地鐵隧道下穿施工對鐵路影響分析

王斌，魏東方

（合肥市市政設(shè)計(jì)研究總院有限公司，安徽 合肥 230041）

合肥軌道交通3號線芙蓉路站-習(xí)友路站區(qū)間采用盾構(gòu)法施工，隧道沿翡翠路敷設(shè)，長約1151.322m，埋深約10m～19m。區(qū)間隧道于繞城高速與翡翠路交口處側(cè)穿蚌福聯(lián)絡(luò)線鐵路橋樁基礎(chǔ)。區(qū)間盾構(gòu)左右線均從橋樁中間側(cè)穿，左線、右線盾構(gòu)外邊緣距離鐵路橋墩最近距離分別為21m、27.1m，左右線間距為17.9m。鐵路橋橋墩承臺寬度10.4m，承臺下3排樁基，每排4根，樁徑為1.5m。圖1為地鐵隧道與橋墩相對位置圖。

圖1 地鐵隧道與橋墩相對位置圖

1 Peck經(jīng)驗(yàn)公式估算地面沉降

Peck于1969年提出地層損失的概念，并給出因隧道開挖引起地表沉降的經(jīng)驗(yàn)公式。該方法簡單實(shí)用，是預(yù)測由地下開挖施工引起地層位移及變形的首選方法之一，也是用用最廣泛的方法[1-3]。

其中：

Sx——橫向地表沉降量

Vl——盾構(gòu)隧道單位長度的地層損失量（m3）

x——地表距隧道中心線水平距離

Smax——隧道中心線處的最大地表沉降量

i——沉降槽寬度系數(shù)（隧道中心線至沉降反彎點(diǎn)的距離）

R──盾構(gòu)半徑

Z──盾構(gòu)中心處埋深

由于隧道埋深越淺，盾構(gòu)掘進(jìn)對地面及鐵路橋樁影響越大，因此取隧道埋深最淺處典型斷面，隧道頂覆土厚度約13.5m；隧道水平間距越小，左右線隧道中間沉降疊加更大，故取線間距最小處約15m。

根據(jù)國內(nèi)盾構(gòu)下穿鐵路橋?qū)崪y鐵路軌道及地面沉降反分析得出的地層損失比的經(jīng)驗(yàn)，一般盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)地層損失可控制在0.5%～1.0%。表1為不同地層損失率情況下盾構(gòu)左、右線穿越鐵路線路沉降值。

不同地層損失下盾構(gòu)穿越后線路沉降值 表1

《鐵路線路維修規(guī)則》規(guī)定鐵路路基沉隆在10mm以內(nèi)，根據(jù)上面計(jì)算結(jié)果，本工程地層損失若控制在0.5%以內(nèi)，盾構(gòu)穿越累計(jì)地面沉降可以控制在10mm以內(nèi)，滿足規(guī)定要求。

圖2 地層沉降曲線

2 三維數(shù)值模擬分析

根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)源結(jié)構(gòu)類型、保護(hù)級別、風(fēng)險(xiǎn)源與新建軌道交通的位置關(guān)系、風(fēng)險(xiǎn)源所處環(huán)境影響區(qū)的地質(zhì)特點(diǎn)及施工工法等因素，并結(jié)合合肥軌道交通1、2號線的工程經(jīng)驗(yàn)，區(qū)間施工時(shí)對風(fēng)險(xiǎn)源影響的理論分析如下。

習(xí)友路站-芙蓉路站區(qū)間隧道側(cè)穿蚌福聯(lián)絡(luò)線橋樁基礎(chǔ)。高速橋外側(cè)樁基礎(chǔ)為直徑1500的鉆孔灌注樁，橋墩下樁長46m。為預(yù)測盾構(gòu)推進(jìn)對橋梁樁基的影響，采用MIDAS GTS NX通用有限元軟件對施工過程進(jìn)行模擬。計(jì)算模型如圖3所示。土體采用Mohr-Coulomb準(zhǔn)則模型，參數(shù)按地勘資料選取。隧道襯砌及橋梁均采用實(shí)體單元進(jìn)行模擬。隧道襯砌材料參數(shù)按C50混凝土取用，橋梁樁基按其混凝土標(biāo)號選取參數(shù)。土層主要取雜填土、②2黏土、⑥1分化巖3個(gè)土層。模型邊界條件為兩側(cè)采用水平約束，底部采用豎向及水平約束。

計(jì)算結(jié)果如圖4所示，橋梁樁基最大的位移0.4mm，故盾構(gòu)開挖對高鐵橋樁無明顯影響。

圖4 數(shù)值模擬樁的位移

3 結(jié)語

合肥軌道交通3號線盾構(gòu)芙蓉路站-習(xí)友路站區(qū)間側(cè)穿蚌福聯(lián)絡(luò)線鐵路橋樁基礎(chǔ)是本工程的重要風(fēng)險(xiǎn)源，本文通過Peck經(jīng)驗(yàn)公式估算地面沉降，結(jié)果表明隧道推進(jìn)過程中地層損失若控制在0.5%以內(nèi)，地面沉降可控制在規(guī)范要求范圍內(nèi)。數(shù)值模擬結(jié)果也表明，盾構(gòu)開挖對高鐵橋樁無明顯影響，對城市地鐵隧道下穿鐵路橋項(xiàng)目提供一定的借鑒。

[1]韓煊，李寧，Standing J R.Peck.公式在我國隧道施工地面變形預(yù)測中的適用性分析[J].巖土力學(xué)，2007，28(1):23-28.

[2]張碧雪,麻鳳海.基于徐州地層地鐵隧道施工的Peck公式修正[J].水利與建筑工程學(xué)報(bào)，2016(03).

[3]郭延華,吳龍海.南京地層地鐵隧道施工的Peck公式修正[J].河北工程大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2013(01).