地鐵盾構隧道側穿高鐵橋梁影響研究

周慧超

（中國鐵路設計集團有限公司，天津 300142）

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(xiàn)，盾構隧道穿越高鐵橋梁勢必會對高鐵運營產(chǎn)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(chǎn)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5.99 m，右線與橋樁基最小水平凈距約2.90 m。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1.45 m，盾構區(qū)間結構頂距離路基面約17.1 m；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24 m，單個承臺下8～11根直徑1 m樁基，樁長60 m。

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Midas GTS 模擬盾構施工。模型橫向、縱向均為100 m，豎向70 m，隧道外徑6.2 m，埋深為17 m。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(shù)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0.47 mm，水平位移最大值為-0.40 mm；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0.67 mm，水平位移最大值為0.13 mm。

2）樁體位移見圖3。

圖3 橋樁水平位移

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(xiàn)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??；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(chǎn)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(xiàn)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(nèi)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(shù)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。

圖4 基結構各階段沉降

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3.1 mm；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(chǎn)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(nèi)。

2）三維數(shù)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(jīng)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。