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摘要：随着地铁的迅速发展，地铁下穿或上跨南水北调及市政隧道的工程也大量出现。结合北京地铁7号线东延焦化厂站～黄厂村站区间盾构隧道上跨南水北调东干渠工程，利用有限元分析软件MIDAS/ GTS进行三维模拟计算，与施工监测数据进行对比分析。通过分析得出结论：区间盾构隧道上跨南水北调东干渠的施工方案，可以控制变形量值在要求的范围内，达到安全施工的目的。
关键词：区间盾构隧道；南水北调东干渠；变形控制
1、引言
随着地铁日益发展，地铁区间盾构隧道下穿、上跨水工隧道、市政隧道以及地铁区间盾构隧道等风险工程逐渐增多。近年来，我国学者及工程设计人员针对地铁下穿或上跨南水北调工程做了很多研究，朱永全、高新强[1]以石家庄市热力隧道下穿南水北调中线干渠为工程实例，分析了位置关系、隧道施工变形等设计处理措施；王东、李兴高、张健全[2]针对南水北调总干渠暗涵下穿北京地铁1号线五棵松站，做了专项监测工作，以确保既有线的安全运营。
北京南水北调东干渠供水范围涉及北京东部及东南部地区，主要包括中心城、亦庄新城和通州新城，东干渠工程也是东部第十水厂的输水命脉，其重要性不言而喻。因此，地铁区间盾构隧道施工必须确保输水隧洞的安全和正常使用。
本文以北京地铁7号线东延段焦化厂站～黄厂村站区间（以下简称“焦～黄区间”）盾构隧道上跨南水北调东干渠输水隧洞工程为例，对地铁区间盾构隧道下穿、上跨施工此类工程产生风险进行分析。对地铁区间盾构隧道施工引起的输水隧洞水平位移、竖向位移进行数值模拟分析。
2、工程概况
焦～黄区间线路沿规划焦化厂中路向东敷设，下穿东五环路并上跨南水北调东干渠。与东干渠夹角84度。交叉区范围焦～黄区间结构顶高程为 23.40m，结构底高程为17.40m，区间盾构隧道覆土厚度6.5m左右。交叉区范围东干渠结构顶高程为11.1m，结构内底高程为5.8m，东干渠输水隧洞埋深18.8m；焦～黄区间上跨东干渠，与东干渠隧洞结构净距为 6.3m。焦～黄区间为外径6m盾构区间。
南水北调东干渠为双层衬砌结构，外层为外径6.0m内径5.4mC50预制混凝土管片，内层为外径5.4m内径4.6mC35二次模注防水混凝土结构。东干渠西侧为东五环路基段，上方为五环绿化隔离区。
3、数值分析
计算采用 MIDAS/ GTS 软件，MIDAS/GTS 是专业三维岩土有限元分析软件。有限元计算是基于土体为均质密实的假定基础上进行的。本次计算，在55m×55m×45m范围内对焦～黄区间施工进行三维建模计算，计算参数取值参考焦黄区间详堪资料。围岩土层基本可分为素填土层、粉土层、粉质粘土层、细中砂层、粘质粉土层、卵石层、粉质粘土层七层，地下水距地面以下11m左右；围岩土、开挖土均采用体单元模拟，地铁隧洞衬砌采用板单元模拟，模型的侧面和底面为位移边界，侧面限制水平移动，底部限制垂直移动，上边界为自由地表。
3.1工程地质
本工程地层条件为自然地面下至50m深度范围内地层以黏性土、粉土及砂土为主。表层主要以厚度约0.20～2.30m不等的人工堆积的杂填土及粉土素填土为主；表层土以下主要为黏性土、粉土与砂土互层地层（局部夹圆砾、卵石层）。
3.2南水北调东干渠变形控制标准
为确保南水北调东干渠的运行安全，不降低建筑物结构的正常使用性能要求，要求施工时严格控制。
3.2.1东干渠隆起/沉降值不超过5mm。
3.2.2东干渠水平位移不超过0.5mm。
3.3計算模型
本计算主要以地铁施工过程的各工序为计算步，计算荷载为各计算步内所受到的荷载。各计算步可以简化如下：
3.3.1初始地应力场。计算荷载包括各土层及已建隧洞的自重。
3.3.2隧道开挖及衬砌施工。计算荷载包括开挖卸载及衬砌自重。
3.4计算结果
根据有限元计算结果，区间施工完毕时，在地面产生的最大竖向沉降值为18mm，东干渠隧洞处产生的最大竖向变形值为2.7mm；东干渠隧洞处产生的最大横向位移为0.26mm。
4、现场施工方案及监测数据分析
4.1焦～黄区间左线
