盾構(gòu)下穿合肥高鐵南站對路基的影響分析

崔建華，梁玄昌（安徽建筑大學(xué)土木工程學(xué)院，安徽合肥，230601）

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盾構(gòu)下穿合肥高鐵南站對路基的影響分析

崔建華，梁玄昌
（安徽建筑大學(xué)土木工程學(xué)院，安徽合肥，230601）

摘要：本文以合肥市軌道交通1號、5號線下穿合肥高鐵南站為依托，采用MIDAS/GTS有限元軟件對盾構(gòu)隧道施工過程模擬，分析了樁基群上部鐵路路基沉降變化。通過模擬可知，既有樁基群能有效控制盾構(gòu)施工過程中路基的沉降。先開挖的隧道引起的高鐵路基沉降值大于后開挖的隧道引起的高鐵路基沉降值，且在全線貫通時先開挖隧道引起的路基沉降與后開挖隧道引起的沉降產(chǎn)生明顯的疊加。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)隧道；下穿高鐵路基；樁基群；路基沉降

0　引　言

隨著城市軌道交通的網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)，新建地鐵隧道下穿既有鐵路的情況越來越多，難度也越來越大。地鐵盾構(gòu)隧道下穿高速鐵路路基時，不可避免地造成周圍地層損失及路基沉降，影響列車的運營安全。屬于高風(fēng)險工程，軌道變形屬特級風(fēng)險源。因此，如何在盾構(gòu)隧道施工前，分析研究開挖引起的路基頂面最大沉降值具有重要實際意義。

目前，在盾構(gòu)隧道施工效應(yīng)方面取得了一定的研究成果。普遍認(rèn)為對軟弱地層進行注漿加固處理能有效改善施工影響范圍內(nèi)土體的物理力學(xué)性質(zhì)，對提高復(fù)合地基的抗變形能力效果明顯，能有利于減少隧道下穿既有線時路基的變形［1-5］；徐希磊［6］通過數(shù)值分析，得出了不同加固方案和盾構(gòu)參數(shù)對普速車場軌道沉降的變化趨勢，并提出合理控制建議；柴雨芳［7］分析認(rèn)為，隨著隧道開挖的深入，路基、地表、拱頂豎向位移響應(yīng)逐漸增強，在隧道貫通處達到最大，是列車通過時隧道施工的最不利位置。本文以盾構(gòu)下穿合肥南站為背景，采用有限元軟件分析了既有樁基群對路基沉降的影響，為以后類似工程施工提供參考。

1　工程概況

合肥地鐵1、5號線區(qū)間隧道下穿鐵路合肥南站站房，合肥南站主體結(jié)構(gòu)采用框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用直徑1.2m的群樁基礎(chǔ)，長度45-55m，樁基位于隧道兩側(cè)與隧道沿線路方向平行并列，距離隧道結(jié)構(gòu)凈距最小為0.98m。群樁樁間距為2m。

根據(jù)勘探結(jié)果合肥南站高鐵樁基群范圍內(nèi)地層以1人工雜填土，2粘土（膨脹土），3粉質(zhì)粘土為主。土體相關(guān)參數(shù)如表1，表2所示。

表1　各層土體主要參數(shù)

表2　路基填料參數(shù)

2　建立模型

2.1模型范圍的確定

模型上邊界取至路基表面，下邊界取至樁基群的底部，橫向取隧道中心線各50m，包含整個樁基群，模型沿隧道長度取30個管片寬度即45m。

2.2模型簡介

隧道襯砌為鋼筋混凝土管片，管片采用3+2+1模式組合，襯砌環(huán)間采用錯縫拼裝。管

片寬1500mm，厚300mm，襯砌外徑6000mm，內(nèi)徑5400mm。襯砌混凝土強度等級C50。管片和承臺的計算參數(shù)如表3所示。取長度為100m寬45m。模型頂部距隧道中心15.6m，底部距隧道中心34.1m。路基填方5m。建立模型如圖1所示。

表3　管片及承臺材料計算參數(shù)

圖1　模型的網(wǎng)格劃分圖

2.3本構(gòu)模型的選取

土體模型采用彈塑性理論計算，采用摩爾庫倫準(zhǔn)則，采用大應(yīng)變模式計算。盾構(gòu)隧道的鋼筋混凝土管片采用彈性本構(gòu)模型，采用實體單元模擬。

