揚(yáng)州明挖隧道施工與鄰近高速鐵路的相互影響

潘必勝 謝遠(yuǎn)方

（中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，上海 200070）

隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)事業(yè)的不斷發(fā)展，新建隧道往往不可避免地穿越既有結(jié)構(gòu)物，如既有管線、房屋、隧道、高速鐵路等［1-5］。隧道施工時(shí)破壞了原有地層的應(yīng)力平衡引起地層變形，進(jìn)而對既有結(jié)構(gòu)物造成影響，若控制不當(dāng)便會誘發(fā)各類災(zāi)害。

目前，很多學(xué)者對工程穿越既有結(jié)構(gòu)物的變形規(guī)律及其安全控制進(jìn)行了大量研究［6-10］。但多針對暗挖隧道工程，且集中于垂直或大角度穿越的情況，對于明挖隧道施工與既有高速鐵路的相互影響研究較少。為此，本文以揚(yáng)州市江平東路三期新建雙塘路隧道長距離鄰近既有高速鐵路施工為例，分析隧道施工對既有高速鐵路的影響，以及隧道基坑施工的安全性。

1 工程概況

江平東路三期工程位于揚(yáng)州市區(qū)北部，是城市快速路網(wǎng)的重要組成部分。建成后將緊密聯(lián)系西部、中部和東部分區(qū)，是城市東西向發(fā)展的重要通道。

根據(jù)設(shè)計(jì)方案，江平東路三期工程并行寧啟（南京—啟東）鐵路段新建1 座長838 m 的雙塘路隧道，其中暗埋段426 m，隧道邊緣距寧啟鐵路路基坡腳距離為25.3～36.4 m，屬于近距離平行高速鐵路明挖隧道，如圖1所示。寧啟鐵路西起南京，東至啟東，現(xiàn)為雙線高速鐵路，設(shè)計(jì)時(shí)速200 km。

圖1 新建雙塘路隧道與既有寧啟鐵路位置關(guān)系（單位：m）

隧址區(qū)地勢北高南低，地面標(biāo)高約10～25 m。根據(jù)設(shè)計(jì)資料，雙塘路隧道敞口段為U 形槽結(jié)構(gòu)，每隔30 m 左右設(shè) 1 處沉降縫，U 形槽凈寬 26.2 m，側(cè)壁厚1.0 m，底板厚1.1 m，如圖2（a）所示。雙塘路隧道暗埋段為雙孔框架結(jié)構(gòu)，框架凈高6.5 m，單孔凈寬12.8 m，頂板厚1.0 m，底板厚1.1 m，外側(cè)壁厚1.0 m，內(nèi)側(cè)壁厚0.6 m，如圖2（b）所示。

圖2 隧道橫斷面（單位：m）

根據(jù)地勘資料，隧址區(qū)地層巖性以人工填土和粉質(zhì)黏土為主，滲透性能為微透水～弱透水。地下水類型主要為孔隙潛水，水位埋深淺，埋深1.1～1.7 m，富水性弱，受大氣降水補(bǔ)給及河流側(cè)向補(bǔ)給。排泄方式主要為自然蒸發(fā)。工程沿線地勢起伏較大，沿線分布多個(gè)河塘。根據(jù)設(shè)計(jì)方案，JK1+160 斷面隧道距離鐵路路基坡腳最近（25.3 m），隧道基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)類型為無橫撐鉆孔灌注樁，基坑開挖深度大，且地質(zhì)條件較差，含厚約2.6 m的素填土層，隧道施工風(fēng)險(xiǎn)極大。

2 有限元分析

2.1 隧道施工對既有高速鐵路的影響

通常情況下鐵路路基沉降變形是導(dǎo)致上方線路不平順的主要原因，為此本文重點(diǎn)對隧道施工引起的路基變形進(jìn)行分析。JK1+160斷面隧道側(cè)輔道邊線距離鐵路路基坡腳約8 m，隧道側(cè)輔道路基最大開挖深度1.8 m。采用巖土有限元軟件PLAXIS 2D 建立二維模型進(jìn)行數(shù)值計(jì)算分析，如圖3 所示。模型包含了場地中的4 種土層，并考慮寧啟鐵路的路基及列車荷載。

