复杂环境条件上跨下穿同一既有地铁隧道的变形控制分析及施工方案优化

首都机场线东直门站C区下穿并上跨北京地铁13号线东直门站站后折返线,该工程东、西两端和西北角各有一个紧邻基坑,其中西北角基坑为北京市目前最深的基坑,深达28 m。以上所述的施工都可能会引起折返线结构的剧烈变形,且折返线隧道结构在施工范围内有两条变形缝,变形缝是折

第27卷 增1

岩石力学与工程学报 Vol.27 Supp.1

2008年6月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering June，2008

复杂环境条件上跨下穿同一既有地铁隧道的变形

控制分析及施工方案优化

沈良帅，贺少辉

(北京交通大学 隧道及地下工程教育部工程研究中心，北京 100044)

摘要：首都机场线东直门站C区下穿并上跨北京地铁13号线东直门站站后折返线，该工程东、西两端和西北角各有一个紧邻基坑，其中西北角基坑为北京市目前最深的基坑，深达28 m。以上所述的施工都可能会引起折返线结构的剧烈变形，且折返线隧道结构在施工范围内有两条变形缝，变形缝是折返线结构最薄弱的部位，变形缝两侧结构差异变形过大会使折返线轨道悬空变形乃至折裂，严重威胁折返线的正常运营，如此复杂的施工环境给控制折返线结构变形控制带来很大的困难。国内外鲜有类似工程可供参考，为确保施工过程对折返线结构的影响在可控范围内，运用FLAC3D非线性大变形分析软件对该工程进行施工过程数值模拟分析和方案优化，提出采用上垮基坑分层开挖和下穿暗挖结构施工分步交替施工，用基坑卸载引起的隆起量抵消部分暗挖施工引起的沉降的方案，并把沉降缝处的结构差异沉降控制在1.1 mm内，为设计、施工提供依据。 关键词：地铁工程；数值模拟；既有线；变形缝；沉降控制；施工方案优化

中图分类号：U 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2008)增1–2893–08

SUBSIDENCE CONTROLLING AND CONSTRUCTION SCHEME OPTIMIZATION OF CUTTING ACROSS AND UNDERPASSING AN EXISTING METRO TUNNEL UNDER COMPLEX ENVIRONMENTAL

CONDITIONS

SHEN Liangshuai，HE Shaohui

(Tunneling and Underground Engineering Research Center of Ministry of Education，Beijing Jiaotong University，

Beijing 100044，China)

Abstract：The Dongzhimen metro station of Beijing Capital Airport line cuts across and underpasses the existing tunnel of subway line 13. This station has two storeys. The upper storey cuts across the existing line 13 subway tunnel，and is built by open-cut method. The least distance between the upper storey and the existing tunnel is only 0.33 m. The bottom storey underpasses the existing tunnel very closely，and is driven by so-called “drift- pile-beam” method. Around this construction area，there are three adjacent foundation pits in the east，west and northwest directions. Among them，the northwest foundation pit of 28 m in depth is the deepest pit in Beijing. All the constructions may induce excessive deformations. Moreover，the underpassed segment of the existing tunnel has two deformation joints which are the most unsubstantial parts of the existing tunnel.The existing line besides each deformation joint may move in the inverse direction，which can make the rails divorced from roadbed. Therefore，differential subsidence control of these two deformation joints and deformation control of retaining

收稿日期：2006–11–01；修回日期：2006–12–19

作者简介：沈良帅(1983–)，男，硕士，2007年毕业于北京交通大学隧道工程专业，主要从事地下工程方面的研究工作。E-mail：allorlove@

首都机场线东直门站C区下穿并上跨北京地铁13号线东直门站站后折返线,该工程东、西两端和西北角各有一个紧邻基坑,其中西北角基坑为北京市目前最深的基坑,深达28 m。以上所述的施工都可能会引起折返线结构的剧烈变形,且折返线隧道结构在施工范围内有两条变形缝,变形缝是折

2894 岩石力学与工程学报 2008年

walls of these three pits are of great importance during this station construction，but there are few similar examples to be consulted. In order to guarantee normal operation of subway line 13 and foundation pits safety，construction sequences of this station is systematically simulated by using computer program FLAC3D(fast Lagrangian analysis of continua in 3D). The authors put forward an optimized construction scheme that the upper base pit and bottom storey are excavated alternately. In this way，the hunch caused by the upper pit excavation counteracts the subsidence caused by the bottom storey excavation. The numerical simulation results can be provided as the basis for design and construction of this station.