2.4盾構(gòu)施工過程模擬

（1）在劃分好網(wǎng)格的模型上施加重力及邊界荷載，得到在重力及邊界荷載作用下的初始應(yīng)力場

（2）激活所有土地，勾選位移清零，建立初始應(yīng)力場

（3）鈍化隧道及等待層土體，激活管片及注漿層

（4）模擬盾構(gòu)施工階段，施加盾構(gòu)撐子面支護0.3MPa，注漿壓力0.4MPa，開挖步長1.5m

（5）如此往復(fù)循環(huán)直至隧道全線貫通，路基沉降趨于穩(wěn)定

3　軟件模擬結(jié)果分析

3.1 無地層加固且樁基群未參與模擬計算

盾構(gòu)施工的順序為：從左往右依次開挖，待隧道開挖完成后再開挖下一條隧道。在沒有地層加固且無樁基群的情況下的路基沉降槽曲線如圖2 所示

圖2　無地層加固且樁基群沒參與模擬的路基沉降槽曲線

由圖2的曲線可知，當(dāng)左邊隧道貫通時，跌路路基最大沉降發(fā)生在左邊隧道的最上方，最大沉降達10.6mm。當(dāng)隧道全線貫通時，左邊和右邊盾構(gòu)施工引起的鐵路路基沉降明顯的疊加，路基的沉降最大位置發(fā)生了改變，位于整個模擬路基的中間偏左，達到16.7mm。根據(jù)《高速鐵路無砟軌道線路維修規(guī)則》中對250（不含）-350km/h線路軌道靜態(tài)幾何尺寸容許偏差管理值規(guī)定：當(dāng)軌道高低偏差大于7mm時需要臨時修復(fù)。由此可見在無任何措施的情況下既有鐵路是不滿足使用要求的。

3.2樁基群參與模擬計算

當(dāng)樁基群參與模擬計算的情況下路基沉降變化路基、隧道、樁基群的位置關(guān)系如圖3所示。

圖3　隧道、樁基群、路基之間的位置關(guān)系

在有樁基群參與模擬的情況下左邊隧道貫通和全部貫通時的高速鐵路路基的沉降槽曲線如圖4所示。

圖4　樁基群參與模擬的情況下路基的沉降槽曲線

由圖4可知，當(dāng)左邊隧道貫通的時候路基最大沉降發(fā)生在左邊隧道的正上方，最大沉降達3.4mm。當(dāng)全線貫通時最大沉降發(fā)生在模擬范圍路基的中間偏左位置，最大沉降達5.8mm。和沒有樁基群參與的情況下最大沉降對比可知最大沉降減少了約65%左右。由此可見既有樁基群可有效控制路基的沉降。

4　結(jié)論

（1）既有樁基群可減少高速鐵路路基的沉降，保證高速鐵路的正常運行。

（2）當(dāng)全線貫通的時候最大沉降位置在模擬范圍內(nèi)路基偏左位置，這是因為后開挖的隧道對先開挖隧道周邊土地的擾動導(dǎo)致先開挖的隧道沉降量增大。

（3）在左邊隧道貫通時最大沉降發(fā)生在左邊隧道的正上方，全線貫通時先開挖和后開挖的隧道施工引起的路基沉降發(fā)生明顯的疊加且最大沉降發(fā)生位置發(fā)生改變，位于路基中間偏左位置。

參考文獻

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［7］柴雨芳.隧道下穿施工及列車振動對高鐵路基沉降影響規(guī)律研究［D］.成都：西南交通大學(xué)，2013.

Study on the Effect of Shield Tunnel Down-traversing Hefei South Railway Station on the Ground

CUI Jianhua，LIANG Xuanchang
（Civil engineering school，Anhui Jianzhu University ，Anhui Hefei，2306010）

Abstract：Based on Hefei subway No.1 and No.5 rail transits traversing beneath the subgrade of the highspeed south station ， the numerical model of MIDAS/GTS was established to analyze the changes of subgrade settlement above the crowd stakes during the process of construction of shield tunnel . The existing crowd stakes can effectively control the subgrade settlement during the process of construction of shield tunnel by simulating，and high-speed railway subgrade settlement caused by the excavated tunnel frstly exceeded that of the later ， and obvious superposition of subgrade settlement induced by frstly and later excavated shield tunnel can be seen when the whole line transfxed .

Keywords：Shield tunnel；High-speed Rail Subgrade；Pile grope；The settlement of Subgrade

作者簡介：崔建華（1963— ），女，副教授，主要研究方向為工程斷裂力學(xué)及有限元計算理論。

基金項目：安徽省科技攻關(guān)計劃資助項目（1501041133）

收稿日期：2015-07-02

DOI:10.11921/j.issn.2095-8382.20160204

中圖分類號：U455

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：2095-8382（2016）02-016-04