1、下穿大型鐵路站場的地鐵車站施工對線路變形影響的監測分析摘要：受南京鐵路站場的制約，地鐵南京站主體結構被分割為南側明挖區、過站區和北側明挖區等三個部分，過站區在既有南京鐵路站場下方，其結構型式為雙線分離式隧道，隧道跨度大、埋深淺、線間距小，采用暗挖礦山法構筑。在既有鐵路線下修建地鐵車站，必須嚴格控制線路沉降。通過在地表線路和便梁支墩上布置沉降測點并跟蹤施工進程進行監測，探討地鐵過站隧道施工對地表線路變形的影響。監測結果表明：鐵路線路加固措施和過站隧道施工方案是合理可靠的。同時也通過對監測數據的分析，提出關于類似工程施工的一些建議。關鍵詞：地鐵隧道工程；下穿既有鐵路站場；礦山法；線路沉降監測1 引

2、 言 南京地鐵 1# 線的南京站是國內首次在既有鐵路站場下采用礦山法施工的地鐵車站，受南京鐵路站場制約，地鐵南京站被分割為南區、北區和過站區 3 個部分(見圖 1)，南區、北區為雙層明挖箱型框架結構，過站區在既有南京鐵路站場下方，下穿鐵路南京站三個站臺和第 IVIII 股道線共 8 條股道，其中 II 道和 VIII 道為京滬鐵路上下行正線，其余則為站線。過站區結構型式為雙線分離隧道，隧道跨度大、埋深淺、線間距小，采用暗挖礦山法構筑。國外也有在既有鐵路站場下修建地鐵車站的例子，但是并不是采用暗挖法施工1。國內只有廣州地鐵2# 線(火車站三元里)隧道下穿廣州火車站站場的工程2與本工程有類似之處，

3、但是廣州地鐵 2# 線區間隧道下穿廣州火車站站場采用的是盾構法穿過，從施工難度和施工風險程度來看均小于本工程。由于南京站為大型鐵路樞紐站場，京滬鐵路又是國內最重要的 I 級繁忙鐵路運輸干線之一，每天通過和到發列車達 170 對，因此在過站區施工過程中，必須嚴格控制線路路基沉降，確保南京鐵路站場正常運營和通過列車的行車安全。而掌握過站區施工對線路影響最直接的手段是對線路路基和便梁支墩的沉降變形進行監測，根據監測結果可及時調整施工進度和支護參數。2 工程概況2.1 過站區隧道結構型式 地鐵南京站過站區結構型式為暗挖雙線分離式車站隧道，設計范圍 K14+200.32K14+266.88，埋深 6.6

4、98.06 m，單洞長度均為 66.56 m，隧道開挖高度 9.546 m，跨度 11 m，2 條隧道中心線間距15.46 m，中間設有兩條橫通道相連。地層自上而下主要為：雜填土、粉土、粉質粘土、混合土、強風化和中風化閃長巖。但是過站區洞身主要穿越混合土、強風化和中風化閃長巖地層，圍巖主要為 IIIII 類圍巖，過站區隧道采用復合式襯砌結構，過站區隧道斷面形式見圖 2。2.2 隧道施工前線路加固措施和隧道施工方法簡介 過站區隧道施工前，對隧道地表鐵路線均采用D24 型便梁進行加固。兩隧道外側便梁支墩采用鋼筋混凝土擴大基礎；兩隧道間的便梁支墩采用 12.5 m×2.5 m 箱形涵，并在

5、箱形涵內設置靜壓鋼筋混凝土方樁，鋼筋混凝土方樁壓深至隧道底部± 0.00 m處(見圖 3)。隧道開挖前在南、北兩端超前施作 159mm 長大管棚。隧道施工方法為 CRD 法，每個斷面分四部開挖3。開挖時從北向南單向推進，先左線后右線，并且左線超前右線 1520 m。關于線路加固的安全性檢算及詳細的過站區施工技術見文4。3 便梁支墩和線路的沉降監測系統布置 盡管在隧道開挖之前用D24型便梁將線路托起加固，并且在隧道開挖前于隧道拱頂位置打入大管棚加固地層。有關研究結果表明：在既有鐵路站場下進行如此大斷面的隧道施工在國內尚屬首次。為確保行車安全和地表鐵路站場的正常運營，必須嚴格控制過站區隧

6、道開挖引起的地層沉降和線路沉降。為此，過站區施工期間，在線路股道中間和便梁支墩上均布置了沉降測點。隨隧道開挖進程對地表線路沉降和便梁兩側的支墩沉降進行跟蹤監測，并根據監測結果實時調整開挖進尺和支護參數。 根據線路股道、便梁架設情況和隧道位置，每股道布置 11 個測點，其中在便梁的三座支墩頂面設置 3 個測點(編號為：GC802，GC806 和 GC810)，另外編號為 V 和 VII 的股道路基測點位置正好與左右線隧道拱頂位置上下相對應。監測系統布置詳見圖 4。其中測點編號說明如下：GC801GC811 表示第VIII股道由北京至上海方向的股道沉降測點編號，其中“GC”表示股道沉降，后面第 1

