摘要：以郑州地铁六号线某新建暗挖隧道近距离下穿既有地铁二号线车站为例，为确保既有地铁结构及运营安全，通过有限差分软件FLAC-3D，对设计采用的参数和工法进行了数值模拟，分析了隧道近距离下穿施工过程中对既有地铁车站的变形影响，为今后类似工程的设计和施工提供参考。分析结果表明：设计采用全断面注浆和超前小导管注浆超前支护下，采用单侧壁导坑法施工，能保证既有地铁车站的变形值满足规范要求；最大沉降变形区域靠近先行线，先行线施工对既有地铁车站产生的影响大于后行线；车站变形以竖向变形为主；最大变形部位在车站底板处。
关键词：新建隧道；既有地铁车站；近距离下穿；变形分析
引言
随着城市地铁网络的不断发展及完善，不可避免要出现线路交叉、互相穿越，其中隧道下穿既有线路建筑物的情况已不断出现。由于新建隧道施工必然会对围岩产生扰动，且目前很多穿越工程的净距较小，这样就会对既有建筑产生一定影响，甚至影响到其正常运营。如何将新建隧道对既有建筑的影响降低到最小程度，保证其结构安全、正常运营，已经成为地铁修建过程中一个重要的研究内容[1-2]。
近年来，国内外学者对盾构下穿既有线路建筑物方面取得了一定的科研成果，而暗挖近距离下穿既有建筑物方面的相关工程案例及研究相对较少。夏炜洋[1]对深圳地铁6号线体-通区间在花岗岩层中变截面隧道暗挖下穿3号线通新岭站的施工力学行为进行了分析；钟可[3]等以长沙地铁4号线溁-湖区间在富水砂卵石地层中超近距离盾构下穿既有2号线区间隧道为背景，对比分析了地层不加固、超前管棚加固、地表注浆加固、运营隧道内加内箍支撑及MJS工法加固等多种方案对既有运营隧道的影响；来弘鹏[4]等以西安地铁1号线二期张-后区间盾构下穿既有1号线出入段线为背景，通过现场调研、数值模拟和现场监测等方法进行施工参数对既有隧道和轨道高差的沉降规律（重点进行对轨道高差的控制）研究；郑军[5]以苏州地铁4号线盾构下穿苏州火车站为背景，通过理论计算与实践相结合的研究手段总结出相关盾构掘进参数。以上相关研究主要对盾构下穿既有地铁隧道方面进行了研究，而对暗挖下穿既有地铁车站变形影响分析的研究内容较少，且本文依托工程为郑州地区粉土地层条件，与北京、深圳、西安等地地层条件均不相同[6]。因此，在以上相关研究的基础上，以粉土地层新建暗挖隧道近距离下穿施工对既有地铁车站变形影响的分析为目的，依托郑州地铁6号线实体工程对设计采用的参数和工法进行了数值模拟，为今后类似工程的设计和施工提供参考。
1 工程概况
1.1总体概况
郑州地铁6号线某新建区间隧道，设计采用单侧壁导坑法施工，左右侧导洞采用上下台阶法开挖。新建隧道断面宽度为6.38m，高度为6.7m，支护参数为：水泥-水玻璃全断面注浆；拱部150范围设置Φ42超前小导管（下穿段双排）；内侧Φ6.5钢筋网150×150mm；格栅钢架纵向间距0.5m；C25喷射混凝土30cm；C40钢筋混凝土二衬35cm。该新建隧道断面结构设计图见图1。
郑州地铁2号线某既有地铁车站长度为169.05m，车站采用钢筋混凝土地下两层双柱三跨箱型框架结构，顶板厚0.8m，侧墙厚0.7m，底板厚0.9m。该车站结构设计图见图2。
新建隧道近距离下穿既有地铁车站，下穿长度为21.51m，左线隧道拱顶至车站底板净距为1.87m，右线隧道拱顶至车站底纵梁净距仅为0.77m。下穿位置隧道与车站平面位置关系图见图3。
1.2地质概况
工程所处地层组成自上而下分别为：1-1杂填土、3-32黏质粉土、3-41粉砂、3-33黏质粉土、3-22粉质粘土等。隧道结构范围的土层主要为黏质粉土和粉质黏土，地下水位埋深18.7m，位于隧道拱顶部位。具体分布情况见图4。
图3 新建隧道与既有车站位置关系平面图
图4 新建隧道与既有车站位置关系剖面图
2 计算模型及参数
2.1计算模型
本次计算采用Ansys软件建模，再导入Flac3D软件中计算。新建隧道跨度为6.38m，线间距为10.82m，根据隧道结构实际尺寸及圣维南原理，沿既有车站和新建隧道轴向各取60m，上部取至地表，下部取至隧道仰拱以下2D范围，模型最终大小为60m×60m×41m，共划分176880个单元，如图5所示。
