1、张顶立北北 京京 交交 通通 大大 学学隧道及地下工程教育部工程研究中心隧道及地下工程教育部工程研究中心2007年年6月月1 工程背景及技术难点工程背景及技术难点 进入21世纪，我国的城市快速轨道交通得到快速发展，近年内北京将修建300km以上的地下铁道，2050年规划在市区建设693km的地下铁道,包括郊区支线达1000km以上，逐步形成快速轨道交通网,，全国近期将有15个城市修建约1500km的城市轨道交通工程，投资数6000亿元。如上所述，在各大城市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，如目前刚刚施工结束的地铁五号线在崇文门和东单车站分别下穿
2、和上穿地铁环线（2号线）和复八线（1号线），以及正在建设的地铁四号线宣武门车站、西单站、十号线芍药居站、国贸站等。此外还有深圳地铁会展中心站、沈阳地铁青年大街站等。在既有线正常运营的情况下顺利地完成施工，并确保运营和施工的安全是该类工程所面临的主要难题。序号新建线既有线穿越情况穿越类型最小间距/m152崇文门暗挖车站下穿地铁2号线区间下穿1.98021东单暗挖车站上穿地铁1号线区间上穿0.632雍和暗挖区间穿环线雍和宫站下穿0.3442宣武门暗挖车站下穿宣武门暗挖车站下穿2 2号线宣武门车站号线宣武门车站下穿1.951西单暗挖车站上穿1号线区间上穿0.5462西直门站改造（预留)7101国双区
3、间下穿1号线区间下穿1.245813北芍区间下穿13号线芍药居站下穿9.215 9机场线13东直门站穿13号线东直门折返线下穿、侧穿0北京地铁在建线路近距离穿越既有地铁线工程汇总表北京地铁在建线路近距离穿越既有地铁线工程汇总表 通常认为，当结构间距小于5.0m以后两者的影响就非常明显，即5.0m以下可以认为是小间距，上表中除穿越芍药居城铁站外，其他间距均小于2.0m，因此均为近距穿越。A.A.同期建设4、10号线黄庄车站B.B.前期建设预留 如2、4号线西直门站C.C.穿越既有线施工,如崇文门、东单、宣武门站等 依据新建隧道与既有线结构的位置关系依据新建隧道与既有线结构的位置关系可分为可分为下
4、穿既有线下穿既有线、上穿既有线上穿既有线和和侧穿既侧穿既有线有线等等3种穿越形式，其中种穿越形式，其中以下穿既有线工以下穿既有线工程的技术难度最大程的技术难度最大。30.6m 单层段双层段双层段管幕托梁二衬结构600钢管，内灌混凝土型钢钢架初期支护1二衬结构管幕托梁131.9621007950465039.7544.40既有二号线宣武门站崇文门下穿既有线结构崇文门下穿既有线结构东单站上穿既有线结构东单站上穿既有线结构崇文门联络通道崇文门联络通道侧穿既有线结构侧穿既有线结构在很多情况下，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
5、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
6、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工作重点为：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；在既定的施工方案下制定详细的阶段控制目标 和措施，并保证实施到位，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。针对隧道穿越既有地铁线结构工程的特点，应重点解决好以下几个方面的技术问题：A.保证既有线的安全运营 新线施工不
7、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。B.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。C.监控量测和信息反馈是工程安全的重要保证 监控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。在系统研究的基础上，形成若干几个技术要点，针对不同的隧道穿越方式和主
8、要技术难点进行研究和实践，形成相应穿越方式下的若干核心技术点和关键技术。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地铁施工对既有地铁构筑物影响评价及危险性 鉴定标准鉴定标准 隧道穿越既有地铁构筑物施工指南隧道穿越既有地铁构筑物施工指南 （1）既有地铁构筑物结构安全性评价体系及方法；（2）既有地铁构筑物状态变化监控管理指标及控制标准；（3）既有地铁构筑物受施工影响的反应模式和评价方法；（4）新建浅埋暗挖隧道与既有地铁构筑物合理间距的确定；（5）浅埋暗挖隧道
