摘要：文章針對(duì)新建地鐵暗挖區(qū)間下穿既有鐵路框構(gòu)橋的施工過程，采用三維有限元模型進(jìn)行了模擬計(jì)算。模型中考慮了雙線區(qū)間施工影響及管棚初期支護(hù)的作用。通過模擬計(jì)算表明，下穿施工不會(huì)影響鐵路框構(gòu)橋的正常使用。

關(guān)鍵詞：地鐵；暗挖區(qū)間；下穿施工；鐵路框構(gòu)橋；數(shù)值模擬 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：U231 文章編號(hào)：1009-2374（2015）23-0117-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.23.060

1 概述

隨著城市的發(fā)展，地面交通的擁堵問題成為制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)瓶頸。作為地下交通代表的地鐵對(duì)于公共交通的重要性也因此逐漸凸顯。

歐美及日本等發(fā)達(dá)國家地鐵建設(shè)較早，在20世紀(jì)70～80年代就已開始了地鐵隧道施工對(duì)于周邊環(huán)境、建筑影響的研究。我國的地鐵建設(shè)在20世紀(jì)90年代末期逐漸起步，近幾年隨著地鐵網(wǎng)絡(luò)的形成，新建地鐵區(qū)間的施工對(duì)周邊環(huán)境、建筑物的影響越來越顯著，如何減輕施工造成的地面沉降、建筑物基礎(chǔ)變形等不良影響成為亟待解決的研究課題。

哈爾濱西客站地鐵聯(lián)絡(luò)線工程的汽車齒輪廠站～哈爾濱西客站站區(qū)間線路需要近距離下穿一個(gè)正常使用中的鐵路框構(gòu)橋，為保證鐵路正常運(yùn)營及地鐵區(qū)間的施工安全，下穿段區(qū)間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用了“大管棚+小導(dǎo)管”的超前支護(hù)方案，并對(duì)該方案進(jìn)行了數(shù)值模擬。

2 工程概況

本段地鐵區(qū)間位于哈爾濱市南崗區(qū)，起自汽車齒輪廠站，沿齒輪路向東南方向敷設(shè)，下穿既有鐵路框構(gòu)橋及框構(gòu)橋“U”型槽段，沿線構(gòu)筑物較少。

鐵路框構(gòu)橋其上設(shè)置兩條線路，兩條專用線和長濱鐵路上下行正線，其中長濱鐵路為電氣化鐵路，有碴道床，設(shè)計(jì)時(shí)速200km/h，線間距8.12m，兩線高差0.6m?？驑?gòu)橋全長110m，凈跨19.5m、凈高7.6m，分三部分：兩端分別長31.8m和40.31m，現(xiàn)澆施工；中間段長37.89m，采用頂管法施工；中間部分兩端設(shè)變形縫。橋頂板距鐵路軌頂最小凈距為1.97m。鐵路框構(gòu)橋現(xiàn)狀見圖1。

區(qū)間下穿鐵路框構(gòu)橋段采用礦山法施工，左右線均為單洞單線馬蹄形斷面，寬度為6.24m，高度為6.47m，左右線路中線間距約為17m。區(qū)間平面設(shè)置單曲線，曲線半徑為350m；區(qū)間豎曲線為單面坡，坡度為約2%；區(qū)間與框構(gòu)橋凈距最小約為0.8m。

3 工程安全風(fēng)險(xiǎn)控制

3.1 控制標(biāo)準(zhǔn)

區(qū)間下穿鐵路施工時(shí)，隧道開挖會(huì)引起鐵路路基一定的豎向變形。為保證列車運(yùn)營安全，根據(jù)《鐵路線路修理規(guī)則》（鐵運(yùn)[2006]146號(hào)）中Ⅲ級(jí)臨時(shí)補(bǔ)修標(biāo)準(zhǔn)所對(duì)應(yīng)的變形要求制定變形控制指標(biāo)，對(duì)施工過程進(jìn)行控制。

根據(jù)表1規(guī)定，當(dāng)路基靜態(tài)沉降小于8mm時(shí)，通過臨時(shí)補(bǔ)修，能夠保證列車正常運(yùn)營。

3.2 工程措施

區(qū)間下穿鐵路框構(gòu)橋段采用“大管棚+小導(dǎo)管”進(jìn)行超前支護(hù)，在超前支護(hù)的保護(hù)下進(jìn)行隧道開挖，以確保全過程的施工安全和框構(gòu)橋、運(yùn)營鐵路線正常使用。

