地铁盾构下穿沪宁城际铁路高架桥影响性分析--中国期刊网

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地铁盾构下穿沪宁城际铁路高架桥影响性分析

发表时间：2020/10/19 来源：《基层建设》2020年第19期作者：陈亮亮

[导读] 摘要：本文以苏州地铁7号线盾构下穿沪宁城际铁路高架桥桩为例，盾构施工前，采用MADIS有限元软件对采取加固措施后盾构下穿沪宁城际铁路高架桥桩过程中桥桩变形、沉降等安全性进行分析和评估，为后续施工提供理论依据，给类似工程提供相关经验。

        中铁第四勘察设计院集团有限公司湖北武汉 430063
        摘要：本文以苏州地铁7号线盾构下穿沪宁城际铁路高架桥桩为例，盾构施工前，采用MADIS有限元软件对采取加固措施后盾构下穿沪宁城际铁路高架桥桩过程中桥桩变形、沉降等安全性进行分析和评估，为后续施工提供理论依据，给类似工程提供相关经验。
        关键词：地铁盾构；铁路高架桥；有限元；沉降
        前言：随着中国经济迅猛发展，高铁、地铁等交通市政工程串联起全国各地大小城市，方便了行人，加深了城市之间交流。但是在地铁设计过程中，为了既定规划的线路走向，不可避免地需要穿越一些既有的市政工程，比如桥梁、道路或是管线等等[1-2]。本文中苏州地铁7号线在设计过程中，因无法绕避沪宁城际铁路高架桥，需要侧穿高架桥桥桩，但是因为高铁通行的桥梁保护要求较高，需要保证盾构下穿高铁桥桩过程中桥桩的沉降控制在规定范围内，且需要对加固方案及有限元模拟盾构下穿过程中桥桩沉降进行评估，以确保高铁的正常运行。
        1 工程概况
        7号线路扬东路站~扬华路站区间采用盾构法隧道穿越沪宁城际苏州东特大桥，区间隧道下穿铁路后到达扬华路站，线路线间距为32.5m，隧道与高铁的平面夹角基本为83°～90°，盾构隧道左右线自相邻两跨下分别正穿，隧道与高铁桥桩最小水平净距约为10.19m，下穿段桥下净空约为5.4m，下穿沪宁城际铁路苏州东1号特大桥的设计墩号为84、85和86号，运营墩号为47、48和49号，每个墩台下设8根φ1m钻孔桩，桩长分别为55m、55.5m、58.5m，桥梁跨度均为为32.6m，采用CRTS Ⅰ型板式无砟轨道。左线隧道侧穿27.5kv供电线铁塔，铁塔为独立基础，埋深3.5m，基底尺寸为3.45m×1.55m，顶部尺寸为1.45×1.05m。盾构隧道与铁塔基础的最小水平净距约4.66m。本工程在穿越沪宁城际苏州东特大桥后会继续盾构下穿京沪铁路路基，该点不在本文分析内容范围，不再过多赘述。图1 区间盾构下穿沪宁城际苏州东特大桥平面位置关系图