9、穿越既有地铁构筑物的合理施工方法；（6）既有地铁构筑物与轨道系统变化的监测及控制管理；（7）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；（8）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。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。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
10、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。以下分别作简单的介绍。美国波士顿中央交通主动脉隧道美国波士顿中央交通主动脉隧道C11A1标标 I-93洲际公路北向隧道段洲际公路北向隧道段 美国马赛诸塞州波士顿市的中央交通主动脉隧道工程是美国历史上规模最大、工艺最为复杂、耗资最高的一项基础设施工程。耗资高达108亿美元，被称为波士顿大开挖。该工程计划在波士顿港和劳恩国际机场之间构筑第二条隧道，还将建起世界上最大的一架悬索桥，以一条八车道的地下高速公路
11、取代目前的一条六车道的高架路。其设计交通流量为每天通过245，000辆汽车，可望减少2小时的高峰期。工程预计2004年完工。C11A1标是该工程的一部分，包括一条长度为600m的四车道公路隧道和一些附属设施。在Atlantic Avenue与Summer street的交叉处，隧道与Redline地铁（车站）、MBTA电车隧道（车站）和两站的地下站厅层立交，见图。该处隧道埋深约19m，其上部支护结构拱顶距既有地铁结构底约1.5m。其中的Redline地铁（车站）建于1916年，高峰期运量为每小时100,000人。工程要求工程要求在不影响既有线正常运营的条件下进行隧道施工在不影响既有线正常运营的
12、条件下进行隧道施工。为了承托上部车站和周围土体的重量，施工中采取了强有力的支护体系，见图，同时对Redline地铁（车站）、MBTA电车隧道（车站）的动态进行24小时无间断监测。施工采用暗挖方式，在既有线下沿隧道方向平行施作两导洞（左洞长约46m，右洞长40m），对其下深18m的土体进行注浆，形成两道注浆墙。然后在墙体内分三层依次开挖导洞、施作混凝土墙体。在紧邻既有线的导洞中，沿导洞垂直方向以一定间距开挖小导洞，并在其中施作预应力钢筋混凝土梁，支撑在混凝土墙之上。至此，支撑体系完成，在它的保护下对隧道进行开挖。在开挖上层导洞时曾进行注浆止水和施作横向小导洞时进行壁后注浆，为避免对其上地铁线造成
13、危害，对既有线进行了水平仪和光学观测两种观测手段的监测，右图是两种监测方法取得的位移曲线对比图。图中显示，在前后两个月的施工中，既有结构因注浆而上抬了0.8英寸，约20.31mm。英国的Jubilee Line 延长线工程是伦敦市地下交通网络的重要组成部分，于1994年开工。隧道在Waterloo地段从既有的Bakerloo 线和Northern 线下穿过。见图。其埋深在2030m，洞径为4.38m。采用开敞式机械开挖，复合式衬砌。穿越段Bakerloo 线为地铁车站，其洞径为6.81m6.86m，与Jubilee Line 延长线相距8.08m。穿越段Northern 线包括车站和区间，洞径
14、分别为6.68m和3.57m，与Jubilee Line 延长线相距分别为6.40m和5.66m，见图。施工过程中对既有线进行了沉降、扭转等广泛的监测，其中Bakerloo 线沉降控制在10mm以内，Northern 线沉降控制在15mm以内，见图。（三）韩国地铁车站穿越既有地铁线（三）韩国地铁车站穿越既有地铁线 该工程位于一交通繁忙的十字路口下方，且管网密布，通讯电缆、自来水管和污水管道等纵横穿插。所以只能采用暗挖法。该车站宽23m，高8.6m，拱顶距既有地铁线4m，结构断面见图。图中柱体纵向上为墙状连续结构，以隔离行车时的噪音和空气污染。车站所赋存地层上部为风化软岩，下部为硬岩。为控制既有
15、线的沉降和工作面的稳定，采用钢管复合注浆支护技术。在隧道拱顶轮廓外3m范围内高压注浆，所用钢管长度26m，中洞上方布置五层，侧洞上方布四层，见下图。车站开挖方法见下图,采用先挖侧洞，后挖中洞的方法，初支为厚度25cm的加钢筋喷射混凝土配以锚杆。经量测，侧洞开挖时拱顶沉降34mm，初支中应力达4.6Mpa，且主要沉降发生在上导坑开挖过程中。中洞施工时，拱顶沉降3mm，初支应力达0.5Mpa，柱体中应力为0.35Mpa。（四）（四）意大利的意大利的Ravone铁路车站铁路车站(含高速铁路线和专含高速铁路线和专 用线用线)站场站场 下面的两个平行的地下通道，断面呈拱形，每个通道的内径为13m，长约4
