市域鐵路大直徑盾構(gòu)并行施工對鄰近高鐵路基變形影響分析*

王 綱

(上海東華地方鐵路開發(fā)有限公司,200071,上海)

新建城市軌道交通線路與鐵路運營線并行建設(shè)時,必須重點關(guān)注新建線路施工對鐵路運營線安全的影響[1-2]。大直徑盾構(gòu)小凈距并行既有高鐵路基施工會造成高鐵路基周圍土體應(yīng)力環(huán)境變化[3],進而導(dǎo)致高鐵路基產(chǎn)生附加變形。如何有效控制隧道開挖變形及保證既有高鐵線路的安全運營,成為工程設(shè)計與施工中的關(guān)鍵。

本文依托上海市域鐵路機場聯(lián)絡(luò)線(以下簡稱“機場聯(lián)絡(luò)線”)大直徑盾構(gòu)隧道并行既有滬杭高鐵路基段工程,針對鄰近高鐵路基的大直徑盾構(gòu)施工變形控制難題,基于監(jiān)測數(shù)據(jù)分析了門式隔離樁加固下盾構(gòu)并行施工對土體擾動及對高鐵路基變形的影響規(guī)律,可為類似工程提供參考。

1 工程概況

1.1 工程簡介

機場聯(lián)絡(luò)線連接上海虹橋機場與浦東機場。機場聯(lián)絡(luò)線盾構(gòu)段長距離并行既有滬杭高鐵路基,聯(lián)絡(luò)線盾構(gòu)段與滬杭高鐵路基的相對位置如圖1所示。并行段盾構(gòu)埋深為7.80～19.13 m,自小里程往大里程埋深逐漸加深;隧道外邊緣與鐵路路基坡腳的最近距離為8.4 m,位于機場聯(lián)絡(luò)線里程DK7+002.643位置處(高鐵里程K5+458.990)。盾構(gòu)段隧道采用外徑為13.6 m、厚度為0.55 m的雙線大直徑盾構(gòu)管片。為控制高鐵路基變形,保證既有高鐵線路的安全運營,盾構(gòu)施工采用門式隔離樁進行防護。隔離樁為φ1 000 mm、間距1 200 mm的鉆孔樁,樁底至盾構(gòu)底以下7 m;樁頂部設(shè)置內(nèi)支撐,間距為6 m。

圖1 機場聯(lián)絡(luò)線盾構(gòu)段與高鐵路基相對關(guān)系平面圖

并行段滬杭高鐵軌道結(jié)構(gòu)為CRTS-Ⅱ型板式無砟軌道,路基高約3.6 m。高鐵路基西側(cè)采用C25片石混凝土擋墻,內(nèi)部采用寬5.0 m、層間距0.6 m的雙向土工格柵加固;高鐵路基東側(cè)采用M7.5漿砌片石拱形截水骨架,內(nèi)部采用寬3.0 m、層間距0.6 m的雙向土工格柵加固。高鐵路基底部采用厚0.5 m的C30混凝土樁板加固。樁板底部采用φ0.6 m、間距3 m的鉆孔樁加固,樁長約36 m。以盾構(gòu)段并行高鐵路基段間距最小位置為例,盾構(gòu)隧道與高鐵路基空間位置關(guān)系如圖2所示。

圖2 機場聯(lián)絡(luò)線隧道與高鐵路基位置關(guān)系橫斷面圖

場地土層物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。場地軟弱土層深厚,包括③1淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層和④1淤泥質(zhì)黏土層。軟土具有高含水量、觸變性、弱滲透性和明顯的流變性等特點。在上海軟土地區(qū)進行盾構(gòu)近距離并行施工,易對周圍土體和鄰近高鐵路基產(chǎn)生不利影響。

表1 工程場地土層物理力學(xué)參數(shù)

1.2 施工監(jiān)測方案

機場聯(lián)絡(luò)線并行高鐵路基的盾構(gòu)施工段里程為DK6+645.000—DK7+002.643。監(jiān)測內(nèi)容包括地面沉降和高鐵路基變形。監(jiān)測點平面布置如圖3所示。地面沉降監(jiān)測點共77個,高鐵路基沉降監(jiān)測點共30個。

圖3 機場聯(lián)絡(luò)線并行高鐵路基盾構(gòu)施工段監(jiān)測點平面布置示意圖

2 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

2.1 地面沉降

為分析機場聯(lián)絡(luò)線并行既有高鐵路基段的盾構(gòu)施工對土體的影響規(guī)律,收集盾構(gòu)施工過程中和盾構(gòu)施工完畢后隧道正上方共30個地面沉降監(jiān)測點的沉降值進行分析,結(jié)果如圖4所示。盾構(gòu)在施工過程中和施工完畢后,隧道正上方地面總沉降最大值分別為21.14 mm和 20.32 mm。機場聯(lián)絡(luò)線里程DK6+835—DK6+915的地面沉降測點相對其他里程測點出現(xiàn)隆起現(xiàn)象。