        图1 区间盾构下穿沪宁城际苏州东特大桥平面位置关系图
        2 沪宁城际铁路高架桥保护要求
        根据《公路与市政工程下穿高速铁路技术规程》3.0.2条和3.0.3条，采取加固措施后，沪宁城际铁路墩台竖向位移控制值均为2mm。
        3 沪宁城际铁路高架桥加固措施
        根据《公路与市政工程下穿高速铁路技术规程》的要求，并参照国内相关工程经验及成果，结合7号线穿越点的具体情况，对盾构隧道穿越沪宁城际铁路进行地面预加固方案对铁路进行保护。加固方案如下：
        采用φ1000@1200隔离桩，隔离桩采用全钢护筒法施工；隔离桩与隧道边线距离为1m，在沪宁城际铁路北侧（远离京沪铁路一侧）区间线路右线沿隧道线路方向伸出桥梁承台10m，区间线路左线由于靠近高压电塔基础，与高压电塔基础水平最小净距2.66m，所以沿隧道线路方向深处桥梁承台13.83m；顶部设置1000×800混凝土冠梁和800×800混凝土支撑，隔离桩内侧采用袖阀管加固，隔离桩底部低于隧道底6m，袖阀管注浆加固范围为-3.2~-17.64m（即粉土粉砂层加固，并向下加固至隧道底下3m）。南侧为京沪铁路，隔离桩加固范围不满足10m要求，钻孔桩平行铁路向外侧延伸，结合京沪铁路统一在内部进行袖阀管注浆加固。
        加固区要求无侧限抗压强度大于1.2Mpa。
        加固区注浆孔布置：远离铁路路基3m布置第一排注浆孔，注浆管水平倾角为45°、55°交叉布置；离开第一排注浆孔1m范围内布置2排注浆孔，其中第一排注浆管水平倾角为65°、75°交叉布置，第二排注浆管水平倾角为85°、90°交叉布置；离开第一排注浆孔2m~6m范围内竖向布置注浆孔，间距1m，梅花形布置。
        注浆参数：袖阀管注浆浆液扩散半径0.8～1.0m，选用PRC自行密闭式双向注浆芯管，浆液采用水泥浆液，水泥浆液水灰比1：1，采用42.5级普通硅酸盐水泥。水泥浆液建议加入1%~2%的氯化钙早强剂。上述参数应根据现场试验效果对参数进行调整。
        注浆加固后应检测加固效果，加固达到设计要求后，盾构方能掘进施工。

        图2 区间盾构下穿沪宁城际苏州东特大桥加固平面图
        4 盾构下穿沪宁城际苏州东特大桥有限元模拟及分析
        4.1 有限元模型简介
        根据区间隧道与沪宁城际铁路的位置关系，使用GTS NX有限元软件进行数值模拟分析，土体选用摩尔—库仑弹—塑性本构模型模拟，土层参数根据实际地勘报告进行选取，隧道结构选用弹性本构模型模拟。
        ①将土层简化为水平层状分布的弹塑性材料。本构模型采用M-C弹塑性模型。M-C模型在数值计算中效果较好，并且该准则能较好的描述岩土材料的破坏行为，在岩土领域内得到了广泛的应用。
        ②土体和混凝土承台以及盾构管片采用二维实体单元，桩采用梁单元模拟。
        ③模型底部约束水平和竖直方向变形；模型两侧约束水平变形，竖直方向变形不约束。
        区间隧道下穿沪宁城际铁路苏州东1号特大桥，桥墩号分别是84、85、86号，根据工程经验和理论分析，所取土体范围为104m×79.3m（长×高），在此区域模拟隧道开挖，计算模型见图3。
        施工顺序为在高桥桥下采取加固措施，然后再进行盾构掘进施工。

图3 二维计算模型
4.2 计算结果及分析

        图4 盾构穿越桥桩完成后桥桩沉降云图
        从图中可以看出，承台最大沉降为0.3mm，隧道顶地表最大沉降为0.4mm，小于规定的2mm沉降，符合相关要求。
        结语
        根据有限元分析结果可知，采取隔离桩+袖阀管注浆加固措施后，盾构穿越沪宁城际苏州东特大桥后，桥桩的位移变化符合相关规范要求，可以保证高铁的安全运行。但是在盾构穿越沪宁城际苏州东特大桥过程中，施工单位应做好监测工作，同时控制好盾构机姿态，优化盾构机参数，及时进行二次注浆，确保盾构安全通过及桥桩的安全稳定。
        参考文献：
        [1]程伟伟.地铁盾构隧道下穿既有高架桥影响分析[D].2017.
        [2]李松，杨小平，刘庭金.广州地铁盾构下穿对近接高架桥桩基的影响分析[J].铁道建筑，2012（07）：80-84.
        作者简介：
        陈亮亮（1992-），男，硕士，助理工程师，主要从事岩土工程地下空间方面的设计和研究。