16、00m，两通道中心距离仅有17m。地层主要为软弱的淤泥砂卵石，偶有黏土夹层。在限定速度80km/小时的站内行车条件下，每对铁轨在40m长度内均匀下沉量不得超过3cm，两根铁轨的不均匀下沉在3m，7m，10m长度内分别不得超过5，4和3。隧道采用矿山法全断面开挖，钢拱架和加钢筋网喷射混凝土支护。开挖前施行地层加固，措施是用40个长15m、搭接长度5m的超前玻璃纤维构件，并通过30孔喷射注浆在隧道轮廓的周边形成一或两层长度分别为10m和7m的注浆加固壳。开挖过程中，两隧道工作面距离基本上保持在75m。量测结果表明，地表最大变形，隆起58mm，下沉810mm，均未超过规定的警戒限值，见图。（五）筑波
17、、三之轮隧道纵穿既有铁路线（五）筑波、三之轮隧道纵穿既有铁路线 日本的筑波、三之伦地铁隧道在软弱地层中纵向穿越三条既有地面运营线达300m，该处地层的N值为4，成分为砂70，粉砂16，粘土13，土质软弱，易产生流动、坍塌。隧道埋深412m，洞径为10m。采用泥水式盾构法施工。施工前对穿越区进行了注浆加固，以二重管柱塞灌注工法和NS喷射工法，在土层中隧道位置上方预先施作注浆加固层和机械搅拌桩。同时，在地面沿铁路线纵向，对施工影响范围内的路基施作轨道施工梁进行加固，见图。施工初期，为防止喷泥，泥水压设定较低值，为自然水压20kpa，掘进速度为25mm/min，注浆压力设为工作面泥水压+150kpa
18、。观测地表初期沉降值达到15mm。修正后的泥水压改为自然水压+35kpa。隧道通过后，地表最大沉降达到7mm，最终沉降为20mm。（六）上海地铁（六）上海地铁4号线上体场车站穿越既有线结构号线上体场车站穿越既有线结构 上海地铁4号线上海体育场车站穿越段结构紧贴地铁1号线上体馆站底板，穿越施工过程中，需保证原地铁1号线的围护结构、车站的底板不受影响，并保证1号线能正常运营；此外，由于地铁1号线上方有高架、立交道路，且其它建筑物离基坑亦非常近，要求车站穿越施工时，以上建构筑物不允许有大的地层变形，因而其施工难度极大。总体施工方案 因地铁4号线的上体场站与地铁1号线的上体馆车站几乎直交，为进行穿越施
19、工，地铁4号线车站除先将穿越段以外的结构施工完成外，再借助人工地层水平冻结技术，对地铁1号线底板下土体进行加固，形成了强度高、封闭性好的冻土帷幕，然后在冻土帷幕中进行分区、分层开挖构筑施工。穿越车站的综合施工技术 托换加固技术的应用；碳纤维加固补强技术 悬吊加固技术的应用；地层冻胀和融沉防治措施综合以上可见：（1）国内外已建和正在建设的类似工程基本上都是采用托换、加固或托换+加固的措施，施工过程中控制方法也大同小异；（2）所有工程的难度和规模都没有超过北京地铁五号线崇文门车站穿越工程，崇文门车站所采用的监测和控制技术目前也是最先进的；（3）目前还尚无完善的穿越既有线方案、措施和工作程序。地铁隧
20、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。隧道变形传递应力传递应力传递隧道开挖后地层移动及应力变化 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位的土体
21、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。通常同一组地层中
22、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。隧 道结 构 层2结 构 层1离 层 区 域1离 层 区 域1 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。地 铁 隧 道拱 结 构 2拱 结 构拱 结 构 1 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
23、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。在地层中开挖隧道必然造成地层变形和破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以及时间的增加，变坏，随着开挖范围的增大以及时间的增加，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发生地层与结构的相互作用，结构物时则必然发生地层与结构的相互作用，依
24、据作用结果的可能会出现不同的情况，如结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。现对既有结构物的保护。地地层层及及结结构构变变形形控控制制体体系系地层与地下结构的相互作用关系地层与地下结构的相互作用关系 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；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；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