Key words：tunnelling engineering；numerical simulation；existing tunnel；deformation joint；subsidence control；optimization of construction schemes

1 引 言

地铁建设中，人们最关心的是地铁隧道施工对城市环境的影响，即对既有临近城市地下管线、既有地铁线路、房屋基础及道路交通等设施正常使用的影响，因此，准确预测施工引起的地层和地上地下结构的变形及其影响对设计和施工安全都是十分重要的[1]。目前，国内外对隧道下穿既有线的研究较多，但是对于上跨既有线的基坑开挖对既有线影响研究较少，同时下穿和上跨既有线修建地下建筑物的工程更是罕见。本文就首都机场线东直门站C区穿越既有地铁隧道的施工过程进行动态数值模拟，进行既有地铁隧道的变形控制分析及施工方案优化。

2 工程概况

2.1 工程环境

首都国际机场线东直门站位于东二环路东侧，东直门外大街北侧，东西走向。车站C区下穿并上跨地铁13号线东直门站站后折返线。该折返线隧道从地铁13号线东直门车站主体向南引出，在东直门外大街道路下为暗挖单层双联拱断面，13号线车站主体和暗挖隧道之间为明挖单层单跨箱形结构。13号线东直门站底板厚1.8 m；折返线明挖段长14 m，宽12.3 m，高7.75 m，底板厚1 m，顶板厚0.85 m，侧墙厚0.9 m；折返线暗挖段宽12.05 m，高7.52 m，初支、二衬厚均为0.3 m，中墙厚0.5 m。折返线明挖段和暗挖段模筑混凝土强度等级均为C30，暗挖段初衬喷射混凝土强度等级为C20。折返线隧道结构横断面如图1所示。

C区下穿折返线暗挖结构为单层单跨矩形框架结构，其中顶板厚

1.2 m，底板厚1.3 m，侧墙厚

(a) 折返线明挖段结构

(b) 折返线暗挖段结构

图1 折返线结构横断面图(单位：mm) Fig.1 Cross sections of the reverse line structure

(unit：mm)

1.1 m，跨度为10.4 m。上跨折返线明挖结构为单层双跨距形框架结构，其结构断面如图

2所示。

(a) 上跨折返线明挖段结构

(b) 下穿折返线暗挖段结构

图2 机场线东直门站C区结构断面图(单位：mm) Fig.2 Cross-sections of Dongzhimen metro station structure

in part C of the airport line(unit：mm)

首都机场线东直门站C区下穿并上跨北京地铁13号线东直门站站后折返线,该工程东、西两端和西北角各有一个紧邻基坑,其中西北角基坑为北京市目前最深的基坑,深达28 m。以上所述的施工都可能会引起折返线结构的剧烈变形,且折返线隧道结构在施工范围内有两条变形缝,变形缝是折

第27卷 增1 沈良帅，等. 复杂环境条件上跨下穿同一既有地铁隧道的变形控制分析及施工方案优化 2895

折返线明挖隧道结构与车站主体和折返线暗挖隧道连接处各设置一道变形缝(根据平面关系下称左缝、右缝)。该工程的平面位置关系如图3所示。

图3 机场线东直门站C区穿越折返线平面图 Fig.3 Plan view of part C crossing reverse line in

Dongzhimen metro station of the airport line

如图4所示，上跨基坑坑底与折返线顶板最小间距仅0.33 m，上跨基坑开挖会引起折返线结构向上隆起，危害折返线结构安全[1]。下穿折返线的暗挖结构施工导洞顶部初支密贴折返线底板。下穿暗挖结构施工会引起折返线沉降变形。该工程东北角深基坑是目前北京市最深的基坑，深达28 m，距离折返线很近，该基坑的存在使工程环境更加复杂。在施工范围内折返线有两道变形缝，对沉降和变形非常敏感，是折返线结构薄弱的部位。控制折返线的变形确保其正常运营是该工程成败的关键之一。根据北京市轨道交通建设管理有限公司(下称“建管公司”)颁发的《工程建设环境安全技术管理体系(试行)》规定，C区下穿折返线段为特级环境安全风险源。建管公司确定的折返线结构变形控制标准是：允许隆起值为10 mm，允许沉降值为20 mm，