區(qū)間隧道采用臺(tái)階法開挖施工，施工中嚴(yán)格遵照“管超前，嚴(yán)注漿，短開挖，強(qiáng)支護(hù)，勤量測，早封閉”的原則進(jìn)行施工和管理，循環(huán)進(jìn)尺長度為0.5m。

4 下穿施工模擬計(jì)算

4.1 計(jì)算模型

采用MIDAS-GTS計(jì)算軟件，針對(duì)在鐵路線路正常運(yùn)營的情況，對(duì)區(qū)間下穿施工過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，以研究施工過程對(duì)框構(gòu)橋結(jié)構(gòu)以及鐵路線路的影響。

根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，區(qū)間開挖施工的影響范圍為3倍隧道寬度范圍以內(nèi)。因此確定計(jì)算模型邊界至區(qū)間隧道的距離應(yīng)大于3倍隧道寬度。

區(qū)間寬約6.24m，左右線路中線間距約17m。計(jì)算模型沿區(qū)間線路方向長130m，垂直于線路方向水平寬137m，豎直方向高48m，如圖5。采用四面體單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格，共劃分14255個(gè)節(jié)點(diǎn)和94273個(gè)單元，如圖6。

其中土體采用摩爾庫倫理想彈塑性本構(gòu)模型，實(shí)體單元。從上至下土體劃分為5層，材料參數(shù)按照地質(zhì)資料選取。

框構(gòu)橋結(jié)構(gòu)采用線彈性本構(gòu)模型、實(shí)體單元，材料參數(shù)按照C35混凝土材料參數(shù)選取。

區(qū)間初期支護(hù)采用線彈性本構(gòu)模型、板單元模擬。初支材料為C25混凝土，考慮施工影響，對(duì)其剛度進(jìn)行一定的折減。管棚采用線彈性本構(gòu)模型、梁單元模擬，材料參數(shù)按照鋼材選取，考慮施工搭接，對(duì)其剛度進(jìn)行一定的折減。

4.2 荷載及邊界條件

施加在計(jì)算模型上的荷載有重力荷載、鐵路軌道荷載以及列車荷載。

計(jì)算模型中的六個(gè)邊界面，除地面為自由邊界條件外，其他五個(gè)邊界面均施加法向位移約束。

4.3 模擬計(jì)算

施工過程模擬方法如下：（1）激活管棚單元模擬施作管棚超前支護(hù)；（2）鈍化土體單元模擬開挖過程；（3）激活初支單元模擬施作初期支護(hù)。至此為一個(gè)完整的施工開挖步驟；（4）每個(gè)施工步驟為沿線路方向開挖1.5m，當(dāng)左線開挖15m后進(jìn)行右線開挖。整個(gè)計(jì)算過程，劃分為97個(gè)施工步驟。

4.4 計(jì)算結(jié)果分析

經(jīng)過模擬計(jì)算，雙線區(qū)間完成后，整體計(jì)算模型豎向位移云圖如圖7所示。模型中最大沉降值約為7.6mm，最大隆起值約為3.4mm。

圖8顯示雙線區(qū)間完成后，地表最大沉降值約為4.5mm，滿足地表沉降限值8mm的要求。

根據(jù)圖9中計(jì)算結(jié)果顯示鐵路軌道沉降最大值約為1.3mm，滿足鐵路正常運(yùn)營要求。

根據(jù)圖10、圖11結(jié)果顯示，管棚最大彎矩約為0.05kN·m，區(qū)間初支最大位移變形量約為7.6mm，根據(jù)計(jì)算均滿足強(qiáng)度要求。

5 結(jié)語

（1）模擬計(jì)算表明，采取“大管棚+小導(dǎo)管”的超前支護(hù)措施，區(qū)間下穿施工對(duì)鐵路框構(gòu)橋結(jié)構(gòu)以及鐵路正常運(yùn)營的影響滿足控制標(biāo)準(zhǔn)的要求；（2）模擬計(jì)算中考慮到了區(qū)間左右線先后施工的影響，但并未考慮臺(tái)階法開挖以及地層注漿加固的影響。模擬計(jì)算有待于進(jìn)一步完善，在工程實(shí)際施工中還應(yīng)加強(qiáng)數(shù)據(jù)監(jiān)測。

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作者簡介：何福渤（1984-），男，天津港航工程有限公司工程師，研究方向：市政工程施工。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）endprint