25、其发展规律，即地层与结构作用的衔接。00.020.040.060.080.10.120.140.160.180.20123456789101112中夹层土体厚度H(m)振动传播速度V(m/s)00.0050.010.0150.020.0250.030.0350.040.0450.05夹层土体沉降S(m)振动衰减规律松散土体沉降量密实土体沉降量综合考虑列车振动对新建结构的影响和夹层土体变形对既有结构沉降的影响，合理的结构间距以23m为宜；同时考虑到间距在5m以上相互影响明显减小，因此在小间距范围内合理的夹层厚度为23m。变位分配原理：变位分配原理：地层及结构的变形是逐渐累积的，说明每步工程活动都
26、会造成变形的增大；每个施工活动步骤（开挖、支护、支撑拆除及衬砌等）中所产生的变形是不同的，有时差异很大，并且具有明显的规律性；不同应力路径所产生的变形量是不同的，即施工顺序不同，其阶段变形和最终变形量都可能是不同的。地层及结构变位分配的方法：地层及结构变位分配的方法：在拟定的施工方法和工程条件下，可结合工程实际、既往的监测成果和理论分析及数值模拟结果，对每个施工阶段的变形量进行分解，即将总体目标分解为阶段目标进行控制，通过对阶段目标的控制实现对总体目标的控制，从而确保既有结构的安全。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5、6和18标的工程条件，
27、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，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3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。减小开挖断面，即在满足工程要求的条
28、件下尽量减小隧道断面，或将大断面隧道分解成小断面，如4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5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05标、06标和18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，形成了暗挖隧道穿越既有线
29、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隧道施工过程中既有线地铁构筑物的控制模式 (5个环节个环节)：既有地铁构筑物的现状评估和安全性评价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施工过程的监测和信息反馈 工后评估及恢复方案制定工后评估及恢复方案制定 施工监测施工监测(地层及结构变形地层及结构变形)与分析与分析 施工引起的土体变形预测分析施工引起的土体变形预测分析 注浆加固
30、方案注浆加固方案 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5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
31、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，以及在必要时对地层和结构进行加固，以达到预期的目标。加固地层其作用是减小施工对结构的附加影响；加固结构其作用则在于提高结构的抗变形能力。工后评估及恢复方案制定。无论采取怎样的施工方案和技术措施，施工结束后都会或多或少地对既有结构造成影响，因此待施工完成后应对既有结构的损坏状况进行检测和评估，并据此制定恢复方案和具体措施，包括恢复的必要性、恢复程度以及工后沉降和变形的预测等。依据上述原理和方法，在浅埋暗挖法穿越地铁结依据上述原理和方法，在浅埋暗挖法穿越地铁结构成功实践的
32、基础上，目前已在北京地铁施工的环境构成功实践的基础上，目前已在北京地铁施工的环境安全风险管理中得到了推广应用，取得了很好的效果。安全风险管理中得到了推广应用，取得了很好的效果。由此可对地铁及城市地下工程施工的环境控制提供直由此可对地铁及城市地下工程施工的环境控制提供直接的指导，从整体上提高了信息化施工的技术水平。接的指导，从整体上提高了信息化施工的技术水平。现以崇文门车站现以崇文门车站穿越既有线结构工程穿越既有线结构工程为例对其控制过程进为例对其控制过程进行分析。行分析。本项工作可委托专门机构完成，本课题的研究成果主要给出评估的内容、方法和技术要求，在综合分析的基础上给出结构的控制标准值。一般