图4 机场线东直门站C区穿越折返线剖面图 Fig.4 Cross section of part C crossing reverse line in

Dongzhimen metro station of the airport line

允许差异沉降值为5 mm，允许变形速率为1.5 mm/d。

2.2 工程地质及水文地质条件

如图4所示，下穿折返线的暗挖结构顶板位于粉土层，底板位于卵石层和中粗砂层中，侧墙自上而下依次穿越黏土、粉土、粉细砂、中粗砂以及卵石层。各土层物理力学性质如表1所示。

表1 土层物理力学性质

Table 1 Physico-mechanical parameters of strata

岩土名称

厚度

密度 黏聚力 内摩擦角 泊松比弹性模量/m/(g·cm－3

)c/kPa /(°) μ E/MPa 杂填土 9.041.92 25 11 0.36 3.2 粉土填土7.522.06 0 32 0.23 24.7 粉细砂 4.631.97 32 26 0.31 7.7 中粗砂 6.602.02 0 30 0.23 27.2 粉质黏土5.702.03 39 16 0.31 9.0 卵石

10.30

2.07 0 33 0.20 33.9

本场区内存在3层地下水：第一层为潜水，水位标高为26.31～26.65 m，水位埋深为14.40～14.80 m；第二层为承压水，该层水已不具有承压性，水头标高为17.13～17.50 m，水头埋深为23.10～ 23.90 m；第三层为承压水，水头标高为12.00～12.57 m，水头埋深为27.90～28.60 m。下穿折返线暗挖结构底板位于第三层承压水水头以上。结构抗浮水位为31.5 m。C区施工前将地下水位降低到结构底板0.5 m以下，所以本文不考虑降水施工的影响，仅考虑开挖引起的影响。 2.3 设计的施工方案

下穿折返线暗挖结构采用了洞桩托换施工方案，该方案先通过桩–梁体系支撑起折返线结构，然后进行结构暗挖施工，从而有效保证折返线的安全。整体施工顺序为：D区基坑开挖→C区穿越既有线施工→B区基坑开挖，在平面图上看从左到右施工，其中风险最大的是C区穿越既有线区的施工。设计的施工方案中下穿折返线的暗挖结构主要施工步骤如表2所示。

3 数值模拟分析

3.1 建模情况

建模范围考虑到尺寸效应引起的计算误差，计

首都机场线东直门站C区下穿并上跨北京地铁13号线东直门站站后折返线,该工程东、西两端和西北角各有一个紧邻基坑,其中西北角基坑为北京市目前最深的基坑,深达28 m。以上所述的施工都可能会引起折返线结构的剧烈变形,且折返线隧道结构在施工范围内有两条变形缝,变形缝是折

2896 岩石力学与工程学报 2008年

表2 穿越折返线暗挖部分主要施工步骤 Table 2 Main construction procedures of the subsurface

excavation crossing the reverse line

步骤

图例

备注

变形缝

挖除折返线上方土体1

折返线明挖段

至折返线顶板上方折返线暗挖段

1.5 m处

密贴上方折返线结构，依次从左到右开

千斤顶

挖3个小导洞，同时2

注浆加固外侧土体。在3个小导洞内施作人工挖孔桩和托梁，

托梁顶放置千斤顶，顶紧折返线结构

3

对称开挖支护4号洞室

分段拆除导洞中隔

千斤顶

4

壁，施作顶板结构；顶板上架设千斤顶，顶住折返线结构

向下开挖暗挖部分土体，边开挖边凿除中

5

间桩撑，注浆加固两侧土体，施作网喷支护；开挖至基底后，

施作底板和侧墙

折返线底板和结构顶

6

板之间以及桩和结构侧墙之间砌砖注浆回填

7

施作折返线上方明挖结构和C区基坑回填

算边界取：左右边界距结构外边缘为3倍下穿折返线结构宽度，下边界为1.5倍下穿折返线结构高，上边界到地表。确定模型左右宽60 m，下边界至底板以下16.00 m；整个模型高43.25 m，宽120 m，长75 m(包括C区32 m和B区部分基坑17 m、D