图5 模型网格划分图
2.2计算参数
计算参数参照工程勘察报告以及《公路隧道设计规范》（JTG D70— 2004）选取，具体见表1、表2。
2.3施工过程模拟
新建隧道采用单侧壁导坑+上下台阶法施工，模拟的施工过程为：先开挖右线隧道，右线隧道掌子面推进10m后开始施工左线隧道；上、下台阶间距为3m，每循环开挖长度按1m控制；隧道长度较短，左右线二衬分别在其初支完成后开始施做。
3 计算结果分析
3.1既有地铁车站竖向变形结果分析
图6为新建隧道左线开挖完成时以及整个隧道施工完成后，既有地铁车站的竖向变形云图。由图6可知：
（1）随着新建隧道开挖，既有地铁车站底板竖向变形逐渐增大，且最大沉降变形区域靠近右线隧道，这是因为右线先于左线开挖施工，说明先行线施工对既有地铁车站产生的影响大于后行线。
（2）车站最大竖向变形值为15.6mm，满足《城市轨道交通结构安全保护技术规范》（CJJT202-2013）中要求的结构竖向变形控制值，说明新建隧道设计采用的参数和工法合理可行。
（3）新建隧道施工过程中，车站竖向变形左侧大于右侧，这是因为隧道下穿施工的方向为车站左侧至右侧，受下方隧道开挖临空面的影响，车站左侧先于右侧发生变形，变形影响时间左侧比右侧长。
（a）新建隧道左线开挖完成时 （b）新建隧道整体施工完成
图6 既有地铁车站竖向变形云图
3.2既有地铁车站水平变形结果分析
图7为新建隧道左线开挖完成时以及整个隧道施工完成后，既有地铁车站的水平变形云图。由图7可知：
（1）随着新建隧道开挖，既有地铁车站产生的水平变形较小，最大值仅为4.7mm，说明隧道下穿施工过程中对既有车站引起的竖向变形影响大于水平变形。
（2）车站的最大水平变形值满足规范要求，同样说明新建隧道设计采用的参数及工法合理可行。
（3）车站下部水平变形大于上部，这是因为下穿隧道开挖产生临空面后，既有车站有向临空面变形的趋势，且距离临空面更近的位置变形趋势更为明显。
（a）新建隧道左线开挖完成时 （b）新建隧道整体施工完成
图7 既有地铁车站水平变形云图
4 结论
（1）既有地铁车站竖向及水平变形均满足《城市轨道交通结构安全保护技术规范》（CJJT202-2013）的要求，说明设计采用的全断面注浆、超前小导管注浆超前支护和单侧壁导坑法施工工法合理可行。
（2）既有地铁车站的竖向变形随隧道开挖逐渐增大，最大沉降变形区域靠近先行线，先行线施工对既有地铁车站产生的影响大于后行线。
（3）既有地铁车站的竖向变形大于水平变形，车站变形以竖向变形为主。
（4）既有地铁车站的竖向与水平变形最大的部位均在车站底板处，说明在下穿隧道施工过程中，车站底板部位最容易被扰动，尤其要重视超前小导管注浆加固的施工质量。
参考文献：
[1]夏炜洋.新建变截面隧道下穿既有车站施工力学行为分析[J].路基工程，2018（05）：167-170+190.
[2]王军琪，康佐，赵杰.黄土地区通道上跨既有地铁隧道衬砌受力分析[J].铁道工程学报，2015，32（11）：120-127.
[3]钟可，傅鹤林，张加兵.富水砂卵石地层中超近距离盾构下穿既有运营隧道加固方案研究[J].公路工程，2018，43（05）：10-16+68.
[4]来弘鹏，郑海伟，何秋敏，刘海洋.砂土地层盾构隧道小角度斜下穿既有隧道施工参数优化研究[J].中国公路学报，2018（10）：130-140.
[5]郑军.盾构下穿火车站区域关键施工技术[J].石家庄铁道大学学报（自然科学版），2018，31（03）：29-35.
[6]许有俊，陶连金，李文博，范俊毅，王文沛. 地铁双线盾构隧道下穿高速铁路路基沉降分析[J]. 北京工业大学学报，2010，12：1618-1623.
论文作者:赵杰
论文发表刊物:《防护工程》2018年第33期
论文发表时间:2019/2/21
标签：隧道论文; 车站论文; 地铁论文; 盾构论文; 近距离论文; 参数论文; 导坑论文; 《防护工程》2018年第33期论文;