33、来说，既有线结构现状安全评估的工作程序为：（1）按照拟定或可能的隧道施工方法，将施工对结构的附加影响分为不同的模式和类型，包括在结构中的变形量及其分布规律；（2）将不同的变形量及其分布形式施加到相应的结构上，根据结构的响应状况，在变形累计递增的过程中找出结构发生破坏的临界值，即给出相应模式下的广义变形极限值。(3)针对不同指标，按照小值优先的原则，给出破坏极限值，考虑一定的安全储备系数后即为控制标准控制标准。需要说明的是，对于穿越既有地铁线路工程，除保证结构的安全外还必须满足诸如曲线竖直度、两轨高差、两轨水平移动量以及隧道净空要求等要求。这些应在结构评估、综合调研和理论分析的基础上综合研究决定
34、。尽管考核既有线安全状况的评价指标很多，但各项指标之间具有显著的相关性，大量实践表明，既有线结构的最大沉降量和沉降速率仍然我们所更为关心的，这是因为：最大沉降量是各种指标的综合反映，集中体现了既有线的安全状况；沉降速率的突然增大通常是某些异常变化的体现，若措施不当则可能发生灾难性事故。平面图平面图横剖面图横剖面图18m11.42m8.5m24.2m18m7.2m8.5m18m西1.98m 结合上述破坏模式，对施工过程中可能发生的沉降模式进行综合分析，同时考虑到综合分析，同时考虑到列车运营条件（竖曲线、过超高等）的要求，列车运营条件（竖曲线、过超高等）的要求，最后以既有隧道结构变形缝处的最大沉降
35、量最后以既有隧道结构变形缝处的最大沉降量最为控制指标，控制标准为不超过最为控制指标，控制标准为不超过40mm40mm，考，考虑到一定安全储备，将既有结构的最大沉降虑到一定安全储备，将既有结构的最大沉降量控制标准拟定为量控制标准拟定为36mm36mm。10 10 地铁施工的附加影响分析及工法优化地铁施工的附加影响分析及工法优化 大断面浅埋暗挖地铁车站可以采用中洞法、柱洞法和侧洞法施工，不同施工方法对既有结构沉降的影响是不同的，为此以既有结构的最大沉降量为目标，对不同工法的附加影响进行分析，由此实现对施工方法的优化。施工方法的附加影响分析及优化，包括工法的优化和施工步骤的细部优化。既有环线区间隧道
36、新建车站600大管棚柱洞法柱洞法中洞法中洞法1300侧洞法侧洞法-70-60-50-40-30-20-10012345678910111213141516施工步序累计沉降量/mm柱洞中洞侧洞FLAC3D 3.00ItascaConsultingGroup,Inc.Minneapolis,MNUSAStep48804ModelPerspective15:15:29TueMay032005Center:X:-5.463e+000Y:2.768e+001Z:1.800e+001Rotation:X:90.000Y:360.000Z:0.000Dist:1.934e+002Mag.:1Ang.:22.
37、500Block StateNoneshear-nshear-pshear-ntension-nshear-ptension-pshear-pshear-ptension-ptension-nshear-ptension-ptension-ntension-ptension-pFLAC3D 3.00ItascaConsultingGroup,Inc.Minneapolis,MNUSAStep83973ModelPerspective16:24:00TueMay032005Center:X:7.761e-001Y:3.242e+001Z:1.800e+001Rotation:X:90.000Y:
38、0.000Z:0.000Dist:1.934e+002Mag.:1.56Ang.:22.500History4.05.06.07.08.0 x104-1.3-1.2-1.1-1.0-0.9-0.8-0.7-0.6-0.5-0.4-0.3-0.2-0.1x10-246Y-DisplacementGp17318Linestyle-1.335e-002-1.846e-006 Vs.Step3.218e+0048.397e+004Block StateNoneshear-nshear-pshear-nshear-ptension-pshear-ntension-nshear-ptension-pshe
39、ar-pshear-ptension-ptension-nshear-ptension-ptension-ntension-ptension-pFLAC3D 3.00ItascaConsultingGroup,Inc.Minneapolis,MNUSAStep61102ModelPerspective17:10:56TueMay032005Center:X:0.000e+000Y:3.335e+001Z:1.800e+001Rotation:X:90.000Y:0.000Z:0.000Dist:3.593e+002Mag.:3.05Ang.:22.500History1.02.03.04.05