区部分基坑26 m)，模型共73 830个单元，77 494个节点。

采用FLAC3D计算软件动态模拟整个施工过程，对计算模型作如下说明：

(1) 土体材料采用莫尔–库仑准则、大应变变形模型计算；混凝土结构用弹性材料模拟[2]。

(2) 假定地表和各土层均匀水平分布，各层间分隔面保持水平和平行。

(3) 开挖步长为1 m，掌子面前方超前小导管预加固采用提高地层参数的30%的方式模拟[3]。(4) 围岩和二衬采用八节点六面体单元模拟，暗挖初衬采用壳体单元模拟；人工挖孔桩采用桩单元模拟[4]；基坑横支撑、千斤顶用梁单元模拟；变形缝采用接触面单元模拟[5]，梁单元和桩单元计算参数如表3所示。

表3 梁单元和桩单元计算参数[4]

Table 3 Calculation parameters of beams and pile elements[4]

弹性模

单元类型 量 泊松密度 比－

模拟对象

E/GPaμρ/(kg·m3)

梁(直径D = 0.15 m)200 0.207 850 基坑横支撑、千斤顶桩(直径D = 0.8 m) 28 0.252 400 中导洞内挖孔桩 桩(直径D = 1.2 m)

28

0.25

2 400

1，3号导洞内施作的挖

孔桩

(5) 地层和材料的应力应变均在弹塑性范围内变化，地应力场由重力自动生成。

(6) 因建模困难，将折返线结构暗挖段马蹄形双联拱断面简化为单层箱型结构，与折返线明挖段统一。模拟变形缝的接触单元计算参数见表4。

表4 接触面单元计算参数[5]

Table 4 Calculation parameters of the interface[5]

部位 法向刚度

切向刚度

黏聚力内摩擦角 /(GPa·m－

1)

/(GPa·m－

1)

c/kPa

/(°)

左缝 0.4 0.4 200 30 右缝

0.5 0.4 200 30

接触面单元切向刚度和法向刚度计算方法[6]，其中接触面法向表面刚度可表示为：

K=max K+4/3G

i (1)

Zmin

式中：K为单元压缩变形模量，G为单元压缩变形模量，Zmin为接触面法向方向单元最小尺寸[6]。

首都机场线东直门站C区下穿并上跨北京地铁13号线东直门站站后折返线,该工程东、西两端和西北角各有一个紧邻基坑,其中西北角基坑为北京市目前最深的基坑,深达28 m。以上所述的施工都可能会引起折返线结构的剧烈变形,且折返线隧道结构在施工范围内有两条变形缝,变形缝是折

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图5为数值模拟的整体模型图；图6为地铁车站、折返线、上跨明挖结构、下穿结构位置关系图。

图5 整体模型图

Fig.5 The complete calculation model

图6 地铁车站结构、折返线结构、上跨明挖结构及下穿暗

挖结构位置关系图

Fig.6 Relationship between locations of metro station，

reverse line，upper crossing open-cut structure and lower subsurface excavation structure

3.2 施工过程数值模拟方案

C区穿越既有线施工有3种备选开挖方案： (1) 方案一：先开挖折返线上跨明挖基坑，再进行折返线下方暗挖结构施工。其中暗挖结构施工按照表2所示的步骤进行。

(2) 方案二： 先完成折返线下方暗挖部分施工，再进行上方明挖基坑施工。其中暗挖结构施工按照表2所示的步骤进行。

(3) 方案三：为了主动控制由于施工引起的对周围环境的影响，调整折返线上方基坑土体的分层 开挖量，使上部基坑开挖和下穿暗挖施工分步交替进行。用基坑开挖引起的折返线隆起变形来“抵消”折返线下方施工引起的折返线沉降；调整小导洞开挖顺序。

