地铁盾构隧道下穿沪宁城际铁路的影响分析

追勘测勺没计　辅　地铁盾构隧道下穿沪宁城际铁路的影响分析　陈　靖　（中铁第四勘察设计院集团有限公司城地院武汉４３００６３）　【摘要】盾构隧道近距离下穿既有高速铁路将造成轨道的不均匀沉降，从而引起轨道变形，影响列车正　常运行，甚至造成运营事故。鉴于此，文章以南京市轨道交通３号线下穿沪宁城际铁路为依托，采用数值　分析方法对双管并行盾构隧道近距离下穿既有高速铁路引起的地表位移规律及其控制技术进行了研究。　在交叉段采用ＣＦＧ桩、钻孔灌注桩和混凝土筏板的联合加固方案可以有效控制铁路轨道沉降。双线隧道　贯通后铁路轨道纵向最大沉降２．１２ｒａｍ，远小于１０ｍｍ的保护要求。先建隧道衬砌变形较后建隧道的稍　大，　而内力相应则小些，且均处于合理范围。隧道核心土开挖和衬砌施作使桩产生沉降和背离隧道的侧　移，但量值均很小可忽略。　【关键词】盾构隧道近接施工　下穿高速铁路平行隧道　南京站～新庄站盾构区间下穿沪宁城际铁路，一旦　１引　言　目前，修建地铁隧道的方法主要有明挖法、浅　埋暗挖法（矿山法）和盾构法　。盾构法以其安全性　高、施工速度快、防水性能好等诸多优势，成为了城　地铁隧道施工引起铁路轨道过大沉降和变形将影　响列车正常运行、造成运营事故。　为保护沪宁铁路的运营安全，参考国内外已建　类似工程对其轨道变形规定了严格的控制标准要　求，如道床及结构沉降值最大不超过１０ｍｍ；水平方　市地铁修建的首选功法　。　由于城市中建筑林立、管线密集，在采用盾构　法修建地铁时，与重要建筑物近接施工的情况常常　会出现　。盾构隧道近距离下穿既有铁路就是很典　型的案例，在盾构推进过程中所产生的地表沉降或　向相邻两根钢轨高程差不大于４ｍｍ；相邻两根轨道　轨距变化范围＋６～一２ｍｍ：１０ｍ弦长轨面高程差　不大于４ｍｍｌ５　］。　地铁三号线晚于沪宁城际施工，沪宁城际铁路　已采用以下方案加固处理：南京轨道交通３号线以　隆起，造成轨道沉降。而高速铁路行车密度高、速　度快，一旦地铁隧道施工引起轨道过大沉降和变形　将影响列车正常运行，甚至造成运营事故　。　本文以南京市轨道交通３号线下穿沪宁城际　铁路为依托，采用数值模拟方法对双管并行盾构隧　盾构区间下穿沪宁城际铁路路基，地铁与沪宁城际　斜交（ＤＫ１＋ｌ９４），两线路角度约４２。。三号线隧　道轨面标高约．４．５３２ｍ，隧道埋深约１３ｍ。该交叉　段采用ＣＦＧ桩（桩径５００ｍｍ，桩长７ｍ／１８ｍ，桩间距　１．８ｍ，正方形布置，ＣＦＧ桩与地铁净距均大于ｌｍ，　道近距离下穿既有高速铁路引起的地表位移规律　及其控制技术进行了研究。　三号线地铁结构底标高高于ＣＦＧ桩底标高不小于　３ｍ。）＋钻孔灌注桩（桩径１０００ｍｍ，桩长２１．５ｍ，３排　布置，桩间距３ｍ）＋混凝土筏板（长×宽×厚：５３．５ｍ　２工程概况　沪宁城Ｉ　３５０ｋｍ／ｈ，且　×２４ｍ×１．８ｍ）的联合加固方案。加固段各建（构）　筑物的位置关系如图ｌ与图２所示。　３０１ｋｍ，最高时速可达　南京市轨道交通三号线　ＬＷＡＹ　ＳＵＲＶＥＹ　ＡＮＤ　ＤＥＳＩＧＮ　２０１　１（２）　■盟铁漕勘　地铁盾构隧道下穿沪宁城际铁路的影响分析陈靖　令　锵　３数值模型与参数选取　本次数值计算采用有限元计算软件ＡＮＳＹＳ进　行分析。　盾构隧道管片衬砌外径Ｄ＝６．