盾構(gòu)區(qū)間下穿既有線的影響分析

荀 亮 亮

(中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 102600)

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盾構(gòu)區(qū)間下穿既有線的影響分析

荀 亮 亮

(中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 102600)

以某項(xiàng)目某段盾構(gòu)區(qū)間下穿既有地鐵U形槽結(jié)構(gòu)為例，采用有限元分析方法，通過模擬盾構(gòu)區(qū)間下穿U形槽結(jié)構(gòu)的施工過程，研究了盾構(gòu)區(qū)間穿越過程中對(duì)地鐵U形槽結(jié)構(gòu)的影響，根據(jù)分析結(jié)果采取有效的防治措施，確保了既有線的正常運(yùn)營和新建工程的施工安全。

盾構(gòu)區(qū)間，既有線，有限元分析，U形槽結(jié)構(gòu)

近年來，隨著軌道交通建設(shè)步伐的日益加快，軌道交通線網(wǎng)越來越交錯(cuò)復(fù)雜，于是，新建地下工程臨近既有結(jié)構(gòu)以及新建地下工程穿越既有結(jié)構(gòu)成為了越來越普遍的現(xiàn)象?？刂菩陆ǖ叵鹿こ檀┰郊扔薪Y(jié)構(gòu)時(shí)所引起的變形，確保既有結(jié)構(gòu)的正常運(yùn)營和新建工程的施工安全是軌道交通建設(shè)中的重、難點(diǎn)。

本文以某項(xiàng)目某段盾構(gòu)區(qū)間下穿既有地鐵U形槽結(jié)構(gòu)為例，采用有限元分析方法，通過模擬盾構(gòu)區(qū)間下穿U形槽結(jié)構(gòu)的施工過程，研究盾構(gòu)區(qū)間穿越過程中對(duì)地鐵U形槽結(jié)構(gòu)的影響。

1 工程概況

1.1 區(qū)間概況

區(qū)間采用盾構(gòu)法施工，結(jié)構(gòu)覆土厚度9.6 m～12.5 m，結(jié)構(gòu)內(nèi)徑7.9 m，外徑8.8 m，管片厚度0.45 m，盾構(gòu)管片采用錯(cuò)峰拼裝，管片分為7塊(1塊封頂塊，2塊鄰接塊，4塊標(biāo)準(zhǔn)塊)，環(huán)寬1.5 m。

盾構(gòu)區(qū)間斷面如圖1所示。

1.2 地質(zhì)概況

本工程沿線通過地區(qū)的第四紀(jì)覆蓋層厚度一般在50 m～100 m，局部地區(qū)覆蓋層厚度小于50 m。本工程地形由南向北逐漸升高，自然地面標(biāo)高為37.66 m～46.65 m。表層為人工填土層，其下為新近沉積的粉土、粉質(zhì)黏土、砂土地層，往下為第四紀(jì)全新世沖洪積的黏性土、粉土與砂土互層，再下為第四紀(jì)晚更新世沖洪積的以粗粒的圓礫卵石土夾砂土層為主，圓礫卵石土層之間夾厚度不等的黏性土、粉土層。本段區(qū)間主要穿越地層為④粉土、⑤卵石地層。

區(qū)間穿越范圍內(nèi)包含兩層地下水，地下水類型為上層滯水(一)和層間水(四)。

上層滯水(一)：隨季節(jié)、大氣降水及地表水的補(bǔ)給變化而變化，分布呈無規(guī)律性，初勘僅鉆孔QCCC50揭露穩(wěn)定水位埋深在7.0 m，含水層主要為③層砂質(zhì)粉土黏質(zhì)粉土，位于區(qū)間結(jié)構(gòu)上方。

層間水(四)：本工程初步勘察鉆探揭露該層穩(wěn)定水位埋深在24.40 m～29.70 m，穩(wěn)定水位標(biāo)高為12.15 m～19.27 m，含水層主要為⑦層卵石圓礫及其夾層及其以下地層，位于區(qū)間結(jié)構(gòu)下方。

2 盾構(gòu)區(qū)間下穿既有地鐵U形槽結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)工程相對(duì)位置關(guān)系

盾構(gòu)區(qū)間下穿既有地鐵U形槽結(jié)構(gòu)。地鐵U形槽為雙線結(jié)構(gòu)，處于高架和地下過渡區(qū)段；采用明挖法施工，土釘加固，現(xiàn)狀設(shè)置有全斷面的拱形保護(hù)外殼，下穿段地鐵U形槽結(jié)構(gòu)埋深6.8 m～7.85 m。區(qū)間結(jié)構(gòu)頂與地鐵U形槽結(jié)構(gòu)底距離約4.9 m。

盾構(gòu)區(qū)間下穿既有U形槽結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)工程斷面圖見圖2。

