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1、欢迎各位领导和专家莅临指导！,浅埋暗挖法近距离穿越既有地铁构筑物 （区间与车站）关键技术研究,北京市轨道交通建设管理有限公司 北 京 交 通 大 学 中铁隧道集团有限公司 年月,近年来我国城市快速轨道交建设得到了迅速发展，目前北京在建的地下铁道达以上，年规划在市区建设的地下铁道,逐步形成地下铁道网,全国近期将修建的城市轨道交通，投资数千亿元。而在地铁网的建设中必然会遇到众多的节点车站，也必然存在车站及区间隧道相互穿越的工程问题，如目前正在施工的地铁五号线在崇文门和东单车站分别下穿和上穿地铁环线和复八线，以及正在建设的地铁四号线宣武门车站、芍药居站、国贸站、西单站等。在既有线正常运营的情况下顺利
2、地完成施工，并确保运营和施工的安全是该类工程所面临的重要技术难题。,隧道穿越既有线的主要形式及技术要点,依据新建隧道与既有线结构的位置关系可分为下穿既有线、上穿既有线和侧穿既有线等种穿越形式，其中以下穿既有线工程的技术难度最大。,在很多情况下，由于交通规划的多变性以及城市的快速发展，前期建设中没有预留新线的接线，或者预留工程的标准和条件不够，则必然造成新建线路在既有地铁构筑物附近施工的实际问题。事实上，新建地铁施工与既有地铁结构之间是相互影响的，既有结构的存在影响到新建工程的施工和安全；而新线施工则又必然对既有结构产生影响。这样在新线工程建设中不仅要保证工程自身的安全，同时还要保证不致对既有结
3、构造成破坏性的影响进而影响到运营安全，这是穿越既有线施工的主要技术难题。,隧道穿越既有线施工必然造成对既有结构的影响，严重时可能造成结构的破坏和部分使用功能的丧失，甚至影响到运营安全。因此新建隧道施工与既有结构的安全性保护构成一对矛盾体，结构损坏（广义上安全或部分功能的丧失）发生的充要条件是：新建工程施工的附加影响已经超过既有结构的强度（如承受变形的极限能力等），因此保护既有结构不发生破坏的主要措施有： 减小施工造成的附加影响，使其不超过结构所 能承受的强度极限； 加固既有结构，提高其抗变形能力和强度。,事实上，在施工过程中所有技术措施的制定也都是围绕这两个方面进行的，因此隧道穿越既有线工程的
4、技术要点为： 既有结构的安全性评价，给出控制指标和标准； 制定合理有效的技术措施，尽量减小附加变形 对既有结构的影响； 技术方案和技术措施的实施要到位，落到实处； 监控量测、信息反馈及过程控制； 工后评估和恢复措施的制定和实施。,浅埋暗挖穿越既有线的关键技术,关键技术主要包括两个方面的内容： 基础理论隧道穿越技术的基本原理和方法 控制技术和措施保证安全施工的成套技术方案 所谓关键技术就是上述两个方面的整合。,浅埋暗挖法近距离穿越既有地铁构筑物关键技术几个技术要点,既有结构安全性的评价标准和方法控制指标的确定 施工对地层的扰动及其对结构的附加影响 地层与既有结构的相互作用关系变形传递规律 地层变
5、位分配的原理和方法 开挖隧道与既有结构间合理地层厚度的确定（包括不同穿越方式） 既有线及其运营振动对施工的影响 既有线结构及地层变形的监测与控制技术 不同模式（穿越方式、工程条件等）下的施工方法和辅助施工方法,在系统研究的基础上，形成以上几个技术要点，针对不同的隧道穿越方式和主要技术难点进行研究和实践，形成相应穿越方式下的关键技术。 最后通过技术整合，形成浅埋暗挖法穿越地铁既有线结构的系统关键技术。 创造了浅埋暗挖法穿越既有地铁结构的模式 地铁施工对既有地铁构筑物影响评价及危险性 鉴定标准 隧道穿越既有地铁构筑物施工指南,课题研究的主要内容 （） 既有地铁构筑物结构安全性评价体系及方法； （）