圖3 數(shù)值計(jì)算模型

在PLAXIS 中設(shè)置了6 個(gè)施工步。隧道施工引起的高速鐵路軌道中心累計(jì)變形見表1。

表1 隧道施工引起的高速鐵路軌道中心累計(jì)變形

由表1 可見：軌道中心最大沉降發(fā)生在隧道通車運(yùn)營時(shí)，軌道中心沉降最大值為1.320 mm；最大水平位移發(fā)生在隧道側(cè)輔道路基開挖時(shí)，軌道中心水平位移最大值為0.957 mm。根據(jù)TB 10182—2017《公路與市政工程下穿高速鐵路技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，高速鐵路有砟軌道變形須控制在3 mm 以內(nèi)。寧啟鐵路設(shè)計(jì)速度200 km/h，且為有砟軌道，故水平位移及沉降按照3 mm控制。因此，該隧道施工引起的高速鐵路軌道變形量并未超限，可保證列車正常運(yùn)營。

2.2 鐵路路基穩(wěn)定性分析

由于隧道側(cè)輔道距離鐵路路基坡腳較近（最小距離約8 m），為了盡量降低輔道路基開挖對既有高速鐵路路基的影響，靠近鐵路側(cè)采用9 m 長鋼板樁圍護(hù)。使用同濟(jì)啟明星FRWS7.2 建立輔道路基最大開挖深度時(shí)鐵路路基穩(wěn)定性計(jì)算模型，見圖4。

圖4 鐵路路基穩(wěn)定性計(jì)算模型（單位：kN/m）

通過計(jì)算可得鐵路路堤下滑力為255.83 kN/m，地基土體抗滑力為400.73 kN/m，鐵路路堤穩(wěn)定安全系數(shù)最小值為1.57，滿足TB 10106—2010《鐵路工程地基處理技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定的列車設(shè)計(jì)行車速度120＜v≤200 km/h 時(shí)運(yùn)營期路堤穩(wěn)定安全系數(shù)不得小于1.25的要求。

2.3 隧道基坑穩(wěn)定性分析

新建隧道基坑采用φ1.0 m@1.2 m 鉆孔灌注樁圍護(hù)，開挖深度約4.76 m。為分析隧道基坑整體穩(wěn)定性、墻底抗隆起、坑底抗隆起、圍護(hù)結(jié)構(gòu)抗傾覆穩(wěn)定性以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形，使用同濟(jì)啟明星FRWS7.2建立隧道基坑模型，見圖5。

圖5 隧道基坑模型

根據(jù)JGJ 120—2012《建筑基坑工程技術(shù)規(guī)程》，鄰近鐵路基坑工程按安全等級一級進(jìn)行核查檢算，確?；臃€(wěn)定，并減小支護(hù)變形。從基坑開挖穩(wěn)定性驗(yàn)算結(jié)果（見表2）可以看出：基坑整體穩(wěn)定性、墻底抗隆起、坑底抗隆起以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)抗傾覆穩(wěn)定性均滿足JGJ 120—2012中相關(guān)規(guī)定，基坑支護(hù)合理。

表2 基坑開挖穩(wěn)定性驗(yàn)算結(jié)果

鉆孔灌注樁變形見圖6。可見，鉆孔灌注樁最大變形12.5 mm，小于JGJ 120—2012 中限值0.003h=14.28 mm（h為基坑開挖深度），表明在隧道基坑開挖過程中圍護(hù)結(jié)構(gòu)能正常工作，保證隧道施工安全。

圖6 鉆孔灌注樁變形

3 結(jié)論

通過對江平東路三期新建雙塘路隧道鄰近既有高速鐵路施工過程的分析，得出以下結(jié)論：

1）新建隧道施工引起的高速鐵路路基最大沉降為1.320 mm，最大水平位移為0.957 mm。路基變形滿足規(guī)范要求。

2）既有高速鐵路路堤穩(wěn)定安全系數(shù)最小值為1.57，滿足列車設(shè)計(jì)行車速度為120～200 km/h 時(shí)路堤穩(wěn)定安全系數(shù)不得小于1.25的要求。

3）隧道基坑開挖時(shí)采用鉆孔灌注樁圍護(hù)。鉆孔灌注樁最大變形12.5 mm，小于規(guī)范限值。隧道基坑整體穩(wěn)定性、墻底抗隆起、坑底抗隆起及圍護(hù)結(jié)構(gòu)抗傾覆穩(wěn)定性均滿足相關(guān)規(guī)范要求。