地鐵盾構(gòu)隧道下穿京津城際高速鐵路影響分析 (2)

第30卷增刊2巖土力學(xué)vol.30supp.2 2009年12月rockandsoilmechanicsdec.2009 收稿日期：2009-08-18 第一作者簡(jiǎn)介：徐干成，男，1958年生，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事地下工程的設(shè)計(jì)和研究。e-mail:xugancheng_xgc@163.com 文章編號(hào)：1000－7598(2009)增刊2－0269－05 地鐵盾構(gòu)隧道下穿京津城際高速鐵路影響分析 徐干成1，李成學(xué)1，王后裕1，趙月2，胡萍1 (1.空軍工程設(shè)計(jì)研究局，北京100068；2.鐵道部第三勘查設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津300251) 摘要：以北京地鐵14號(hào)線(xiàn)馬家堡東路站–永定門(mén)外大街站盾構(gòu)區(qū)間隧道為背景，對(duì)隧道施工中的特級(jí)風(fēng)險(xiǎn)源——區(qū)間下 穿京津城際鐵路段的施工過(guò)程進(jìn)行了三維

第30卷增刊2巖土力學(xué)vol.30supp.2 2009年12月rockandsoilmechanicsdec.2009 收稿日期：2009-08-18 第一作者簡(jiǎn)介：徐干成，男，1958年生，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事地下工程的設(shè)計(jì)和研究。e-mail:xugancheng_xgc@163.com 文章編號(hào)：1000－7598(2009)增刊2－0269－05 地鐵盾構(gòu)隧道下穿京津城際高速鐵路影響分析 徐干成1，李成學(xué)1，王后裕1，趙月2，胡萍1 (1.空軍工程設(shè)計(jì)研究局，北京100068；2.鐵道部第三勘查設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津300251) 摘要：以北京地鐵14號(hào)線(xiàn)馬家堡東路站–永定門(mén)外大街站盾構(gòu)區(qū)間隧道為背景，對(duì)隧道施工中的特級(jí)風(fēng)險(xiǎn)源——區(qū)間下 穿京津城際鐵路段的施工過(guò)程進(jìn)行了三維

地鐵盾構(gòu)隧道下穿京津城際高速鐵路影響分析_徐干成 (2)

地鐵盾構(gòu)隧道下穿京津城際高速鐵路影響分析_徐干成

本文結(jié)合北京輸水隧洞下穿地鐵15號(hào)線(xiàn)，運(yùn)用三維模擬分析軟件ansys，建立盾構(gòu)施工過(guò)程的模型，對(duì)盾構(gòu)推進(jìn)及變形進(jìn)行仿真模擬，系統(tǒng)分析研究了盾構(gòu)施工過(guò)程中引起既有盾構(gòu)隧道的變形情況，得出盾構(gòu)穿越施工時(shí)已建隧道隨進(jìn)尺開(kāi)挖的沉降規(guī)律及施工影響特點(diǎn)，并根據(jù)實(shí)測(cè)反饋數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析，為合理確定施工方案和已建隧道施工技術(shù)保護(hù)措施的選擇提供可靠的依據(jù)。

基于城市發(fā)展的實(shí)際情況,以廣州14號(hào)地鐵線(xiàn)為例,分析了采用盾構(gòu)施工對(duì)其現(xiàn)有道路地基及樁基的影響,并結(jié)合數(shù)據(jù)模擬軟件,模擬了盾構(gòu)穿越過(guò)程中對(duì)路基沉降的影響,為該項(xiàng)目的安全施工及使用提供了保證。

地鐵作為大型的城市軌道交通模式,穿越于各種復(fù)雜紛繁的既有建構(gòu)筑物如橋梁、房屋、鐵路等。本文根據(jù)實(shí)例分析研究地鐵盾構(gòu)隧道下穿鐵路的實(shí)際工況,提出可行的處理措施,以為地鐵隧道設(shè)計(jì)者們提供依據(jù)。

地鐵作為大型的城市軌道交通模式,穿越于各種復(fù)雜紛繁的既有建構(gòu)筑物如橋梁、房屋、鐵路等。本文根據(jù)實(shí)例分析研究地鐵盾構(gòu)隧道下穿鐵路的實(shí)際工況,提出可行的處理措施,以為地鐵隧道設(shè)計(jì)者們提供依據(jù)。

地鐵盾構(gòu)隧道下穿城際鐵路地基加固方案安全性分析 (2)