40、.06.0 x104-2.4-2.2-2.0-1.8-1.6-1.4-1.2-1.0-0.8-0.6-0.4x10-246Y-DisplacementGp24436Linestyle-2.437e-002-2.530e-003 Vs.Step5.910e+0036.110e+004Block StateNoneshear-nshear-pshear-nshear-ptension-pshear-ntension-nshear-ptension-pshear-pshear-ptension-ptension-nshear-ptension-ptension-ntension-ptension-p
41、不不同同施施工工方方法法的的塑塑性性区区分分布布柱洞法柱洞法中洞法中洞法侧洞法侧洞法 综合既有结构沉降以及塑性区范围的影综合既有结构沉降以及塑性区范围的影响分析，可以得出以下结论：响分析，可以得出以下结论：柱洞法以最小的挖土量，提供了前期衬砌柱洞法以最小的挖土量，提供了前期衬砌的施作空间，其永久衬砌结构施作最早，支的施作空间，其永久衬砌结构施作最早，支撑作用发挥得最早，所以对土体沉降和既有撑作用发挥得最早，所以对土体沉降和既有结构的变位控制最为有利，应是穿越施工的结构的变位控制最为有利，应是穿越施工的最佳方案。最佳方案。123412341234方案方案方案方案既有结构分步沉降预测结果既有结构分
42、步沉降预测结果-40-35-30-25-20-15-10-50024681012141618施工步序累计沉降量（mm）导洞贯通中洞顶层衬砌侧洞支撑侧洞贯通中洞衬砌侧洞衬砌中洞管幕施工结束 依据地层及结构变为分配的原理和方法，拟定出不同施依据地层及结构变为分配的原理和方法，拟定出不同施工阶段的既有结构变形控制目标值，形成控制方案。工阶段的既有结构变形控制目标值，形成控制方案。与其他的暗挖地铁车站工程相比，监测工作的主要创新点为：v采用先进的高精度静力水准自动化监测系统，实现了实时监测和及时的信息反馈；v采用光栅系统对典型管棚进行了隧道施工过程的全过程实时监测；v对地铁列车振动在地层中的传播规律进
43、行了监测，为振动影响分析及减振措施制定提供了依据。既有线监测方案 既有线监测设计就是结合既有隧道的结构特点和已制定的监管指标，选择相应的量测仪器和设备。监测系统的布置也是监测设计的重要内容，包括仪器安设位置的选择，仪器安装的数量、密度、分布方式和范围等。隧道施工完成后，客观上不可避免地要对既有地铁构筑物造成影响，也可能对既有线的安全运营和使用功能造成一些损害，因此应对所造成影响的程度作出评价；同时根据损害的程度对恢复的必要性、可行性以及经济合理性作出分析和评估，并据此给出相应的恢复方案、措施和建议。在综合评估的基础上应对恢复方案进行具体设计。水平注浆孔，间距80梅花布置，注浆液变形缝一变形缝二
44、32注浆管间距50注浆液7.5m6m4.5m6m12m-40.00-35.00-30.00-25.00-20.00-15.00-10.00-5.000.0002468101214161820施工步序累计沉降量（mm）分步沉降监测值分步沉降整理值预测值导洞贯通中洞顶层衬砌侧洞支撑侧洞贯通中洞衬砌侧洞衬砌中洞管幕施工结束侧洞支撑123 采取上述控制方案，对北京地铁五号线崇文门车站穿越既有环线崇文门车站结构工程进行全过程控制，取得了较为理想的效果，目前该项工程的施工已近结束，有效地保证了既有线的安全运营。通过系统的理论研究和实践，形成了浅埋暗挖法穿越既有线结构的系统关键技术，创造了地铁暗挖施工穿越既
45、有线的模式，并且在北京地铁的施工中得到了成功的推广应用。在以下几个方面实现了技术创新:(1)建立了完整的穿越既有线的工作程序,包括5个重要环节,而且该成果对其他类似工程具有普遍的指导意义.(2)明确提出了地层及结构变位分配的原理和方法,并在既有地铁构筑物沉降控制中得到了成功的应用,给出了具体的应用方法.(3)提出了穿越既有线工程中合理厚度的概念,并且通过理论分析和现场实测及试验给出了不同条件下合理厚度值的确定方法.(4)采用了先进的监测系统,及时实现了信息反馈,为穿越既有线结构工程的施工监测创造了一种模式.(5)系统分析了注浆抬升既有线结构的原理,给出了相应的注浆参数和施工工艺,实现了过程控制,并在崇文门地铁车站的施工中得到了成功的应用.(6)分别针对下穿、上穿和侧穿既有线结构的特点，形成了相应的技术要点，从而创造了穿越既有线结构的成套技术。(7)建立了既有建(构)筑物现状评估和相应控制标准的确定方法,即分3个步骤将结构物现状与控制标准相联系.
