高鐵大直徑盾構(gòu)下穿既有地鐵路基段變形影響研究

吳海洋 馬振超

1北京北方交建工程管理有限公司 北京 100044

2 北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司 北京 100068

正文：

引言

城市市中心地下空間利用率較高，遍布管線及地下交通設(shè)施。高速鐵路以地下線方式進(jìn)行敷設(shè)，必然會與既有軌道交通線路發(fā)生穿越關(guān)系。高鐵地下隧道為大直徑斷面隧道，通常采用大直徑盾構(gòu)方式進(jìn)行施工，因此，進(jìn)行大直徑盾構(gòu)穿越既有地鐵變形控制研究，具有十分重要的意義。

本文結(jié)合京沈客運(yùn)專線穿越北京地鐵機(jī)場線的實際工程，采用有限元分析軟件模擬計算穿越工程對既有地鐵的變形影響，與現(xiàn)場監(jiān)測實測進(jìn)行對比，分析研究大直徑盾構(gòu)對既有結(jié)構(gòu)的變形影響規(guī)律。

1 工程概況

新建京沈客運(yùn)專線望京隧道在正線里程DK19+910～DK19+980段下穿北京地鐵機(jī)場線三元橋～T2航站樓區(qū)間，平面交角約58度，隧道頂距地鐵機(jī)場線軌面豎向距離為21.3m，距樁底距離5.4m，隧道覆土厚度約為17.35m。

新建隧道與既有機(jī)場線相交里程為DK19+932.7，既有機(jī)場線為地面高填方擋墻路基段，該處路基擋土墻采用預(yù)制懸臂式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。穿越處路基擋墻嵌入地面以下約3m，路基主體結(jié)構(gòu)下部橫、縱向均布置φ400@1900的CFG樁，樁長10m。新建隧道洞身所處地層主要為粉土、砂性土，部分粉質(zhì)黏土。地下水位埋深約為5～8m，整個隧道位于地下水位以下。

圖2 新建隧道與既有地鐵位置關(guān)系剖面圖

在盾構(gòu)隧道施工主要影響區(qū)域范圍內(nèi)，在地鐵機(jī)場線兩側(cè)分別布設(shè)φ42袖閥管，在穿越施工前利用預(yù)注漿孔對地鐵機(jī)場線進(jìn)行注漿預(yù)加固。盾構(gòu)穿越施工過程中，根據(jù)監(jiān)測情況利用備用注漿進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償注漿。

2 穿越施工試驗段總結(jié)

實際工程穿越前，選取DK19+550～DK19+750里程段作為盾構(gòu)穿越地鐵機(jī)場線前的試驗段。設(shè)置地表沉降和深層沉降監(jiān)測點，并對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行整理。實驗段確定的最優(yōu)盾構(gòu)參數(shù)條件下地表沉降最大值為4.6mm。

3 數(shù)值模擬分析

3.1 土體材料參數(shù)

本構(gòu)模型采用D-P彈塑性模型，參數(shù)如表1所列。

3.2 模型建立

既有結(jié)構(gòu)、土體均采用Solid45單元進(jìn)行模擬。計算模型范圍為既有地鐵線路縱向方向130m，線路橫向140m，土層厚度50m。

3.3 模型分析

計算模型根據(jù)穿越施工前試驗段地表沉降監(jiān)測結(jié)果試算推演穿越工況下盾構(gòu)引起的地層損失率，確定了本次穿越計算模型盾構(gòu)引起的地層損失率為5‰。

圖4 穿越完成既有路基沉降計算結(jié)果（mm）

圖5 區(qū)域地表沉降變形云圖（mm）

由上圖可知，雙線盾構(gòu)穿越施工完成后，模型既有地鐵路基段最大沉降為1.96mm，發(fā)生在對應(yīng)穿越中心路基擋墻位置，沉降槽形呈“V”，雙線隧道依次穿越下沉降最大點向穿越中心偏移，沉降影響范圍約為100m。新建隧道采用先右線后左線方式依次穿越既有線，計算模型根據(jù)穿越時序分析既有線變形趨勢如下圖6。

圖6 軌道位置預(yù)測沉降曲線

4 監(jiān)測數(shù)據(jù)對比分析

目前工程的穿越施工已完成且沉降已穩(wěn)定，新建隧道右線穿越完成后，現(xiàn)場施工通過預(yù)埋注漿管進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償注漿，將既有線進(jìn)行了頂升控制，穿越施工完成最終既有線最大沉降為-1.02mm。因此，僅對右線穿越完成階段現(xiàn)場實測與預(yù)測變形進(jìn)行對比，如下圖7。

圖7 預(yù)測變形與現(xiàn)場實測對比

由上圖可知，右線隧道穿越完成后實測變形最大值為1.6mm，略小于預(yù)測變形值1.5mm。沉降監(jiān)測結(jié)果與模擬結(jié)果在趨勢和數(shù)值上比較接近，印證了數(shù)值模擬的有效性。

5 結(jié)論與建議

1、通過變形預(yù)測及現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果分析可知，盾構(gòu)穿越引起的既有線沉降槽形呈“V”，雙線隧道依次穿越下沉降最大點向穿越中心偏移，沉降影響范圍約為100m。

2、通過采集試驗段監(jiān)測數(shù)據(jù)，能夠為數(shù)值計算提供參數(shù)選取依據(jù)，采用試驗段推演得來的參數(shù)進(jìn)行計算，提高了數(shù)值計算變形預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此，設(shè)置試驗段進(jìn)行信息采集對分析論證穿越工程的影響具有重要的現(xiàn)實意義。