談地鐵盾構隧道側穿高鐵橋梁影響
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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險，采用MidasGTS有限元軟件對復雜地層和橋樁基礎相互影響狀況進行了數值模擬分析。結果表明，橋梁樁基與承臺產生不同程度沉降，橋樁產生了水平變形，但量值較小，滿足相關規(guī)范的要求。
【關鍵詞】：地鐵；隧道；高鐵；橋梁；地表沉降；盾構
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，盾構隧道穿越高鐵橋梁勢必會對高鐵運營產生一定影響[1～2]。盾構下穿鐵路引起鐵路變形，導致線路不平順，道床不均勻沉降；因此應嚴格控制盾構施工對高速鐵路產生的變形[3～4]。諸多學者[5～7]對地鐵盾構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。盾構區(qū)間側穿高架橋樁基，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，基礎為路基結構，路基高度約地面上1.45m，盾構區(qū)間結構頂距離路基面約17.1m；秦客專及京津城際延伸線為高速鐵路，為預應力混凝土簡支箱梁，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法下穿橋梁結構是否滿足鐵路的運營要求，評估盾構下穿高鐵的安全性。
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，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，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：在盾構到達前，由于土倉壓力作用，盾構對線路前方土體呈現一定的擠壓趨勢，一般情況下該趨勢在一定程度上導致樁體彎曲變形，但影響量較小；因土體受壓，在一定程度上側摩阻力有增大的趨勢，對樁體豎向受力（側摩阻力及樁端阻力）基本沒有影響；盾構到達時，由于土體開挖，樁周土體應力釋放，松弛后，導致樁體產生位移變形；由于管片的變形和注漿壓力的影響，樁體兩側受力不均，樁身體現為水平向遠隧道方向移動。因此，在盾構施工過程中要控制樁身位移及變形，土倉內壓力、掘進速度及出土速度的控制尤為關鍵。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：當盾構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；當盾構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結論
1）地鐵盾構施工對既有高鐵橋梁會產生一定的影響，但承臺、樁體的變形均在安全控制要求范圍內。2）三維數值分析能夠較好反映結構開挖對既有結構體位移、變形的影響，其計算結果能夠與實際工程經驗更好吻合，但由于有限元模型及土體本構關系的特點，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，應采取一定的預處理及應急措施，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：中國鐵路設計集團有限公司
