常海亮

（陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西渭南 714000）

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

某市地鐵1號(hào)線在K8+686.730～K8+780.528段下穿既有高速鐵路橋，斜交角為16°17′，位置關(guān)系見圖1、圖2，地鐵隧道全部位于圓礫層，隧道采用盾構(gòu)法施工，管片外徑6.2 m，厚350 mm，既有高速鐵路橋梁為普通混凝土T型梁，橋基礎(chǔ)采用4.5x10m擴(kuò)大基礎(chǔ)，擴(kuò)大基礎(chǔ)底部與區(qū)間頂最小凈距為3.3～4 m。

圖1 既有高速鐵路橋與區(qū)間盾構(gòu)隧道平面關(guān)系圖

2.2 控制標(biāo)準(zhǔn)

按照《鐵路線路修理規(guī)則》（鐵運(yùn)【2006】146號(hào)）的要求，結(jié)合對(duì)國(guó)內(nèi)類似工程控制標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)查，軌距、水平、高低、軌向動(dòng)態(tài)容許偏差管理值按照線路設(shè)計(jì)速度對(duì)應(yīng)的Ⅰ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)控制，由于該高速鐵路列車運(yùn)行時(shí)速最高為160 km/h，故靜態(tài)幾何尺寸容許偏差管理值按照線路設(shè)計(jì)速度160 km/h≥Vmax＞120 km/h對(duì)應(yīng)的經(jīng)常保養(yǎng)值控制，因此既有高速鐵路鐵路橋沉降值最大不超過6 mm。

圖2 既有高速鐵路橋與區(qū)間盾構(gòu)隧道剖面位置關(guān)系圖

2 計(jì)算模型的建立

2.1 建立模型

本工程采用 FLAC3D進(jìn)行計(jì)算分析，根據(jù)需要，在滿足隧道影響范圍要求的基礎(chǔ)上，盡量減少模型單元數(shù)可以節(jié)約計(jì)算時(shí)間，考慮到區(qū)間盾構(gòu)隧道直徑D為6.2m，隧道中心埋深約11.44m，兩區(qū)間隧道中線距離為12.0m，故計(jì)算模型寬度選取75m，長(zhǎng)度選取45m，深度選取為38.0m，計(jì)算時(shí)土體材料選擇彈塑性模型，修正摩爾-庫(kù)倫破壞準(zhǔn)則，地層壓力按自重應(yīng)力考慮，由軟件根據(jù)地層容重自動(dòng)計(jì)算，數(shù)值模型及單元?jiǎng)澐秩鐖D3所示。

圖3 數(shù)值模型圖

2.2 荷載邊界條件的確定

考慮到橋墩上支撐有橋梁上部梁結(jié)構(gòu)，數(shù)值模擬計(jì)算時(shí)考慮上部結(jié)構(gòu)的豎向荷載，計(jì)算模型視為橋梁對(duì)橋墩施加均布荷載，通過計(jì)算左右橋墩承受均布荷載為67.48KN/m2，中間橋墩承受均布荷載為134.95 KN/m2，根據(jù)實(shí)際情況，模型頂部為地表，設(shè)為自由邊界[3][4]，左右邊界條件視為鏈桿支座，下邊邊界條件視為鉸支座。

2.3 物理力學(xué)參數(shù)的選取

計(jì)算中采用的圍巖地層參數(shù)，如表1所示。

表1 地基土物理力學(xué)參數(shù)

構(gòu)筑物及隧道參數(shù)表如表2所示。

表2 構(gòu)筑物材料參數(shù)匯總表

2.4 施工步驟模擬

數(shù)值模型中左右線施工步續(xù)為：左線先行施工，由于盾構(gòu)管片實(shí)際寬度為1.2m，因此模擬盾構(gòu)開挖時(shí)，盾構(gòu)隧道按每開挖1.2m推進(jìn)。在實(shí)際施工過程中，左右線施工時(shí)間間隔一般為1個(gè)月，亦即左、右線掌子面間距約150m～250m左右，但在實(shí)際模擬時(shí)選取如此大的模型不僅使得計(jì)算耗時(shí)，也是不現(xiàn)實(shí)的，通過前期試算及對(duì)比參考類似計(jì)算模型，在數(shù)值模擬計(jì)算時(shí)，右線在左線開挖完畢后開挖，其相隔45m，與實(shí)際情況接近，誤差在工程許可范圍內(nèi)，因此模型中選取45m作為左右線施工間隔距離，即待左線開挖完畢后，右線開始開挖，直至雙線開挖完畢。

3 計(jì)算結(jié)果分析

通過本次模擬計(jì)算，得出隧道在整個(gè)下穿過程中最大沉降出現(xiàn)在右線末尾頂部，沉降值為22.94mm。計(jì)算結(jié)果云圖如圖4所示：

圖4 整體沉降計(jì)算結(jié)果云圖

對(duì)于既有高速鐵路橋墩頂面而言，本次下穿施工過程會(huì)導(dǎo)致中間3#、4#橋墩沉降最大，沉降值為11mm，而左右1#、2#、5#、6#橋墩沉降值均為3mm。計(jì)算結(jié)果云圖如圖5所示：