经过不同施工顺序的模拟分析，最终确定一条合理的施工路径。具体的施工步骤如表5所示。

表5 方案三施工步骤图

Table 5 Construction procedures of the third scheme

步

骤图例

备注

1

分层开挖支护D基坑，每层开挖5 m

密贴折返线结构，依次从左到右

2

开挖三个小导洞，同时注浆加固外侧土体。挖除折返线上方C区

基坑2 m厚土体

在三个小导洞内施作人工挖孔桩3

和托梁，托梁顶放置千斤顶，顶紧折返线结构

对称开挖支护4号洞室。同时开

4

挖折返线上方C区基坑2 m厚土体

分段拆除导洞中隔壁，施作暗挖

5

结构顶板；在顶板上架设千斤顶，顶紧折返线结构

向下开挖暗挖部分土体，边开挖

6

边凿除中间桩撑，注浆加固两侧土体，施作网喷支护；开挖至基底后，施作底板和侧墙

折返线底板和下穿暗挖结构顶板

7

之间以及桩和暗挖结构侧墙之间砌砖注浆回填。同时挖除折返线上方基坑内土体至基坑底面标高

8

施作折返线上方明挖结构和C区基坑回填

9

分层开挖支护B基坑，每层开挖5 m

首都机场线东直门站C区下穿并上跨北京地铁13号线东直门站站后折返线,该工程东、西两端和西北角各有一个紧邻基坑,其中西北角基坑为北京市目前最深的基坑,深达28 m。以上所述的施工都可能会引起折返线结构的剧烈变形,且折返线隧道结构在施工范围内有两条变形缝,变形缝是折

2898 岩石力学与工程学报 2008年

3.3 模拟结果分析

3.3.1 不同方案开挖效果比较

(1) 方案一：折返线上方基坑开挖完毕后，由开挖引起的土层卸载作用使得折返线结构向上隆起，最大隆起处位于右侧变形缝处，隆起值达9.5 mm，接近建管公司确定的最大允许隆起值，两个变形缝处出现明显的错动，其中右侧变形缝两侧最大差异沉降值为1.5 mm，左侧变形缝两侧最大差异沉降值为1.1 mm。基坑施工结束后再进行下方暗挖结构施工，折返线最终表现为一定的沉降，最大沉降值为4.1 mm，位于右侧变形缝处。

图7所示为采用方案一施工，折返线上方基坑先开挖至基底标高后引起的折返线挠曲线和暗挖施工结束后折返线的挠曲线图。图中：x坐标表示以C区下穿折返线暗挖段结构中心点为原点，折返线结构底板纵剖面上各点到原点的水平距离；y坐标表示折返线底板纵剖面上各点的垂直方向位移；虚线位置为两道变形缝位置，下同。

折返线上方基坑开挖 折返线距暗挖段结构中心点水平距离

/m 图7 方案一：上方基坑开挖至基坑底面标高、下穿暗挖施

工完毕后折返线的挠曲线图

Fig.7 Scheme 1：vertical displacement curves of the reverse

line after the excavation of the upper pit reaches to the bottom and then lower subsurface construction is finished

从图7可以看出，折返线先隆起后沉降，变形幅度最大达13.6 mm。

(2) 方案二：折返线下方暗挖施工后，折返线产生剧烈下沉，右侧变形缝处最大沉降值达13.5 mm，两道变形缝处均产生差异沉降，其中右侧变形缝处最大差异沉降值达2.5 mm，暗挖结束后进行折返线上跨基坑开挖。土层开挖引起的卸载作用又会使折返线结构产生一定隆起。折返线最终最大沉降值为3.8 mm，最大沉降位于右侧变形缝处，右侧沉降缝两侧最大差异沉降值为0.95 mm。图8所示为采用方案二施工，先进行暗挖施工结束后折返线的挠曲线和折返线上方基坑开挖后引起的折返线挠曲