焦～黄区间盾构左线于2018年1月9日开始上穿南水北调东干渠，通过时各项监测测数据基本稳定。
4.1.1深层土体水平位移：监测数据曲线分析图可看出，埋深10米以上位置土体由于受盾构推进扰动，盾构水平中线处（埋深8米处）位移最大值3.75mm。埋深10米以下位移变化量均在0～3mm左右，位移值均在控制范围之内。
4.1.2土体分层竖向位移：埋深6米以上位置土体受盾构推进扰动，位移最大值4mm。盾构隧道以下位移变化量均在0～3mm左右，位移值均在控制范围之内。
4.2焦～黄区间右线
焦～黄区间盾构隧道右线于2018年3月5日开始上跨南水北调东干渠，通过时各项监测测数据基本稳定。
4.2.1深层土体水平位移：监测数据曲线分析图可看出，埋深10米以上位置土体由于受盾构推进扰动，盾构水平中线处（埋深8.5米处）位移最大值3.85mm。埋深10米以下位移变化量均在0～3mm左右，位移值均在控制范围之内。
4.2.2土体分层竖向位移：埋深7米以上位置土体受盾构推进扰动，位移最大值3mm。盾构隧道以下位移变化量均在0～3mm左右，位移值均在控制范围之内。
经过对盾构隧道左右线不同时间穿越风险源及不同监测点的监测数据分析，反映出在深度5～14m范围内，深层土体水平位移为1～3.75mm，为最大变形区。在南水北调东干渠范围内深层土体水平位移几乎为0mm，对南水北调东干渠范围影响很小。在南水北调东干渠范围内土体分层竖向位移1mm左右。均能满足南水北调东干渠变形控制标准变性要求。
5、结束语
经过对数值模拟计算及施工监测数据进行分析，区间隧道采用盾构法上跨南水北调东干渠时，能够保证东干渠运行安全，且不降低东干渠结构的正常使用性能要求。
1）穿越过程中盾构推进应匀速通过南水北调东干渠。
2）在监测数据中显示盾构下推进时对区间盾构隧道下方土体影响范围为1.5～2.5m，在保证区间盾构隧道安全的情况下，尽量增大区间盾构隧道与南水北调东干渠的净距。
参考文献：
[1]朱永全，高新强.穿越南水北调干渠热力隧道设计研究[J].石家庄铁道大学学报（自然科学版），2010（2）：7-11.
[2]王东，李兴高，张建全.输水暗涵下穿地铁五棵松站工程专项监测分析[J].都市快轨交通，2009，（1）：78-81.
（作者单位：中铁上海设计院集团有限公司）
关键词：区间盾构隧道；南水北调东干渠；变形控制
1、引言
随着地铁日益发展，地铁区间盾构隧道下穿、上跨水工隧道、市政隧道以及地铁区间盾构隧道等风险工程逐渐增多。近年来，我国学者及工程设计人员针对地铁下穿或上跨南水北调工程做了很多研究，朱永全、高新强[1]以石家庄市热力隧道下穿南水北调中线干渠为工程实例，分析了位置关系、隧道施工变形等设计处理措施；王东、李兴高、张健全[2]针对南水北调总干渠暗涵下穿北京地铁1号线五棵松站，做了专项监测工作，以确保既有线的安全运营。
北京南水北调东干渠供水范围涉及北京东部及东南部地区，主要包括中心城、亦庄新城和通州新城，东干渠工程也是东部第十水厂的输水命脉，其重要性不言而喻。因此，地铁区间盾构隧道施工必须确保输水隧洞的安全和正常使用。
本文以北京地铁7号线东延段焦化厂站～黄厂村站区间（以下简称“焦～黄区间”）盾构隧道上跨南水北调东干渠输水隧洞工程为例，对地铁区间盾构隧道下穿、上跨施工此类工程产生风险进行分析。对地铁区间盾构隧道施工引起的输水隧洞水平位移、竖向位移进行数值模拟分析。
2、工程概况
焦～黄区间线路沿规划焦化厂中路向东敷设，下穿东五环路并上跨南水北调东干渠。与东干渠夹角84度。交叉区范围焦～黄区间结构顶高程为 23.40m，结构底高程为17.40m，区间盾构隧道覆土厚度6.5m左右。交叉区范围东干渠结构顶高程为11.1m，结构内底高程为5.8m，东干渠输水隧洞埋深18.8m；焦～黄区间上跨东干渠，与东干渠隧洞结构净距为 6.3m。焦～黄区间为外径6m盾构区间。
南水北调东干渠为双层衬砌结构，外层为外径6.0m内径5.4mC50预制混凝土管片，内层为外径5.4m内径4.6mC35二次模注防水混凝土结构。东干渠西侧为东五环路基段，上方为五环绿化隔离区。