蘇州某地鐵盾構(gòu)隧道下穿滬寧城際鐵路施工時(shí),原有鐵路地基加固方案產(chǎn)生的沉降量不能滿(mǎn)足高速鐵路的要求,因此,結(jié)合原加固措施,采用板+樁組合結(jié)構(gòu)的形式對(duì)地基進(jìn)行加固。對(duì)此方案,采用二維有限元法分析不同應(yīng)力釋放率下盾構(gòu)施工引起的地表沉降規(guī)律。當(dāng)應(yīng)力釋放率為30%時(shí),盾構(gòu)下穿處板+樁組合結(jié)構(gòu)的沉降量為3.9mm,滿(mǎn)足高速鐵路無(wú)砟軌道對(duì)工后沉降的要求,但此時(shí)板+樁組合結(jié)構(gòu)中的加固板將與其下方土體脫離。采用三維有限元方法,對(duì)高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜、動(dòng)應(yīng)力響應(yīng)分析。結(jié)果表明:當(dāng)加固板與其下部土體脫離時(shí),在自重應(yīng)力作用下,鋼軌軌面的最大變形為0.582mm,滿(mǎn)足軌道不平順的要求;在最大列車(chē)動(dòng)荷載作用下,軌道板和加固板的最大拉應(yīng)力分別為0.93和1.02mpa,均小于規(guī)范中所要求的疲勞強(qiáng)度修正值。由此可知,在盾構(gòu)隧道下穿施工時(shí),城際鐵路地基采用板+樁組合結(jié)構(gòu)形式的加固方案,是能夠保證運(yùn)營(yíng)安全的。

地鐵盾構(gòu)隧道下穿城際鐵路地基加固方案安全性分析

本文以福州市軌道交通1號(hào)線(xiàn)下穿福州火車(chē)站鐵路加固工程段盾構(gòu)隧道穿過(guò)高鐵路基為例,建立相應(yīng)的三維有限元模型來(lái)分析使用加固措施給高鐵路基變形帶來(lái)的影響.計(jì)算結(jié)果顯示,加固區(qū)可以控制因?yàn)槎軜?gòu)隧道施工而使鐵路縱向和橫向路基產(chǎn)生的不均勻沉降現(xiàn)象,以此來(lái)確保鐵路的運(yùn)營(yíng)安全.

以廣州市軌道交通某區(qū)間盾構(gòu)隧道下穿高速鐵路路基為背景，通過(guò)建立三維有限元模型，分析了采取地層加固措施對(duì)于控制既有高速鐵路路基變形的效果。通過(guò)計(jì)算分析可知，加固區(qū)的存在能夠有效控制盾構(gòu)隧道施工引起的既有鐵路路基縱向和橫向沉降及不均勻沉降，從而保證既有鐵路安全運(yùn)營(yíng)不受影響。

當(dāng)前城市化進(jìn)程隨著飛速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)而逐漸加快,發(fā)展中的城市面臨的交通擁堵、高密度人口、污染嚴(yán)重、土地及能源告急等情況越來(lái)越嚴(yán)重,因此對(duì)地下空間進(jìn)行有效的利用和發(fā)展逐漸成為有效的解決途徑。地鐵以快速、安全、大客運(yùn)量等優(yōu)勢(shì)快速發(fā)展,現(xiàn)階段還缺乏有價(jià)值的、先進(jìn)的高鐵隧道盾構(gòu)下穿具體實(shí)例經(jīng)驗(yàn)提供參考,給地鐵的設(shè)計(jì)和施工帶來(lái)了較大的影響,所以選擇對(duì)既有高鐵隧道盾構(gòu)下穿的施工進(jìn)行有效的控制和影響研究,具有非常重要的價(jià)值。

當(dāng)前城市化進(jìn)程隨著飛速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)而逐漸加快,發(fā)展中的城市面臨的交通擁堵、高密度人口、污染嚴(yán)重、土地及能源告急等情況越來(lái)越嚴(yán)重,因此對(duì)地下空間進(jìn)行有效的利用和發(fā)展逐漸成為有效的解決途徑.地鐵以快速、安全、大客運(yùn)量等優(yōu)勢(shì)快速發(fā)展,現(xiàn)階段還缺乏有價(jià)值的、先進(jìn)的高鐵隧道盾構(gòu)下穿具體實(shí)例經(jīng)驗(yàn)提供參考,給地鐵的設(shè)計(jì)和施工帶來(lái)了較大的影響,所以選擇對(duì)既有高鐵隧道盾構(gòu)下穿的施工進(jìn)行有效的控制和影響研究,具有非常重要的價(jià)值.

新建盾構(gòu)隧道近距離穿越既有隧道時(shí),會(huì)對(duì)既有隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。針對(duì)地鐵盾構(gòu)隧道下穿大直徑越江隧道,在充分考慮襯砌的橫觀(guān)各向同性性質(zhì)、盾構(gòu)施工開(kāi)挖面的支撐力、同步注漿壓力、擾動(dòng)層厚度等因素的基礎(chǔ)上,應(yīng)用三維有限元數(shù)值方法,研究了新建盾構(gòu)隧道施工引起既有越江隧道的變形以及內(nèi)力的變化規(guī)律,同時(shí)獲得了越江隧道的影響范圍。研究結(jié)果表明,越江隧道的最大沉降及側(cè)移發(fā)生在對(duì)稱(chēng)面上,并且對(duì)側(cè)移的影響較小;越江隧道經(jīng)歷了加載、卸載、再加載的過(guò)程;影響范圍集中在垂直于越江隧道軸線(xiàn)方向盾構(gòu)穿越前2d、穿越后2d的范圍內(nèi)。