折返线距暗挖段结构中心点水平距离/m

图8 方案二：下穿暗挖施工完毕、上方基坑开挖至基底

标高后折返线的挠曲线图

Fig.8 Scheme 2：Vertical displacement curves of the reverse

line after lower subsurface excavation is finished and then the upper pit excavation reaches to the bottom

线图。

从图8可以看出，折返线先剧烈下沉，后回弹隆起。此时易发生千斤顶与折返线结构脱离的现象，增加了控制折返线变形的难度。

(3) 方案三：各阶段施工折返线竖向位移如图9所示，采用该方案能够主动调整折返线的变形，折返线结构不会发生隆起与下沉的交替变化，千斤顶一直处于受压状态，避免了千斤顶与折返线结构脱离的现象，最大沉降位于右侧变形缝处，沉降值为8.7 mm，沉降缝两侧最大差异沉降值为0.8 mm，折返线最大沉降值和最大差异沉降处均位于右侧变形缝处。

折返线距暗挖段结构中心点水平距离

/m

D基坑开挖至基坑底面标高 上部基坑开挖至基坑底面标高

，2，3导洞开挖完毕 明挖结构施做及上部基坑回填完毕

图9 方案三：各施工阶段折返线的挠曲线图 Fig.9 Scheme 3：vertical displacement curves of the reverse

line of each construction stage

从模拟结果来看，3种方案均能满足建管公司提出的变形控制要求。第1种方案折返线先隆起后沉降，变形幅度较大，且施工过程中变形缝先后经历两次不同方向的错动，会严重影响折返线结构的安全性。第2种方案折返线先剧烈下沉，后回弹隆起，在施工过程中折返线隆起会使千斤顶与折返线结构脱离，影响千斤顶的工作状态。采用方案三可以避免以上两种方案中的问题，是3种备选方案中

首都机场线东直门站C区下穿并上跨北京地铁13号线东直门站站后折返线,该工程东、西两端和西北角各有一个紧邻基坑,其中西北角基坑为北京市目前最深的基坑,深达28 m。以上所述的施工都可能会引起折返线结构的剧烈变形,且折返线隧道结构在施工范围内有两条变形缝,变形缝是折

第27卷 增1 沈良帅，等. 复杂环境条件上跨下穿同一既有地铁隧道的变形控制分析及施工方案优化 2899

的最优方案。

3.3.2 东北角深基坑及D区基坑开挖对折返线变形的影响分析

按照施工顺序，D区基坑先开挖到设计标高，施作结构至折返线底板位置，再进行小导洞的开挖。东北角深基坑在本段工程施工前已经存在，把该深基坑作为既有结构来考虑。由于D区基坑距折返线较近，D区基坑开挖后，基坑底部附近土层内形成一个很大的卸载区，使得基底及周围土层发生一定的隆起，也使得折返线向上隆起。

由图10可知，由于变形缝存在，在变形缝处出现差异变形，折返线挠曲线出现错动。随着远离变形缝，其隆起量逐渐减小。靠近城铁站一侧的结构变形比折返线暗挖结构一侧的变形小。折返线最大隆起位置在右侧变形缝处，最大隆起值为1.6 mm。

向

竖m

折返线据暗挖段结构中心点水平距离

/m

图10 D基坑开挖至基底标高后折返线的挠曲线图 Fig.10 Vertical displacement curves of the reverse line

while the pit D excavation reaches to the bottom

3.3.3 小导洞开挖对折返线的影响

折返线下方小导洞的开挖将引起折返线结构沉降。第一个导洞开挖后折返线最大沉降位置在1号导洞上方即左侧变形缝处。第三个小导洞开挖完毕后，折返线最大沉降位置在3号导洞上方的右侧变形缝处，折返线累计最大沉降量为5.6 mm，占总体沉降值的65%，变形缝两侧最大差异沉降值为1.1 mm，也出现在右侧变形缝处。

从图11分析可以得出，依次开挖1～3号导洞，不可避免的使折返线明挖段结构产生旋转。如先对称开挖1，3号导洞，再开挖中间2号导洞可减小变形缝之间折返线结构的旋转。 3.3.4 各施工阶段沉降量控制

