隧道下穿引起的既有地铁结构沉降规律分析

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1、专业知识分享版摘要：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

2、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174.98m，宽19.5m，高7.9m，埋深4.833m。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25m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

3、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③层及卵石、漂石④层。其中卵石③层粒径最大为190mm，一般为90～140mm，亚圆形，级配好，亚砂土夹层，含砂量15%～30%；卵石、漂石④层粒径最大为200mm，一般为140～160mm，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]

4、，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制值（-5～2mm）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90m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

5、方各布设1个监测点。使命：加速中国职业化进程专业知识分享版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JY1～JY16，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

6、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-3.9mm；工后5个月车站结构继续下沉，累计最大值为4.7mm，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-3.1mm；9月底，输水隧道开始通水通压，至12月底，车站结构略有下沉，累计最大值为-3.8mm；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

7、定状态，累计最大值为-4.0mm。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

8、缘以外19m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S01～S16，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