為研究盾構(gòu)下穿既有盾構(gòu)隧道時(shí)施工參數(shù)的合理取值,以北京南水北調(diào)東干渠工程盾構(gòu)隧道穿越既有地鐵盾構(gòu)隧道施工為依托,通過(guò)對(duì)既有隧道沉降的數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、盾構(gòu)施工參數(shù)的分析,討論了既有左右線(xiàn)隧道沉降存在差異的原因,總結(jié)了控制沉降的施工參數(shù)經(jīng)驗(yàn),闡述了既有隧道受穿越施工擾動(dòng)的沉降規(guī)律,提出并驗(yàn)證了盾構(gòu)隧道病害整治的方法.研究結(jié)果表明：受盾構(gòu)施工參數(shù)的影響,既有左線(xiàn)隧道沉降23.9mm,而右線(xiàn)僅沉降4.8mm,沉降差異明顯,但規(guī)律基本一致;盾構(gòu)施工時(shí),土倉(cāng)壓力調(diào)整級(jí)差不宜大于0.005mpa,嚴(yán)格控制同步注漿壓力在0.50mpa,二次補(bǔ)漿壓力在0.20~0.35mpa,曲線(xiàn)段適當(dāng)減緩掘進(jìn)速度;已投入運(yùn)營(yíng)的地鐵維修作業(yè)時(shí)間短,宜通過(guò)化學(xué)注漿治理管片接縫和螺栓孔處的滲漏水,壓力注膠充填樹(shù)脂治理道床裂縫.

由于土體挖除、管片和二襯的設(shè)置,盾構(gòu)施工過(guò)程中周?chē)貙油馏w的初始狀態(tài)會(huì)受到影響,導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不均勻沉降及橫向位移,影響橋梁運(yùn)營(yíng)。結(jié)合盾構(gòu)下穿既有線(xiàn)工程,采用midas/gts軟件對(duì)盾構(gòu)下穿結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模計(jì)算,分析施工引起的橋墩和橋臺(tái)的沉降特征。結(jié)果表明:地鐵盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中右橋洞東2號(hào)-北側(cè)橋墩(第32步開(kāi)挖)沉降最大,為6.8mm;相鄰墩臺(tái)的最大沉降差產(chǎn)生在右線(xiàn)開(kāi)挖過(guò)程中西0-西1、西1-西2、西2-東2墩臺(tái)(第32步開(kāi)挖)開(kāi)挖結(jié)束時(shí),為2mm。在此基礎(chǔ)上提出下穿施工時(shí)維持橋梁穩(wěn)定應(yīng)滿(mǎn)足的技術(shù)指標(biāo):墩臺(tái)均勻總沉降量小于25mm,相鄰墩臺(tái)的縱向沉降差小于2mm,同一墩臺(tái)的橫向沉降差小于3mm,墩臺(tái)的水平位移小于3mm。

以成都地鐵1號(hào)線(xiàn)下穿府南河、萬(wàn)福橋工程為背景,通過(guò)有限元數(shù)值模擬,選取地鐵隧道與萬(wàn)福橋1號(hào)橋墩沿河道方向橫剖面為研究斷面,比照分析加固前后盾構(gòu)穿越的影響規(guī)律。研究表明:橋梁向隧道開(kāi)挖一側(cè)產(chǎn)生變形,其結(jié)構(gòu)水平變形較小,豎向變形較大。采取了超前加固穿越區(qū)域土體、增大注漿量、降低河水等施工控制措施,效果明顯,土體沉降得到了有效控制。

近年來(lái),軌道交通工程事業(yè)在全國(guó)各大城市蓬勃發(fā)展,國(guó)內(nèi)二、三線(xiàn)城市也在陸續(xù)進(jìn)行大規(guī)模的建設(shè),但是地鐵工程具有投資巨大、建設(shè)時(shí)間長(zhǎng)以及社會(huì)協(xié)作性高等特點(diǎn),稍有差錯(cuò)就可能勞民傷財(cái)。在地鐵建設(shè)過(guò)程中,建構(gòu)筑物的樁基與區(qū)間隧道之間的沖突越來(lái)越明顯,甚至導(dǎo)致線(xiàn)路路由的大調(diào)整,因此本文通過(guò)分析建設(shè)建筑樁基對(duì)原狀土層的影響,并根據(jù)樁基實(shí)際的施工情況提出相應(yīng)的分析解決方法,最后針對(duì)盾構(gòu)隧道施工提出需要注意的問(wèn)題。

為研究基坑對(duì)鄰近既有地鐵盾構(gòu)隧道的影響,本文以上海桃浦路-真南路下穿立交＂區(qū)基坑工程為案例,通過(guò)有限元數(shù)值模擬,對(duì)既有地鐵盾構(gòu)隧道的雙基坑工程施工進(jìn)行仿真分析,得到基坑卸荷對(duì)鄰近既有地鐵隧道結(jié)構(gòu)的變形和穩(wěn)定性的影響規(guī)律,可確保其安全正常運(yùn)行,可為類(lèi)似基坑工程設(shè)計(jì)和施工提供參考.