6、既有地铁构筑物状态变化监控管理指标体系及控制标准； （） 既有地铁构筑物受施工影响的反应模式和评价方法； （）新建浅埋暗挖隧道与既有地铁构筑物合理间距的确定； （）浅埋暗挖隧道穿越既有地铁构筑物的合理施工方法； （） 既有地铁构筑物与轨道系统变化的监测及控制管理； （） 既有地铁构筑物分步开挖施工影响的变位分配原理、方 法与控制研究； （） 既有地铁线运营振动对浅埋暗挖隧道施工影响的评价方 法和控制技术。,地层与结构的作用体系 在地层中开挖隧道必然造成地层变形和破坏，随着开挖范围的增大及时间的增加，变形则逐渐向四周传递，最后形成地表沉降和土体的侧向移动。当变形在地层传递过程中遇有结构物时则必然
7、发生地层与结构的相互作用，依据作用结果的可能会出现不同的情况，如结构物的变形、破坏等，因此只有搞清他们之间的作用关系，建立起相应的控制体系，才能实现对既有结构物的保护。,地层及结构变形控制体系,地层与地下结构的相互作用关系,在给定变形（变形量大小及其分布）条件下，地下结构的破坏模式及安全性评价； 隧道开挖方式对地层变形模式的影响及其变形的传播规律隧道开挖与地层变形的相互关系； 地层与结构的作用机理和模式地层扰动结构和结构的存在影响地层变形及其发展规律，即地层与结构作用的衔接。,穿越既有线的技术方案及应用 浅埋暗挖法近距离穿越既有地铁构筑物（区间与车站）关键技术研究课题重点结合北京地铁五号线、和
8、标的工程条件，分别对下方穿越、上方穿越以及侧边穿越既有线结构的相关技术问题进行研究和分析，建立起相应的理论体系，进而形成隧道穿越既有结构的原理和方法，并提出成套控制方案，最终实现对既有结构的可靠控制。 本课题形成的技术成果在五号线的各有关工程中得到应用，真正实现为工程建设服务的目标。 同时，对地铁线网的设计以及其他类似工程的施工提供有益的指导和借鉴。,隧道穿越既有线的核心问题是如何控制既有线结构的变形量和变形速率(防止灾难事故发生)，因此从研究思路上可以采取以下种方法：,结构托换，即通过托换手段对既有结构进行预支护，如美国波士顿中央交通主动脉公路隧道工程穿越既有地铁线时使用了此方法。 减小开挖
9、断面，即在满足工程要求的条件下尽量减小隧道断面，或将大断面隧道分解成小断面，如号线宣武门站拟采用的方法。 隧道分部开挖，即将大断面隧道分多次开挖完成，从而减小对既有结构的扰动和变形，如号线崇文门车站、东单车站以及穿越雍和宫车站所采用的方法。,结合北京地铁五号线标、标和标的施工，课题组全面参与了方案论证、施工技术措施制定以及监测的实施，提出了许多有价值的技术方案和建议，为施工方案的制定和过程控制技术的实施提供了重要的技术支持，取得了良好的效果。 针对各自的特点和技术难点提出了相应的关键控制技术，在现场得到了实施。同时进行了现场监测。并进行了相关的理论分析以及不同施工方案的对比分析。 由此，形成了
10、暗挖隧道穿越既有线的安全风险管理模式。该模式目前已在北京地铁施工环境安全风险管理中得到了应用。, 隧道施工过程中既有线地铁构筑物的控制模式 (个环节)： 既有地铁构筑物的现状评估和安全性评价 施工附加影响分析和施工方案优化分析 既有结构控制方案的制定和实施 施工过程的监测和信息反馈 工后评估及恢复方案制定 施工监测(地层及结构变形)与分析 施工引起的土体变形预测分析 注浆加固方案,国内外资料调研及分析 在国内外，地铁施工中穿越既有铁路干线以及盾构法穿越既有地铁结构的工程实例均有报道，但采用浅埋暗挖法施工大断面车站穿越既有地铁构筑物在国内外尚无成功的工程实例，因此穿越既有线问题的研究具有开创性工
11、作。就其本质而言，穿越既有地铁构筑物就是对其沉降量和沉降速率的控制，采用可靠的技术措施使沉降值控制在允许的范围内。穿越既有线施工要重点解决好以下几个方面的问题：,（）保证既有线的安全运营 新线施工不可避免地要对既有线的运营产生影响，但只要通过有效的工程措施，将这种影响降低到列车安全运营允许的范围内，施工即可正常进行。这里，问题的关键在于设定合理的、保证既有线安全运营所需要的各项指标及其管理值。 （）保证施工过程的安全 既有线结构的存在恶化了施工条件，同时还要考虑到结构荷载及其运营振动的影响，因此必须保证新建工程本身的安全，避免灾难性事故的发生。 （）监控量测和信息反馈是工程安全的重要保证 监控
