顾锋 GU Feng
（广州地铁设计研究院有限公司，广州 510010）
（Guangzhou Metro Design & Research Institute Co.，Ltd.，Guangzhou 510010，China）
摘要： 本文对上涌公园站～大塘站盾构区间的风险工程进行了设计分析，阐述了风险工程的主要设计原则，提出了对应具体风险的针对性措施。同时本文着重对下穿地铁3号线大塘站的风险工程进行了方案的比选分析及数值模拟，并提出了盾构施工的监测方案以监控施工影响、指导施工。
Abstract： This paper analyzes the risk engineering design of the shield interval of Shangyong Park Station～Datang Station， expounds the main design principle of risk engineering， puts forward the pertinence measures of the related specific risks. At the same time， this paper carries out the comparison analysis and numerical simulation of the risk engineering of Datang Station in down-traversing Metro Line 3 and puts forward the monitoring scheme of shield interval to monitor the construction influence and guide the construction.
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关键词 ： 盾构区间；风险工程设计；下穿大塘站；数值模拟；施工监测
Key words： shield interval；risk engineering design；underneath pass Datang Station；numerical simulation；construction monitoring
中图分类号：U455.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）18-0068-03
0 引言
随着城市现代化建设的加快和城市建设步伐的向前迈进，越来越多的人口向城市涌入，使现有公共交通不堪重负。地下轨道交通的工程建设已成为解决交通问题的最有效的措施。同时由于城市地下空间的不断开发和利用，新建轨道交通盾构区间与既有地下工程的距离越来越近，施工难度及风险随之越来越大。特别是在繁华城区，穿越工程施工的影响更加明显。因此在设计过程中，盾构区间的工程风险专项分析显得尤为重要。
1 工程概况
上涌公园站~大塘站区间采用盾构法施工，出上涌公园站后，下穿广州大道南，转入新滘中路，下穿厚德电力隧道、新滘汽配城人行天桥、上涌中桥、三号线大塘站后，到达大塘站。本段区间覆土较厚约21~28m，区间主要穿越<7-3>强风化泥质粉砂岩、<8-3>中风化泥质粉砂岩。在本段区间最低点设置1#联络通道兼废水泵房。本区间沿线现状建筑见表1。
2 主要设计原则
①新建轨道交通工程结构（包括永久结构和临时结构）的强度、刚度及稳定性，应保证工程的安全和周边环境的正常使用。
②根据新建轨道交通工程及受影响周边环境的特点选择合理的施工方法，确定合理施工步序，制定有效的应急处理预案。
③根据场地的地质状况、周边环境安全的重要程度，通过工程类比、数值模拟、解析法等计算分析制定合理的控制指标和具体技术措施，把风险等级降低在可接受水平内。
④风险工程设计采取的技术措施应具有实际可操作性和工程造价合理性。
⑤风险工程设计成果应包括有关风险识别、分级和风险分析、评价内容。
⑥风险工程设计应全面掌握风险工程特点，深化设计内容，通过技术、经济比较分析，制定针对性和可操作的风险控制措施，保证工程自身和周边环境的安全及正常使用。
3 风险工程描述
根据《城市轨道交通地下工程建设风险管理规范》（GB50652-2011），分析统计出本区间Ⅲ级以上的风险工程，详见表2。
4 风险工程变形控制指标
