談地鐵盾構(gòu)隧道側(cè)穿高鐵橋梁影響
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【摘要】：文章針對天津地鐵某區(qū)間下穿京津城際延長線及京秦高鐵存在的難點和風(fēng)險，采用MidasGTS有限元軟件對復(fù)雜地層和橋樁基礎(chǔ)相互影響狀況進行了數(shù)值模擬分析。結(jié)果表明，橋梁樁基與承臺產(chǎn)生不同程度沉降，橋樁產(chǎn)生了水平變形，但量值較小，滿足相關(guān)規(guī)范的要求。
【關(guān)鍵詞】：地鐵；隧道；高鐵；橋梁；地表沉降；盾構(gòu)
近年來城市軌道交通發(fā)展迅速，地鐵線路穿越高鐵橋梁的情況頻繁出現(xiàn)，盾構(gòu)隧道穿越高鐵橋梁勢必會對高鐵運營產(chǎn)生一定影響[1～2]。盾構(gòu)下穿鐵路引起鐵路變形，導(dǎo)致線路不平順，道床不均勻沉降；因此應(yīng)嚴(yán)格控制盾構(gòu)施工對高速鐵路產(chǎn)生的變形[3～4]。諸多學(xué)者[5～7]對地鐵盾構(gòu)隧道下穿高鐵橋梁已有部分研究并取得了一定的成果，但對近距離穿越高鐵橋梁樁基的研究還較少。
1工程概況
天津某地鐵區(qū)間為雙洞單線隧道，區(qū)間依次下穿京山鐵路路基段、津秦客專及京津城際延伸線高架橋。盾構(gòu)區(qū)間側(cè)穿高架橋樁基，左線與橋樁基最小水平凈距約5.99m，右線與橋樁基最小水平凈距約2.90m。京山鐵路為普速有砟道床鐵路，基礎(chǔ)為路基結(jié)構(gòu)，路基高度約地面上1.45m，盾構(gòu)區(qū)間結(jié)構(gòu)頂距離路基面約17.1m；秦客專及京津城際延伸線為高速鐵路，為預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁，橋跨24m，單個承臺下8～11根直徑1m樁基，樁長60m。因此本工程的難點是盾構(gòu)法下穿橋梁結(jié)構(gòu)是否滿足鐵路的運營要求，評估盾構(gòu)下穿高鐵的安全性。
2模型建立
采用有限元軟件MidasGTS模擬盾構(gòu)施工。模型橫向、縱向均為100m，豎向70m，隧道外徑6.2m，埋深為17m。模型底部固定約束，四周法向約束，頂面為自由邊界。見圖1。盾構(gòu)隧道管片采用殼單元模擬，樁基采用梁單元模擬，橋梁承臺、圍巖采用實體單元模擬，各地層參數(shù)見表1。
3位移場分析
1）承臺位移見圖2。由圖2可以看出：隧道左側(cè)橋梁承臺位移主要為豎向沉降，在左右線隧道施工完成后達到最大，豎向位移最大值位于鄰近隧道側(cè)，為0.47mm，水平位移最大值為-0.40mm；隧道中間橋梁承臺位移主要為豎向沉降，在左右線隧道施工完成后達到最大，豎向位移最大值位于鄰近隧道側(cè)，為0.67mm，水平位移最大值為0.13mm。2）樁體位移見圖3。由圖3可以看出：在盾構(gòu)到達前，由于土倉壓力作用，盾構(gòu)對線路前方土體呈現(xiàn)一定的擠壓趨勢，一般情況下該趨勢在一定程度上導(dǎo)致樁體彎曲變形，但影響量較小；因土體受壓，在一定程度上側(cè)摩阻力有增大的趨勢，對樁體豎向受力（側(cè)摩阻力及樁端阻力）基本沒有影響；盾構(gòu)到達時，由于土體開挖，樁周土體應(yīng)力釋放，松弛后，導(dǎo)致樁體產(chǎn)生位移變形；由于管片的變形和注漿壓力的影響，樁體兩側(cè)受力不均，樁身體現(xiàn)為水平向遠(yuǎn)隧道方向移動。因此，在盾構(gòu)施工過程中要控制樁身位移及變形，土倉內(nèi)壓力、掘進速度及出土速度的控制尤為關(guān)鍵。3）路基變形分析。沿京山鐵路軌道方向，提取4個施工步中的路基沉降變形數(shù)值：左線通過京山鐵路；右線通過京山鐵路；左線貫通；右線貫通。見圖4。由圖4可以看出：當(dāng)盾構(gòu)左線通過京山鐵路后，左線正上方的路基沉降變形最大，約為3.1mm；當(dāng)盾構(gòu)右線通過京山鐵路后，右線上方的路基沉降變形漸漸增大；左右線貫通后，隨著土層應(yīng)力的重分布，路基變形趨于穩(wěn)定，最大變形處位于左右線中心處。
4結(jié)論
1）地鐵盾構(gòu)施工對既有高鐵橋梁會產(chǎn)生一定的影響，但承臺、樁體的變形均在安全控制要求范圍內(nèi)。2）三維數(shù)值分析能夠較好反映結(jié)構(gòu)開挖對既有結(jié)構(gòu)體位移、變形的影響，其計算結(jié)果能夠與實際工程經(jīng)驗更好吻合，但由于有限元模型及土體本構(gòu)關(guān)系的特點，計算值及影響范圍可能會與實際值有一定差異。3）為確保施工安全，應(yīng)采取一定的預(yù)處理及應(yīng)急措施，以控制隧道施工對既有橋梁的影響。
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作者：周慧超 單位：中國鐵路設(shè)計集團有限公司