２ｍ，计算模型左　右边界分别距相应侧隧道外侧约３Ｄ，一１ｃ边界距隧　道外侧约４Ｄ，上边界取实际埋深。整个计算模型　尺寸为６５．５ｍ×４１。３ｍ。　计算的力学模型简化为平面应变模型。采用　４节点平面单元模拟土体和混凝土垫板，梁单元模　拟管片衬砌和加固桩，其中土体的本构模型采用弹　…雕嚷　糠　誓　培｜｜ｊ。二ｎ　ｌＩ砧＿Ｉ　互曩　塑性Ｄ—Ｐ模型。　利用ＡＮＳＹＳ的单元“生死”功能模拟开挖土体　和施作衬砌，同时考虑施工中的应力释放，先施工　请　ｌ＿＿证　左线再施工右线。有限元模型采用的材料物理力　学参数如下表１～２所示。有限元模型单元划分　图２加固段的立面关系　及边界条件如图３～４所示。　表１岩土力学参数表　ｉ　Ｉ！　ｉ　图３计算模型图　图４加固桩与隧道位置关系　铁道勘测与设计ＲＡＩＬＷＡＹ　ＳＵＲＶＥＹ　ＡＮＤ　ＤＥＳＩＧＮ　．￣０１１（２）皿　遐勘测与设计　ｌ厍　¨０５２Ｏ　４计算结果分析　４．１铁路路基的纵向变形分析　．…、ｌ２　５　０ｎ１ｊＩ，ｌ　？Ｋ一０３　ｆ１２¨（）６　００　４　５　９　ｌ｝１　６‘）ｌ＇　０Ｏ０４６６　ｒ儿０４２　ｎ　１　２　，４　沪宁城际铁路路基设置在钢筋混凝土垫板上，　轨道沉降可近似用钢筋混凝土垫板顶部的纵向沉　降（以下简称垫板沉降）反映。隧道左右洞分别贯　通时垫板沉降曲线如图５所示。　（ａ）左洞　（ｂ）右洞　图６隧道贯通时衬砌变形（单位：ｍ）　—－　、、　—●——嗲　（ａ）左洞　（ｂ）右洞　图７隧道贯通时衬砌弯矩（单位：Ｎ・ｍ）　图５钢筋混凝土垫板顶部纵向沉降曲线　地铁隧道左洞贯通时，垫板最大沉降１．７６ｍｍ，　产生于左洞洞顶正上方。最左侧灌注桩以外部分　垫板略有隆起，隆起值０．０９ｍｍ。而由于左洞右侧　土体受到的扰动较小，加之加固桩的阻断作用，上　方垫板的沉降曲线相比左侧要缓和，离开左洞一定　（ａ）左洞　（ｂ）右洞　图８隧道贯通时衬砌轴力（单位：Ｎ）　双向隧道贯通后，由于土体开挖造成的应力释　放，衬砌拱顶和拱底均受压产生向洞内侧的变形，　衬砌呈“横鸭蛋”形。最大变形０．１２ｍｍ位于左洞拱　底，如图６所示。这一点很容易从隧道施工过程围　距离外的变形已趋于均匀，可视为刚体变形。整个　沉降曲线呈“Ｖ”型。　右洞也贯通后，垫板沉降基本呈左右对称状，　最大沉降分别位于两洞洞项上方，且右洞顶处的要　稍大些，为２．１２ｍｍ。由于两洞中心距较大，各自对　垫板产生的沉降曲线叠加后呈“ｗ”型分布。　根据计算结果显示，地铁三号线与沪宁城际交　叉段在钻孔灌注桩和ＣＦＧ桩加固处理后，三号线　岩与结构的受力情况得出：左线隧道先行贯通后，　随着右洞的开挖，左洞洞周围岩应力进一步调整释　放，位移也随之发展。　盾构隧道施工引起的地表最大沉降均发生在隧顶　上方，阀板最大变形量为２．１２ｍｍ，远小于轨道沉降　１０ｍｍ保护要求。同时，在开挖面影响范围内，最大　轨面高差为１．９８ｍｍ（０．００８％），小于０．４‰的要求。　‘｝．ｚ　Ｆ妇　ｌ量　与上述变形相适应，衬砌所受弯矩和轴力如图７、　图８所示。右洞衬砌弯矩值（．１１４．３１～１０３．９０ＫＮ・　ｍ）比左洞衬砌弯矩值（一１０７．３８～９７．３４ＫＮ・ｍ）稍大　一些，约６．５％；右洞衬砌轴力（３２１．８４～１００．７６ＫＮ）也　比左洞衬砌（３ｏ０．９６～１００．７６　ＫＮ）大了约６．