0引言
2013年1月18日，广州地铁某线DK18+619～DK18+772隧道区间约153m范围内监测到异常沉降。经调查表明，该区域上方地表正在进行土石方施工，擅自将大量弃运土方堆积在运营地铁隧道上方（见图1）。监测结果显示，隧道结构各监测点均出现了不同程度的下沉，其中上行（右线）隧道累计沉降量为-16.20mm，于YDK18+706.19处；下行（左线）隧道累计沉降量为-20.40mm，于ZDK18+650.425处。为保证地铁运营安全，对隧道正上方及结构线外围20m保护范围内的堆土第一时间进行了清除，并及时跟进监测卸土后地铁隧道结构的变形情况。
1运营风险分析
地铁运营隧道地表异常堆土，本质上是隧道结构上方竖向荷载的增加，荷载的变化伴随受力、变形等结构响应，这些响应会在一定程度上影响隧道的使用功能，从而对地铁的运营造成风险。主要体现在以下几个方面：1）隧道结构承载力不足，导致结构破坏；裂缝过大导致不能满足正常使用要求；2）管片纵向螺栓强度、环缝张开量等不满足要求；3）隧道结构横向变形过大造成倾陷；4）隧道结构纵向变形过大导致轨道无法调整至线路纵断面标高；5）隧道结构与道床纵向变形不协调，导致隧道与道床出现脱离。针对以上可能存在的风险，本文采用隧道结构断面验算、纵向三维数值分析、跟踪监测、现场调查等多种手段对风险进行评估，从而为运营管理提供决策参考。
2隧道结构横向断面验算
隧道结构断面验算采用同济曙光有限元软件，按最不利的水土分算模式分别计算最高水位和最低水位。计算模型为梁弹簧模型，模型按三环ABA错缝拼装考虑，如图2、图3所示。结构断面验算以承载能力及裂缝验算为主，即根据现有管片的配筋量反算是否能够满足异常堆土荷载工况，配筋验算时管片结构按轴压构件考虑。同时可验算纵向螺栓强度、管片环缝张开量。通过对各工况计算结果的综合，断面堆土后拱顶最大弯矩设计值为244.02kN•m，计算配筋面积1244mm2。现状的管片配筋情况为：上部配筋8E16+4E14（配筋面积2224mm2），下部配筋3E18+5E16+8E14（配筋面积3000mm2）。实际配筋大于计算配筋，堆土后，管片结构仍处于安全状态。可通过反算法推算配筋的安全存量，当最大弯矩设计值达到291kN•m时，上部配筋面积2290mm2近似等于实际配筋量2224mm2，大于计算配筋。此时，安全存量为291/244.02=1.19，即在堆土后，实际配筋安全存量为1.19。经计算复核，剪力、纵向螺栓强度、环缝张开量均满足要求。由于隧道的横向变形较小，隧道与建筑限界有100mm的设计余量，故堆土造成的横向变形不会造成侵限问题。
3隧道结构纵向变形分析
隧道上方地表堆土造成异常沉降事故发生后，建立了三维模型动态分析堆卸土对隧道纵向变形的影响，并结合后续的跟踪监测，对比分析纵向变形是否超出控制值。三维数值模拟应用FLAC3D岩土与结构有限元分析软件，分析模型堆土分为两步，每次堆土2m，卸土分为两步，每次卸去2m（见图4）。采用地层－结构模型，地层采用实体单元模拟（本构关系采用摩尔－库仑模型），地铁隧道结构采用壳单元模拟（见图5）。计算结果如图6、图7所示。从图中可知，下行隧道最大竖向位移为-40mm，卸土后恢复到-17mm；上行隧道最大竖向位移为-37mm，卸土后恢复到-15mm。经计算可知，经卸土后，隧道结构仍然存在15mm左右的残余变形。根据卸土后的跟进监测情况，截止2013年5月17日，上行（右线）隧道各监测点均能回弹2～8mm，最大累计沉降量从-16.20mm减少为-9.83mm；下行（左线）隧道各监测点均能回弹4～9mm，最大累计沉降量从-20.40mm减少为-14.64mm。从竖向变形绝对值来看，各测点变形值已经小于隧道竖向变形控制值15mm。但考虑到各测点沉降量不同，拟用隧道变形曲率半径来描述不均匀沉降。隧道变形曲率半径根据不同的3个监测点，采用mathematica计算软件拟出。根据计算，上下行隧道隧道变形曲率半径最小值均发生在卸土初期，上行（右线）隧道为48393m，下行（左线）隧道为118253m，均大于控制值15000m，安全。从数值模拟和跟踪监测结果来看，沉降绝对值有一定差异，但变形趋势基本一致。考虑到后续仍存在变形恢复，需在一段时间内维持隧道沉降、水平收敛变形监测，监测点按原有设置，各项目监测频率降低为1次/季；当最后100d的变形速率小于0.01～0.04mm/d时，可认为己进入稳定阶段，此时可以只进行地铁运营常规监测，监测频率为2次/年。
4隧道结构与道床脱空分析
由于地铁隧道整体道床为素混凝土，道床二次浇筑在隧道结构上，浇注面仅凿毛处理，未进行锚固，道床与隧道结构易脱开。隧道上方地表经过堆土卸土后，隧道结构与道床纵向变形会出现不协调，导致隧道与道床出现脱空。经过现场调查，发现水沟缝、道床缝脱开约2mm（见图8）。为保证道床的正常工作和运营安全，需对道床与隧道结构的脱离部位进行灌浆加固。浆液采用经过进一步加工处理的CGM－4型早强、高强无收缩超流态灌浆料。灌浆后，通过现场取芯，证明浆液填充饱满，加固效果良好，保证了道床在列车运营状态下的安全稳定。
5结语
地铁在长期的运营过程中，地表可能会出现异常堆土现象或其他超载形式，造成地铁隧道异常沉降，从而存在运营风险。出现异常沉降后，首先通过隧道断面验算，复核结构强度、变形等项目的安全性；然后通过数值模拟、跟踪监测的方式分析隧道的变形趋势，根据变形稳定情况逐步减少监测频率；最后通过现场调查和灌浆加固，处理经济类重要期刊隧道与整体道床之间的脱空。通过以上措施，对各类风险逐步进行分析和处理，达到了较好的效果。
作者：黄烨 单位：广东珠三角城际轨道交通有限公司
