁支墩安全。6线路沉降基本稳定后的沉降量和沉降曲线当线路股道沉降基本稳定后(沉降速率＜/d)各测点的沉降值见表4。以第VIII股道和第II股道正线为例，绘制沉降曲线，如图5，6所示。