９％。　４＿３加固桩的变形与内力分析　由于地｛　对其　施工过程中ｆ　钻孔桩和ＣＦＧ桩的变形和内力如图９～ｌ１所示。　＿囡铁道勤　，　盘－　地铁盾构隧道下穿沪宁城际铁路的影响分析陈靖　●－　令　令　●‘■＿■Ｈ　ｕｙ　加固桩上半部分受盾构施工的影响小，仅衬砌　●●　，月　拱顶上方ＣＦＧ桩中产生较小弯矩（小于８　ＫＮ・　；，ｍ）。桩底部分由于受到土的侧向挤压，产生弯矩值　　，，●●ｈＰ》●Ｉｌ●　ｌ１　　交大，最大值位于右线隧道外侧灌注桩下部，为　２０．６９　ＫＮ・ｍ，而左侧相应桩的弯矩为１８．１４　ＫＮ　　‘－■■●－ｒｌ・ｍ，两者相比右侧弯矩要比左侧大１４％左右。　。●●　％ｆ　桩的最大轴力９０．４３　ＫＮ产生于左右线隧道中　●　间位置处的灌注桩，而ＣＦＧ桩的最大轴力则产生　■Ｉ【＝　图９加固桩的变形（单位：ｍ）　垂蠢罐鬻　碧搬鞭　瓣　囊　于两隧道拱底上方的桩中，为７６．１８　ＫＮ。　５结论　（１）双线隧道贯通后，沪宁城际铁路轨道纵向　最大沉降２．１２ｍｍ，小于１０ｍｍ的保护要求。同时，　在开挖面影响范围内，最大轨面高差为１．９８ｍｍ　（０．００８％），也远小于０．４０／０ｏ的要求。盾构掘进过程　不会对上方铁路产生不利影响。　图１０加固桩的弯矩（单位：Ｎ・ｍ）　（２）由于应力释放，施工完成后左线隧道衬砌　变形比右线稍大，相应的其内力较右线要小。　（３）隧道核心土的开挖使衬砌上方桩发生沉　降。而施作管片对隧道两侧土体的挤压，则使得桩　底部发生背离隧道的侧移。这些位移量值均很小　可以忽略不计。　参考文献　图ｌ１　加固桩的轴力（单位：Ｎ）　［１】刘建航，候学渊．盾构法隧道【Ｍ］．北京：中国铁道出　版社，１９９１．　［２】Ｋ０ＹＡＭＡ　Ｙ　Ｐｒｅｓｅｎｔ　ｓｔａｔｕｓ　ａｎｄ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｓｈｉｅｌｄ　数值计算结果显示，由于隧道核心土的开挖，　拱底上方ＣＦＧ桩产生沉降，而施工过程中对衬砌　两侧土体的挤压作用则使桩产生背离隧道的侧移。　距离隧道的位置越近，产生的变形也越明显。不过　加固桩在双线隧道贯通后的变形量非常小，最大也　ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｎ　Ｊａｐａｎ［ＪＪ．Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ　ａｎｄ　Ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　Ｓｐａｃｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００３．１　８（２—３）：１４５～ｌ　５９．　［３］姜景山，陈浩，张洪威．崇文门车站下穿地铁既有线　施工变形控制措施【Ｊ】．铁道标准设计，２００５，（１０）：８５Ｉ８８．　［４］雷永生．西安地铁二号线下穿城墙及钟楼保护措施　研究［Ｊ］．岩土力学，２０１０，３１（１）：２２３—２２８．　仅为０．００２ｍｍ，完全可以认为桩没有产生变形。　收稿日期：２０１ｌ一１．２４　铁道勘测与设计ＲＡＩＬＷＡＹ　ＳＵＲＶＥＹ　ＡＮＤ　ＤＥＳＩＧＮ　１０１１（２）一