陈湘生-跨地铁运营隧道地下空间工程关键技术创新与实践.pdf

跨地铁运营隧道地下空间 工程关键技术创新与实践 ——与城市空间发展协同的地铁建设技术之一 陈湘生 博士 深圳市地铁集团有限公司 2017年3月 主要内容 一、问题的提出 二、技术路径 三、技术和方法 四、工程实例 五、结论与建议 一、问题的提出 地铁给人们带来交通方便的同时 ， 因地铁运营安全保护条例 ，其周边土 地开发成本极高、安全风险也非常大。 尤其是在满足现行技术规范要求前提 下进行跨地铁运营隧道地下空间利用 ， 几乎不可能。地铁线路不但割裂了土 地利用 ，也占用了大量土地无法利用。 如何既确保地铁运营安全 ，又使这些 珍贵土地得到高效利用 ，已经成为我 国地铁工程技术界的重大技术难题。 一、问题的提出 桂湾片区地铁保护区面积 一、问题的提出 前湾片区地铁保护区面积 一、问题的提出 妈湾片区地铁保护区面积 一、问题的提出 前海三个片区内地铁线路安保区占有土地面积占开发地块总面 积9.3% （隧道外侧3米控制线 ）和72% （80米保护区 ） （前海片区地铁安全保护范围为80米。隧道外侧3米限制区 ） 一、问题的提出 显然 ，如果这些土地能得到高效利用 ，效益非常显著。 目前 ，还鲜有类似工程实践。尤其是在前海这类复杂地 层中 ，进行跨地铁运营隧道地下空间利用就更加困难。 关键是要采用可靠技术和措施 ，在地铁安全保护区内进 行土地利用建设时 ，可以确保地铁运营隧道结构的变形和位 移控制在允许范围内。 建成后的建筑物和地铁运营隧道架构变形独立和协调 ， 就可以实现全寿命周期安全。 一、问题的提出 由于地层富水且工程地质非常复杂 ，进行地下空 间开挖卸载地层回弹 ，会连带下部隧道隆起——水的 影响 ；在隧道侧边开挖时会导致隧道偏移——水和侧 限的影响。地下空间开挖降水时对地层产生固结而沉 降 ，会导致隧道沉降——水的影响。 跨地铁运营隧道地下空间施工改变了隧道原有受 力体系 ；如不采取措施 ，新建结构建成后变形也会直 接影响地铁运营隧道结构——新/ 旧结构变形协调。 一、问题的提出 归结起来的科学和技术问题 1 ）、新老结构和地层相互作用和变形协调机理 （科学问题 ） 结构多样性、新老结构形式不同和地层扰动时序不同导 致的对新老结构约束不同而变形也不同 （时序不同、受力不 同导致的差异沉降 ）、新老结构材料力学性质存在差异、结 构的设计标准有时也不同、新老结构之间介质稳定性等因素 ， 即在施工和工后新老结构和地层相互作用和变位 （位移、变 形 ）机理。 一、问题的提出 归结起来的科学和技术问题是 2 ）、施工全过程安全控制 （技术问题 ） 核心是地下结构与地层相互作用变位协同的控制 ： ①新建结构施工全过程对地层扰动导致既有运营隧道结构的扰 动、新建结构工后沉降 （与地层和老结构相互作用 ）控制 ； ②地层二次扰动后 ，确保全寿命周期安全稳定的新、老结构和 地层变形协同控制。 二、技术路径 ①要解决这类极为困难问题需从结构之间和周边介质的物 理力学性质出发 ，再结合既有工程数据进行数值模拟获得 初步的地层位移定性趋势和判据 ； ②在设计上尽可能选择适合该地层和地铁运营隧道结构安 全的几何形状和几何尺度以及结构和材料——足够强度和 刚度抵抗地层位移、新旧建筑结构之间变形独立