地鐵盾構(gòu)與頂管下穿高速公路的設(shè)計與分析

張林修

摘 要：近年來，隨著我國城市軌道交通建設(shè)的迅速發(fā)展，地鐵線路覆蓋面越來越廣，致使地鐵工程穿越既有構(gòu)筑物的概率越來越大。文章以長沙市某在建地鐵線路下穿高速公路為例，利用有限元程序模擬分析了下穿過程中高速公路的沉降變形情況，研究成果可以為同類工程的設(shè)計與施工提供參考。

關(guān)鍵詞：地鐵穿越高速公路；路面沉降；數(shù)值模擬

地鐵隧道穿越構(gòu)筑物時，改變了原有地層應力狀態(tài)，從而引起地層產(chǎn)生位移，造成構(gòu)筑物的沉降、隆起變形。目前，針對單一工法穿越既有構(gòu)筑物的研究較多，而多種工法施工對構(gòu)筑物的影響研究較少。文章結(jié)合長沙市某在建地鐵區(qū)間盾構(gòu)隧道及車站出入口頂管下穿京港澳高速公路，對下穿施工時高速公路的隆沉變形規(guī)律進行研究。

1 工程與地質(zhì)概況

1.1 工程概況

某在建地鐵線路呈東西走向，與南北走向的京港澳高速公路平面交叉，區(qū)間隧道及車站2號出入口穿越高速公路。隧道下穿高速公路段為四孔鋼筋混凝土框架箱涵，孔徑為1-8.0m+2-12.0m+1-8.0m，高度4.8m；2號出入口穿越高速公路段為路基段；高速公路路面寬度為30m。隧道距離框架涵底部約8.6m，出入口距離路基段路面約12.4m。

1.2 地質(zhì)與水文

本工程地層主要為第四系全新統(tǒng)人工填土層（Q4ml）、第四系上更新統(tǒng)沖積層（Q3al）、白堊系基巖（K）組成。地鐵穿越高速公路段地層主要為人工填土、粉質(zhì)粘土、圓礫、強風化及中風化泥質(zhì)粉砂巖層。

場地地下水類型分為松散土層孔隙水類型（上層滯水、孔隙承壓水）及基巖裂隙水。基巖裂隙多呈閉合狀～微張開狀，總體一般透水性差，富水性貧乏。

2 數(shù)值模擬計算分析

2.1 數(shù)值模型建立

采用三維數(shù)值模擬手段，結(jié)合高速公路的設(shè)計特點，針對地鐵隧道及出入口施工的動態(tài)過程展開三維數(shù)值模擬分析，系統(tǒng)研究區(qū)間盾構(gòu)及出入口頂管先后下穿高速公路對其造成的不利影響，重點分析箱涵及路基的位移變化情況，評價高速公路在下穿施工過程中的安全狀態(tài)，并且為施工提供一定的指導。

3 數(shù)值模擬結(jié)果及分析

隧道及頂管施工造成地應力場受擾動而狀態(tài)發(fā)生改變，導致地層應力損失造成高速公路及路基邊坡發(fā)生變形。盾構(gòu)隧道下穿框架涵的過程中，其總體呈現(xiàn)沉降趨勢，且最大沉降量發(fā)生位置跟隨盾構(gòu)掘進段移動。出入口頂管下穿路基段的施工過程中，其總體呈現(xiàn)隆起趨勢。下穿高速公路的施工過程中，框架涵最大豎向沉降量為4.5mm，路基邊坡最大隆起量為6.4mm。

4 結(jié)論及建議

（1）隧道施工引起的地層損失會對地表產(chǎn)生沉降及位移，沉降變形規(guī)律基本符合peck理論。

（2）頂管施工時對路基段造成隆起變形，同時對盾構(gòu)段上方土體帶來二次變形影響。

（3）下穿施工時，應加大監(jiān)測頻率，實時掌控框架涵和路基段的變形情況，根據(jù)變形發(fā)展趨勢，及時跟蹤注漿加固，保證公路的正常運營。

參考文獻

[1] 毛遠鳳，沈宇鵬，馬建南，劉曉楠.地鐵盾構(gòu)下穿高速公路的路面變形特征分析[J].鐵道標準設(shè)計，2013（08）：84-88.

[2] 閆鑫，葉陽升，張梅，馬偉斌.地鐵隧道下穿既有鐵路橋施工影響分析[J].鐵道建筑，2012（06）：84-85.

[3] 周建偉.地鐵隧道下穿高速公路的圍巖變形機理研究[J].山西建筑，2015（30）.

[4] 陳學軍，鄒寶平，鄺光霖等.盾構(gòu)隧道下穿深圳濱海大道沉降控制技術(shù)[J].鐵道標準設(shè)計，2010（03）：92-94.