圖4 地面各監(jiān)測點豎向位移統(tǒng)計圖

為進一步分析盾構(gòu)施工沿隧道橫向?qū)Φ孛尕Q向變形的影響,選取盾構(gòu)隧道46環(huán)斷面各沉降監(jiān)測點的實測數(shù)據(jù)進行分析,結(jié)果如圖5所示。由圖5可知:① 地面最大沉降位于隧道上方,且距隧道越遠沉降值越小。B46-8監(jiān)測點處地面沉降不受盾構(gòu)施工影響。② 盾構(gòu)施工完畢后,遠離高鐵路基側(cè)地面變形為隆起,靠近地鐵路基側(cè)地面變形為沉降。③ 門式隔離樁外測點最大隆起為9.12 mm,遠小于隔離樁內(nèi)地面豎向變形,表明門式隔離樁加固能有效限制樁外土體變形,具有良好的隔斷效果。

圖5 盾構(gòu)隧道46環(huán)斷面不同施工階段不同監(jiān)測點地面豎向位移

圖6為盾構(gòu)隧道46環(huán)斷面不同監(jiān)測點地面豎向位移時程曲線圖。由圖6可知:① 由于刀盤的壓力變化和擠土作用,盾構(gòu)到達斷面前20 m內(nèi),土體受到擾動出現(xiàn)輕微隆起現(xiàn)象,最大隆起量為5.48 mm。② 盾構(gòu)通過斷面后50 m內(nèi),地面沉降迅速發(fā)展,此階段是地面沉降的主要階段。一方面由于存在65 mm的盾尾間隙;另一方面由于短時間內(nèi)漿液尚未完全固結(jié),難以提供足夠的支護力。此時,地面最大沉降位于B46-2測點處,最大沉降值為19.29 mm。③ 盾構(gòu)通過斷面50 m后,地面沉降變化速率變緩,隨著同步注漿漿液逐漸固結(jié)形成強度,地面沉降逐漸趨于穩(wěn)定。

圖6 盾構(gòu)隧道46環(huán)斷面不同測點地面豎向位移時程曲線圖

2.2 高鐵路基變形

為進一步分析機場聯(lián)絡(luò)線并行既有高鐵施工對高鐵路基的影響,收集盾構(gòu)施工過程中和施工完畢后高鐵路基底座板監(jiān)測點的監(jiān)測值進行分析,結(jié)果如圖7所示。其中豎向位移負值表示路基沉降,水平變形負值表示路基向盾構(gòu)側(cè)方向變形。

a) 豎向

由圖7可知,盾構(gòu)施工過程中,高鐵路基底座板最大隆起為1.6 mm、最大沉降為1.9 mm。滬杭高鐵路基底座板遠離盾構(gòu)側(cè)移動的最大水平位移為1.4 mm、向盾構(gòu)側(cè)移動的最大水平位移為1.9 mm,各監(jiān)測點變形的最大值都小于工程監(jiān)測報警值[4],說明門式隔離樁防護加固措施能有效控制高鐵路基變形,具有良好的隔斷效果,可保證既有高鐵線的正常運營。

綜上所述,機場聯(lián)絡(luò)線盾構(gòu)施工引起滬杭高鐵路基變形滿足高鐵路基變形累計值±2 mm的控制要求[6]。開挖期間,在相應(yīng)區(qū)段限速的情況下,機場聯(lián)絡(luò)線盾構(gòu)施工未影響既有高鐵線的正常運營。

3 結(jié)語

本文基于機場聯(lián)絡(luò)線并行滬杭高鐵段的盾構(gòu)施工的實測數(shù)據(jù),分析盾構(gòu)施工對既有高鐵路基的變形影響規(guī)律,得到以下結(jié)論:

1) 盾構(gòu)施工完畢后,地面最大沉降位于隧道上方,遠離高鐵路基側(cè)地面變形為隆起,靠近高鐵路基側(cè)地面變形為沉降。盾構(gòu)在施工過程中和施工完畢后,地面總沉降最大值分別為21.14 mm和20.32 mm。

2) 盾構(gòu)施工對地面豎向變形的影響主要集中在刀盤到達斷面前20 m和通過斷面后50 m內(nèi),通過前土體表現(xiàn)為隆起,通過后土體表現(xiàn)為沉降。

3) 門式隔離樁加固能有效限制樁外土體位移,控制高鐵路基變形。盾構(gòu)施工完畢后,滬杭高鐵路基水平和豎向變形最大值均為1.9 mm。機場聯(lián)絡(luò)線盾構(gòu)施工未影響滬杭高鐵的正常運營。