圖5 既有高速鐵路橋墩地面沉降計(jì)算云圖

為方便數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，每5施工步時(shí)取各橋墩及橋墩基礎(chǔ)的沉降值，并將各階段沉降值匯總得出各橋墩的沉降曲線圖如圖6。

圖6 各橋墩及基礎(chǔ)雖施工推進(jìn)沉降曲線圖

（1）區(qū)間盾構(gòu)左線施工至1#、2#和3#、4#墩影響范圍內(nèi)時(shí)，導(dǎo)致1#、2#和3#、4#墩的沉降變形急劇增大，盾構(gòu)施工過影響范圍后，沉降變形逐漸平穩(wěn)；而且區(qū)間盾構(gòu)施工對(duì)3#、4#墩的影響要大于1#、2#墩；左線施工對(duì)5#、6#墩的影響很小；區(qū)間盾構(gòu)右線施工至3#、4#墩和5#、6#墩影響范圍內(nèi)時(shí)，導(dǎo)致3#、4#和5#、6#墩的沉降變形急劇增大，而且對(duì)3#、4#墩的影響明顯比5#、6#墩要大；在右線隧道施工至盾構(gòu)影響范圍后，橋墩的沉降變形又趨于穩(wěn)定。

（2）1#、2#墩主要受區(qū)間左線施工的影響比較大，受右線的施工影響比較??；5#、6#墩主要受右線施工的影響比較大，受左線的施工影響比較??；由于3#、4#墩受區(qū)間盾構(gòu)左線和右線的雙重影響，而且影響程度比較大，因此，導(dǎo)致最終3#、4#墩的沉降變形也是最大的。最終1#、2#墩和5#、6#墩的沉降變形約為3mm，3#、4#墩的沉降變形約為11mm。

（3）1#、2#墩的基礎(chǔ)為1#基礎(chǔ)，3#、4#墩的基礎(chǔ)為2#基礎(chǔ)，5#、6#墩的基礎(chǔ)為3#基礎(chǔ)，從結(jié)果分析也能看出來，各橋墩對(duì)應(yīng)的沉降變形與基礎(chǔ)關(guān)鍵點(diǎn)的沉降變形基本一致。

（4）從計(jì)算結(jié)果云圖中可以看出，區(qū)間隧道施工過程中，橋墩基礎(chǔ)產(chǎn)生了一定的不均勻沉降，中間部位的橋墩沉降值約11mm。

4 施工對(duì)策[5-8]

為保證隧道區(qū)間下穿段的施工質(zhì)量，將其對(duì)既有高速鐵路橋結(jié)構(gòu)的影響降到最小，在施工過程中要注意以下事項(xiàng)：

（1）隨時(shí)調(diào)整盾構(gòu)施工參數(shù)，減少盾構(gòu)的超挖和欠挖，以改善盾構(gòu)前方土體的坍落或擠密現(xiàn)象，降低地基土橫向變形施加構(gòu)建筑物基礎(chǔ)上的橫向力；盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)，建立土壓平衡，平穩(wěn)、勻速推進(jìn)，過風(fēng)險(xiǎn)源段嚴(yán)格控制推進(jìn)速度和出土量。

（2）盾構(gòu)連續(xù)推進(jìn)，避免在穿越風(fēng)險(xiǎn)工程過程中停機(jī)檢修或更換刀具，確保在下穿區(qū)域前后不少于10環(huán)管片范圍內(nèi)不停機(jī)。

（3）在區(qū)間盾構(gòu)隧道側(cè)穿橋梁樁基前后各不小于20 m范圍內(nèi)，采用注漿環(huán)管片，在盾構(gòu)中線以上180°范圍2.5 m深土體進(jìn)行注漿加固，并注意注漿的壓力及注漿量，控制地層變形，減少隧道盾構(gòu)施工對(duì)橋梁的影響。

（4）加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，加密監(jiān)測(cè)點(diǎn)，特別是3#、4#橋墩的監(jiān)測(cè)，如發(fā)生較大變形，應(yīng)及時(shí)反饋設(shè)計(jì)、施工單位及建（構(gòu)）筑物單位，及時(shí)采取措施，確保鐵路運(yùn)營(yíng)安全。

（5）在盾構(gòu)穿越既有高速鐵路橋前，選取50～100 m作為試驗(yàn)段模擬施工，通過事先計(jì)算分析，檢測(cè)擬定的盾構(gòu)推進(jìn)主動(dòng)技術(shù)保護(hù)措施的實(shí)際效果，總結(jié)盾構(gòu)先期施工經(jīng)驗(yàn)，指導(dǎo)臨近段的施工。

5 結(jié)論

（1）以地鐵隧道下穿既有高速鐵路橋?yàn)楸尘?，結(jié)合相關(guān)資料，確定了本項(xiàng)目的沉降控制標(biāo)準(zhǔn)。

（2）采用FLAC3D軟件進(jìn)行了數(shù)值模擬，預(yù)測(cè)了隧道施工過程與橋梁橋墩的沉降之間的關(guān)系，通過分析，得到了3#4#橋墩沉降變形最大，達(dá)到了11 mm，超過了6 mm的控制值。

（3）針對(duì)模擬模擬結(jié)果，提出了施工對(duì)策，在盾構(gòu)施工參數(shù)、二次注漿及施工連續(xù)性上提出了建議，確保隧道施工時(shí)對(duì)既有高速鐵路橋沉降的是有效控制。