根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）的规定，得出建筑物控制指标参考值，详见表3。
根据《城市轨道交通结构安全保护技术规范》（CJJ/T 202-2013），下穿大塘站轨道及道床的变形控制指标为：轨道横向高差≤4mm，道床脱空量≤5mm。
5 下穿大塘站采取措施及数值模拟分析
5.1 概述 三号线大塘站为地下两层无柱车站，围护桩采用直径1.2m@1.3m钻孔灌注桩。隧道在YCK41+193下穿3号线大塘站，车站底板距距离拱顶约2.37m，关系图见图1~2。
盾构管片采用外径6m，壁厚0.3m的钢筋砼管片，左右线间距16.2m，覆土18.9m。该段范围地层自上而下主要为<1>填土、<2-1B>淤泥质土、<5N-2>残积土（硬塑）、<6>全风化层、<7>强风化泥灰岩、<7-2>泥质粉砂岩强风化层。洞身主要位于<7>强风化泥灰岩。
5.2 方案比选
5.2.1 矿山法 针对下穿既有站工程，由于矿山法施工更为灵活，辅助措施选择性大。下穿工程多采用暗挖法施工，分为密贴下穿和在新建结构与既有结构中间预留一定间距土体两种方式。但矿山法下穿过程中施工风险较大、既有车站沉降位移不易控制。且矿山法进行初支后，再由盾构进行空推过大塘站，施工造价也较高。
5.2.2 盾构法 盾构法与矿山法，对周边环境的影响相对较小，能够较好地控制沉降。在施工效果与经济上比矿山法更有优势。然而，采用盾构法下穿既有车站需要开仓破除既有车站的围护桩，施工风险大。但由于洞身范围处于<7>强风化泥灰岩，地层较好，能够相应的降低风险。经综合技术、经济比较，采用盾构法下穿既有线为最优方案。
5.3 数值模拟分析 使用FLAC3D3.00建立三维模型进行分析，土体采用摩尔-库伦本构模型，模型的单元划分如图3、4所示，隧道周边以及车站围护结构周边土层划分为1.5m的六面体单元，其余部分划分为4m的六面体单元，隧道也进行相应的单元划分。荷载考虑地面超载以及水土荷载等。采用的地层物理力学指标见表4。
计算时分5个施工阶段进行模拟开挖。如表5。
盾构区间下穿三号线大塘站产生的最大位移为2.9mm（如图5所示），满足《建筑地基基础设计规范》以及《城市轨道交通结构安全保护技术规范》的规定。
6 监控量测方案
近距离穿越既有线工程，施工是关键，施工过程中既要保证既有隧道的运营安全，又不能破坏既有隧道结构安全性，这就要求对施工参数采用一定的标准严格控制。但是地下工程往往非常复杂，依靠任何单一公式都难以准确预测地下工程施工的影响，国内外主要是应用现场监测来动态监控施工影响，同时指导施工。
6.1 施工监测的目的 根据工程自身的风险及环境保护要求，且从信息化施工的要求出发，应根据施工工况系统、周详的监测方案和信息化反馈系统，实时监控结构施工的安全。施工监测主要目的：①监控周围建筑物与结构本身的安全性；②将监测数据与预测值相比较，以优化设计；③确定合理的施工工艺和施工工序，以优化施工。
6.2 量测项目、测点布置、监测手段与监测频率 ①盾构法隧道监测。盾构法施工的必测项目包括：沿线地表沉隆、建构筑物和地下管线的变化、隧道变形和位移测量等。其他项目根据具体情况选测，诸如地中位移、隧道内力、地层与管片的接触压力等。②建构筑物监测。在建筑物周围设置测点，观测隧道施工过程中地表发生的沉降（尤其是不均匀沉降）和位移，据以判定建筑物的安全性，以及采用的工程保护措施的可靠性。根据本工程的特点确定的量测项目、测点布置、监测手段与监测频率详见如表6。
7 结论与建议
①通过分析和采取对应措施，上涌公园站～大塘站盾构区间工程风险和环境的风险等级均在可接受水平内。
②区间下穿大塘站采用盾构法能够有效控制既有车站的沉降变形，保证既有地铁车站的安全运营。
③地下工程往往非常复杂，依靠任何单一公式都难以准确预测地下工程施工的影响，很大程度上依赖施工人员的个人技术水平，下一步研究的重点是注重现场监测、建立动态控制系统来监测和控制施工影响，保证施工安全。
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参考文献：
[1]王绵坤.顶管施工中力学效应问题研究[D].广州大学，2007.
[2]钟小春.盾构隧道管片土压力的研究[D].河海大学，2005.
[3]秦建设.盾构施工开挖面变形与破坏机理研究[D].河海大学，2005.