7、 位數字表示第 VIII 股道，再后面的兩位數字表示該點在本股道的編號，其他股道依次類推。4 隧道掘進與地表沉降分析 過站雙線隧道采用 CRD 法分步施工，左線優先，右線滯后。監測數據表明：隨著隧道掘進斷面的加大，地表沉降量及其沉降速率也隨之增加。以隧道拱頂對應的地表第 VIII 股道 GC805 和 GC807測點為例，沉降量和速率見表 1。 雖然在隧道施工過程中，監測的拱頂地表最大沉降速率曾一度達 2.5 mm/d(2003 年 7 月 30 日7月 31 日)，但仍遠小于線路變形預警值(15 mm/d)，加上有便梁防護，該沉降并不直接影響到線路變形，所以對鐵路行車安全性影響不大。但是為確

8、保線路運營安全，在隨后的隧道掘進時，采用了縮小開挖進尺、架立密排格柵等措施，地表沉降速率得到了控制。5 便梁支墩沉降和線路沉降的監測結果分析5.1 監測結果 以第 VIII，VII 股道測線上的便梁支墩(GC802，GC806和GC810)和左、右線隧道拱頂(GC805，GC807)的 5 個測點的沉降為代表，將沉降數據和隧道掘進進度之間的關系如表 2，3 所示。5.2 監測結果分析 (1) 由上述關系表可知：左線隧道完成拱部掘進后，在相應的拱頂地表產生的沉降值約占該測點最終穩定沉降值的 36%42%，左線隧道完成全斷面掘進，在相應的拱頂地表產生的沉降值約占該測點最終穩定沉降值的 67%80%

9、；在滯后的右線隧道完成拱部掘進后，該測點增加的沉降值約占24%23%，而待滯后的右線隧道完成全斷面掘進，該測點增加的沉降值僅占 8%。可見在便梁防護下，雙線隧道掘進時，先掘進的左線隧道在地表產生的沉降值占了總沉降值大部分，而在滯后的右線隧道完成拱部掘進后，地表沉降就接近最終的穩定沉降值。 (2) 便梁支墩沉降分析 監測數據表明：便梁中間支墩的沉降值均大于便梁兩邊支墩的沉降值，但沉降量和沉降速率均未達預警值，說明便梁支墩是安全的。 中支墩的箱涵基礎雖然強于邊支墩擴大基礎，但其受兩側隧道開挖影響，因此其地基受隧道掘進影響遠大于邊支墩，所以防止雙洞隧道間的巖土柱失穩坍塌對安全至關重要。 (3) 這里

10、需要說明的是：在隧道施工至第 III 道時，卻出現了例外情況，左支墩沉降值(17 mm)大于中支墩沉降值(14.6 mm)，其沉降速率達 1.2 mm/d，而中支墩沉降速率僅 0.11 mm/d。由于荷載、線路加固與施工方法基本相同，推測應系地質情況造成(便梁支墩位置未進行地質勘探)。所以建議今后類似工程的施工中，應查明便梁支墩位置的地質情況，以確保便梁支墩安全。6 線路沉降基本穩定后的沉降量和沉降曲線 當線路股道沉降基本穩定后(沉降速率0.1mm/d ) 各測點的沉降值見表 4。 以第 VIII 股道和第 II 股道正線為例，繪制沉降曲線圖，如圖 5，6 所示。 (1) 從表 4 和圖 5，

11、6 中可見，各股道的地表沉降與隧道拱頂相對應出現馬鞍狀的雙峰值，且在列車荷載基本相同，支墩形狀和尺寸一樣的情況下，各股道的沉降值差異很大，分析其原因，本文認為主要是各股道的地質情況差異造成的。 (2) 在同一股道，左右線隧道的沉降峰值也差異很大，監測資料表明：地表沉降峰值除第 VIII 股道左右線基本相等外，其他各股道均呈現左線隧道地表沉降大于右線隧道地表沉降(約大 110%230%)，其原因主要是先掘進左線隧道后掘進右線隧道(滯后約 1520 m)。7 地表沉降監測數據和理論計算(工程類比推算)數據比較 2002 年 8 月南京地鐵有限責任公司曾委托同濟大學對過站區隧道施工對京滬鐵路行車安全

12、性的影響從理論上進行分析研究，計算出在便梁防護下的地表和便梁支墩最大沉降值；同時北京交通大學科研組采用工程類比法對地表和便梁支墩最大沉降值進行推算，見表 5。 (1) 從表 5 中可見，無論是理論計算還是工程類比推算值與實測值都相差較大，分析其原因由于南京站地區地質情況復雜，差異大，再加上地質報告中土的物理力學參數本身離散性較大。 (2) 在列車荷載、施工工藝與線路加固基本相同的情況下，初期支護完成后各股道沉降的實測值離散度較大，說明由于地質情況不同使地表沉降差異較大，所以確保安全性的關鍵在于施工中加強監測，采取信息化施工，以確保鐵路行車和隧道施工安全。8 結 論 (1) 因隧道施工造成的地表

13、和便梁支墩沉降，由于有便梁防護，隧道拱頂地表產生的最大沉降量及其速率并不直接影響軌道的幾何狀態和行車安全，實踐證明線路加固方案是合理的。 (2) 支墩沉降量隨隧道施工工序和進度逐漸增大并達到峰值，這是一漸變過程，通過 D24 便梁加固只要保證其支墩的安全性，同時加強對便梁及其線路的監測和養護，便可以確保鐵路行車安全和隧道施工安全的。 (3) 在下穿既有線施工過程中，要重視支墩沉降和軌道線路的沉降監測，并根據監測結果及時調整施工工序和隧道支護參數。參考文獻(References)：1 Seishi S，Shoichi F. Construction of a subway tunnel just

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