3 有限元分析

本工程采用有限元數(shù)值計(jì)算模型進(jìn)行模擬計(jì)算(見圖3)，考慮圍巖與結(jié)構(gòu)的共同作用、分步施工過程。計(jì)算程序采用MIDAS/GTS有限元分析軟件，取60 m×45 m×45 m范圍內(nèi)對(duì)盾構(gòu)區(qū)間下穿既有線U形槽結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維計(jì)算?？紤]本工程為大直徑盾構(gòu)近距離下穿U形槽，盾構(gòu)施工前，在盾構(gòu)穿越范圍內(nèi)采用深孔注漿加固U形槽結(jié)構(gòu)底板下方3 m至盾構(gòu)隧道底1 m范圍內(nèi)的土體，加固后土體無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于0.3 MPa。

盾構(gòu)區(qū)間與U形槽關(guān)系模型見圖4。

3.1 左線盾構(gòu)施工下穿U形槽結(jié)構(gòu)

左線區(qū)間施工縱向步距根據(jù)盾構(gòu)管片的環(huán)寬按照1.5 m進(jìn)行開挖施工，計(jì)算結(jié)果如圖5所示。

根據(jù)上述計(jì)算分析，當(dāng)左線盾構(gòu)區(qū)間恰好穿過U形槽結(jié)構(gòu)時(shí)，U形槽結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的位移最大，盾構(gòu)區(qū)間上方的土體沉降最大。

3.2 右線盾構(gòu)施工下穿U形槽結(jié)構(gòu)

右線區(qū)間施工縱向步距根據(jù)盾構(gòu)管片的環(huán)寬按照1.5 m進(jìn)行開挖施工，計(jì)算結(jié)果如圖6所示。

根據(jù)上述計(jì)算分析，當(dāng)右線盾構(gòu)區(qū)間恰好穿過U形槽結(jié)構(gòu)時(shí)，U形槽結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的位移最大，盾構(gòu)區(qū)間上方的土體沉降最大。

U形槽豎向位移見圖7，水平位移見圖8，地面位移見圖9。

4 結(jié)果分析

根據(jù)有限元計(jì)算結(jié)果，按照盾構(gòu)區(qū)間左線先行于右線，且左、右線不同時(shí)下穿既有地鐵U形槽結(jié)構(gòu)的施工方案，當(dāng)右線盾構(gòu)區(qū)間恰好穿過U形槽結(jié)構(gòu)時(shí)，隧道拱頂最大沉降為7 mm，U形槽底板最大豎向位移為1.55 mm，最大水平位移為0.6 mm，地面最大沉降為5.5 mm。

盾構(gòu)區(qū)間在垂直下穿U形槽結(jié)構(gòu)施工時(shí)，隨盾構(gòu)的推進(jìn)，地面沉降及U形槽結(jié)構(gòu)變形逐漸加大，結(jié)構(gòu)最大變形發(fā)生在盾構(gòu)開挖面的正上方。但根據(jù)以往盾構(gòu)施工經(jīng)驗(yàn)，盾構(gòu)施工的工后沉降需采取二次注漿等措施控制。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，U形槽的沉降、附加應(yīng)力等基本滿足運(yùn)營及受力要求，但還需根據(jù)檢測評(píng)估結(jié)果確定合理的變形控制指標(biāo)。

5 結(jié)語

通過有限元計(jì)算分析結(jié)果可知，盾構(gòu)區(qū)間垂直穿越既有結(jié)構(gòu)時(shí)，結(jié)構(gòu)變形隨盾構(gòu)的推進(jìn)變形逐漸加大，最大變形發(fā)生在盾構(gòu)開挖工作面的正上方，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的豎向位移大于水平位移。同時(shí)，在穿越前，提前對(duì)U形槽下方的土體進(jìn)行加固處理，有效的減小了盾構(gòu)穿越時(shí)對(duì)U形槽的影響。

建議后續(xù)類似工程施工時(shí)，及時(shí)布置測點(diǎn)，加強(qiáng)對(duì)既有結(jié)構(gòu)的監(jiān)控量測，調(diào)整并確保盾構(gòu)機(jī)性能良好，嚴(yán)格控制掘進(jìn)參數(shù)，確保勻速、均衡、連續(xù)通過；選擇合理的同步注漿和二次注漿漿液及注漿參數(shù)，及時(shí)進(jìn)行同步注漿，填充管片與土體間的空隙；盾構(gòu)通過后，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，必要時(shí)從洞內(nèi)采取徑向注漿加固盾構(gòu)隧道與管線間的土體。在近距離穿越時(shí)，應(yīng)提前改良穿越區(qū)的土體，以滿足沉降等要求。

[1] GB 50157—2013，地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

Analysis on the impact of shield interval under-crossing existing railway line

Xun Liangliang

(ChinaRailway5thSurvey&DesignInstituteGroupCo.,Ltd,Beijing102600,China)

Taking the U-shape groove structure of the shield interval under-crossing existing subway as an example, applying finite element analysis method, through simulating shield interval under-crossing U-shape structure construction process, the paper studies the impact of shield interval crossing process upon the subway U-shape groove, and adopts effective preventive measures according to analysis results. As a result, it guarantees normal operation of existing subway line and new-built engineering construction safety.

shield interval, existing railway line, finite element analysis, U-shape groove structure

1009-6825(2016)16-0188-02

2016-03-25

荀亮亮(1981- )，男，工程師

U455.43

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