从表6中可知，施工过程中各施工阶段折返线最大沉降量以及整个施工过程中累计最大沉降值为8.6 mm。引起沉降较大的施工步序是1～3号导洞

折返线距暗挖段结构中点水平距离

/m

1号导洞开挖后折返线挠曲线

号导洞开挖后折返线挠曲线 3号导洞开挖后折返线挠曲线

图11 1～3号导洞开挖后折返线的挠曲线图 Fig.11 Vertical displacement curves of the existing tunnel

after excavation of pilot drifts No.1，2 and 3

表6 各施工阶段折返线最大沉降量及分布 Table 6 Greatest settlements of the existing tunnel in

excavation steps

施工本阶段沉降增累计沉降量

阶段

量/mm

/mm 最大变形位置

1 1.30

1.3 明挖段结构右端(右缝处) 2 －6.90 －5.6 同上 3

－0.08 －6.4 同上 4 －0.20 －6.6 同上 5 －0.50 －7.1 同上 6

－0.70

－7.8

同上 7 0.60 －7.2 同上 8 －0.70 －7.9 同上 9

－0.70

－8.6

同上

开挖和暗挖结构范围内的土方开挖。小导洞开挖后，采用上跨基坑分层卸土和暗挖施工同时进行，用基坑开挖引起的折返线隆起变形来“抵消”折返线下方小导洞开挖引起的折返线沉降，使得最终沉 降值较小，仅为8.6 mm。整个施工过程总体上使既有线变形始终成沉降趋势，避免了折返线结构变形处在隆起和下沉之间波动，避免变形缝来回错动，也使得千斤顶始终保持顶紧折返线结构的工作状态。如表7所示，变形缝两边最大差异沉降值分别为：左缝0.6 mm右缝0.1 mm，两道变形缝之间最大结构差异沉降值为2.21 mm，均在建管公司规定的结构变形控制范围之内。在施工过程中，右侧变形缝处的折返线沉降值和变形缝两侧结构的差异沉降值均大于左侧沉降缝处的值。

首都机场线东直门站C区下穿并上跨北京地铁13号线东直门站站后折返线,该工程东、西两端和西北角各有一个紧邻基坑,其中西北角基坑为北京市目前最深的基坑,深达28 m。以上所述的施工都可能会引起折返线结构的剧烈变形,且折返线隧道结构在施工范围内有两条变形缝,变形缝是折

2900 岩石力学与工程学报 2008年

表7 折返线变形缝处差异沉降及两变形缝之间结构差异

沉降

Table 7 Differential settlements at deformation joints

and between two joints of the reverse line

施工 左缝两侧结构差异右缝两侧结构差异两道变形缝之间结构差阶段 沉降值/mm 沉降值/mm 异沉降值/mm 1 0.06 0.24 0.31 2 0.38 0.40 2.61 3 0.58 0.75 1.89 4 0.59 0.78 0.70 5 0.69 0.86 0.83 6 0.71 0.96 0.70 7 0.76 0.90 0.88 8 0.85 0.95 1.98 9 0.85

1.10

2.21

4 工程实施

首都机场线东直门站工程目前还在施工中，D基坑已经开挖完毕，C区穿越折返线基本按照本文模拟的方案三进行施工，根据最新的监测结果，折返线的变形基本保持在本文模拟的变形范围之内。

5 结 论

(1) 通过调整折返线上方基坑土体的分层开挖量，使上部基坑开挖和下穿暗挖施工分步交替进行。用折返线上方基坑开挖引起的折返线隆起变形来“抵消”折返线暗挖施工引起的折返线沉降，把基坑开挖引起基底隆起的不利影响变成减少沉降的有力工具，从而实现主动地控制结构变形。

(2) 小导洞开挖是影响折返线变形的最大的施工步骤。这部分的施工是控制折返线变形的关键步

骤之一。

(3) 对小导洞开挖顺序进行优化，先同时对称开挖两侧的小导洞，再开挖中间小导洞，可以减少折返线明挖结构的扭转变形。

(4) 施工中应加强折返线结构的监控量测，并根据监测情况动态调整折返线结构上方土体的开挖量。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ekn1.html