12、量测并实施信息反馈可使既有线结构和工程施工处于受控状态，使每一步的施工都有明确控制目标和要求。这在穿越既有线施工中具有尤其重要的意义。,针对以上所述隧道穿越既有地铁线路的几个技术难题，对国内外有关类似工程及其处理的措施进行了调研和分析，其中包括美国波士顿中央交通主动脉隧道、伦敦地下铁道延长线、韩国汉城车站、意大利铁路车站站场、日本筑波、三之轮隧道，以及我国上海地铁上体场站、南京地铁穿越南京火车站等。 调研分析表明，北京地铁在建的崇文门车站、东单占和宣武门 站等与国内外穿越既有线工程相比，其条件之复杂、难度之大、工期之紧、风险之大及控制要求之高都是少有的。因此，本课题的研究具有挑战性和开创性，而
13、且与工程实践紧密相关。,地层变形模式及其对环境的影响特点 地铁隧道开挖引起的地层变形及地表沉陷是一个极其复杂的过程，其中包括应力的传递和变形的传递。隧道开挖后首先引起隧道周围应力的变化，在应力重新调整过程中引起隧道周围土体的变形和破坏，随隧道的不断开挖所影响的范围也不断扩大，最终通过地层土体传递到地表。应力的传递是自上而下的，由此造成开挖体周围及前方土体中的应力集中，当其超过土体强度后即发生破坏，继而产生较大的塑性变形；而变形的传递则是自下而上的，在其传递过程中有时还伴随有土体的失水固结等。,根据地铁暗挖施工的监测结果，综合分析地层分层沉降、水平位移以及衬砌结构受力等资料，在开挖隧道上方一定层
14、位的土体中存在着某种形式的结构，该结构类似于承载拱。该结构形成的位置以及它的稳定性受到许多因素的影响，其中包括地层的性质与结构、含水状况以及地层加固方式等。 大量监测结果表明，不同地层，如粘性土和砂质土地层，其变形和地表沉降存在较大的差异，从而构成不同的沉降模式，其控制的原则和技术措施也有所区别。 根据地层条件以及沉降过程的特点，可将地表沉降分为整体沉降和拱式沉降两种主要模式，分别适用于粘性土地层和砂性土地层。,对于呈层状结构且具有一定强度的地层，随隧道开挖上覆地层依次运动和变形，但由于地层强度、分层厚度以及完整性的不同，各地层的运动在时间和空间上具有一定的差异，并呈现出明显的成组运动特征。通
15、常同一组地层中最下位的地层为结构层，其中失稳直接波及到地表的结构层称为主导结构层，它是地表沉降控制的重点。,对于松散地层，尤其是含砂性土的地层，隧道开挖后首先在其上方形成冒落拱（有时是松动拱），随隧道开挖范围增大冒落拱在不断发展，在一定条件下将形成某一稳定结构，即相对稳定的“拱结构”，如下图所示。根据监测，拱高可达隧道宽度的一倍左右。,以上分析是基于地层本身变形的基本规律，事实上在城市地铁的施工中地层中存在各种形式的结构物，包括桥桩、建筑物基础、管线以及地层中的其他构筑物。 这样在地层变形过程中必然发生地层与结构的相互作用，由于其相对位置、强度以及地层性质的不同将出现不同的结果，如地层变形被隔
16、断或地层中的结构物遭到破坏等，从而对近接环境安全造成不同的影响。这也就要求我们采取不同的控制方案和技术措施。,地铁施工队既有线安全控制的基本思路 在地铁施工中，对既有线安全的管理即是对风险源（如重要建（构）筑物）的全过程控制，通常包括以下个环节： 既有结构物(如地铁区间或车站)的现状评估和安全性评价，由此可确定出既有结构的沉降和变形控制标准，即既有结构所能够承受的极限变形值。 施工附加影响的分析和评价，由此可确定出合理的施工方案。实际上为施工方法以及辅助施工方法的优化，并且包括工法的优化以及细部优化（如到洞开挖以及支护顺序等细节问题）。, 控制方案制定。考虑到隧道开挖对地层影响的时空效应，依据地层和结构的变位分配原理，初步拟定相应施工方案下的既有结构变形及稳定性控制方案并实施。方案制定的依据主要包括：既往经验及资料、数值模拟及理论分析、工程特点等。 监测及反馈。基于信息化施工的原理，通过监测结果与既定控制方案的对比，可及时对施工方案和控制标准进行调整