3、数值分析
计算采用 MIDAS/ GTS 软件，MIDAS/GTS 是专业三维岩土有限元分析软件。有限元计算是基于土体为均质密实的假定基础上进行的。本次计算，在55m×55m×45m范围内对焦～黄区间施工进行三维建模计算，计算参数取值参考焦黄区间详堪资料。围岩土层基本可分为素填土层、粉土层、粉质粘土层、细中砂层、粘质粉土层、卵石层、粉质粘土层七层，地下水距地面以下11m左右；围岩土、开挖土均采用体单元模拟，地铁隧洞衬砌采用板单元模拟，模型的侧面和底面为位移边界，侧面限制水平移动，底部限制垂直移动，上边界为自由地表。
3.1工程地质
本工程地层条件为自然地面下至50m深度范围内地层以黏性土、粉土及砂土为主。表层主要以厚度约0.20～2.30m不等的人工堆积的杂填土及粉土素填土为主；表层土以下主要为黏性土、粉土与砂土互层地层（局部夹圆砾、卵石层）。
3.2南水北调东干渠变形控制标准
为确保南水北调东干渠的运行安全，不降低建筑物结构的正常使用性能要求，要求施工时严格控制。
3.2.1东干渠隆起/沉降值不超过5mm。
3.2.2东干渠水平位移不超过0.5mm。
3.3計算模型
本计算主要以地铁施工过程的各工序为计算步，计算荷载为各计算步内所受到的荷载。各计算步可以简化如下：
3.3.1初始地应力场。计算荷载包括各土层及已建隧洞的自重。
3.3.2隧道开挖及衬砌施工。计算荷载包括开挖卸载及衬砌自重。
3.4计算结果
根据有限元计算结果，区间施工完毕时，在地面产生的最大竖向沉降值为18mm，东干渠隧洞处产生的最大竖向变形值为2.7mm；东干渠隧洞处产生的最大横向位移为0.26mm。
4、现场施工方案及监测数据分析
4.1焦～黄区间左线
焦～黄区间盾构左线于2018年1月9日开始上穿南水北调东干渠，通过时各项监测测数据基本稳定。
4.1.1深层土体水平位移：监测数据曲线分析图可看出，埋深10米以上位置土体由于受盾构推进扰动，盾构水平中线处（埋深8米处）位移最大值3.75mm。埋深10米以下位移变化量均在0～3mm左右，位移值均在控制范围之内。
4.1.2土体分层竖向位移：埋深6米以上位置土体受盾构推进扰动，位移最大值4mm。盾构隧道以下位移变化量均在0～3mm左右，位移值均在控制范围之内。
4.2焦～黄区间右线
焦～黄区间盾构隧道右线于2018年3月5日开始上跨南水北调东干渠，通过时各项监测测数据基本稳定。
4.2.1深层土体水平位移：监测数据曲线分析图可看出，埋深10米以上位置土体由于受盾构推进扰动，盾构水平中线处（埋深8.5米处）位移最大值3.85mm。埋深10米以下位移变化量均在0～3mm左右，位移值均在控制范围之内。
4.2.2土体分层竖向位移：埋深7米以上位置土体受盾构推进扰动，位移最大值3mm。盾构隧道以下位移变化量均在0～3mm左右，位移值均在控制范围之内。
经过对盾构隧道左右线不同时间穿越风险源及不同监测点的监测数据分析，反映出在深度5～14m范围内，深层土体水平位移为1～3.75mm，为最大变形区。在南水北调东干渠范围内深层土体水平位移几乎为0mm，对南水北调东干渠范围影响很小。在南水北调东干渠范围内土体分层竖向位移1mm左右。均能满足南水北调东干渠变形控制标准变性要求。
5、结束语
经过对数值模拟计算及施工监测数据进行分析，区间隧道采用盾构法上跨南水北调东干渠时，能够保证东干渠运行安全，且不降低东干渠结构的正常使用性能要求。
1）穿越过程中盾构推进应匀速通过南水北调东干渠。
2）在监测数据中显示盾构下推进时对区间盾构隧道下方土体影响范围为1.5～2.5m，在保证区间盾构隧道安全的情况下，尽量增大区间盾构隧道与南水北调东干渠的净距。
参考文献：
[1]朱永全，高新强.穿越南水北调干渠热力隧道设计研究[J].石家庄铁道大学学报（自然科学版），2010（2）：7-11.
[2]王东，李兴高，张建全.输水暗涵下穿地铁五棵松站工程专项监测分析[J].都市快轨交通，2009，（1）：78-81.
（作者单位：中铁上海设计院集团有限公司）