地鐵區(qū)間疊線隧道下穿鐵路股道施工沉降計算

李 圍，陳薪如，葉建忠，任立志，吳鋼鋒(.上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué) 軌道交通學(xué)院，上海 08；.浙江省交通規(guī)劃設(shè)計研究院，浙江 杭州 0006；.中國電建集團(tuán)鐵路建設(shè)有限公司，北京 000；.浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院土木建筑工程學(xué)院，浙江 寧波 500)

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地鐵區(qū)間疊線隧道下穿鐵路股道施工沉降計算

李 圍1，陳薪如1，葉建忠2，任立志3，吳鋼鋒4
(1.上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué) 軌道交通學(xué)院，上海 201418；2.浙江省交通規(guī)劃設(shè)計研究院，浙江 杭州 310006；3.中國電建集團(tuán)鐵路建設(shè)有限公司，北京 100044；4.浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院土木建筑工程學(xué)院，浙江 寧波 315100)

以深圳地鐵7號線筍崗站-洪湖站區(qū)間為研究對象，采用FLAC3D軟件，對疊線盾構(gòu)隧道下穿廣深鐵路股道施工引起的沉降進(jìn)行了數(shù)值模擬計算。計算結(jié)果表明：加固前地表引起軌道沉降1.6 cm左右；對砂質(zhì)黏性土、全風(fēng)化地層和強(qiáng)風(fēng)化地層采用了注漿加固后，其加固范圍為上下24 m、左右為隧道直徑的3倍，共42 m，其沉降值為2.6 mm，滿足軌道對沉降容許值5 mm的要求。

地鐵；區(qū)間疊線隧道；下穿鐵路；沉降計算

0 引 言

在中國城市地鐵建設(shè)中，盾構(gòu)下穿鐵路施工會導(dǎo)致既有鐵路軌道沉降，線路的幾何形狀發(fā)生改變，為了確保鐵路的行車安全，做好既有鐵路軌道沉降控制是非常重要的。在隧道盾構(gòu)掘進(jìn)下穿鐵路施工中,可以采取土體改良、路基加固、盾構(gòu)機(jī)的超前鉆孔注漿、降低掘進(jìn)速度、調(diào)整優(yōu)化掘進(jìn)參數(shù)等措施[1-4]。

地鐵區(qū)間隧道下穿高速鐵路火車站站場股道時，如何控制施工中軌道下沉量，是關(guān)系到鐵路安全運(yùn)營的重要因素。尤其是地鐵區(qū)間為疊線盾構(gòu)隧道時，后掘進(jìn)隧道對先完成掘進(jìn)的隧道結(jié)構(gòu)安全將產(chǎn)生影響，對上下隧道中間夾層的擾動以及對軌道下臥地層的多次擾動將引起軌道沉降的增加。因此，必須進(jìn)行軌道下臥地層的加固處理，并通過數(shù)值模擬計算，使其滿足軌道沉降的要求。

1 工程概況

在建的深圳地鐵7號線筍崗站至洪湖站區(qū)間，在寶崗路與洪湖西路之間以區(qū)間左右線路上下重疊方式下穿廣深鐵路筍崗火車站站場。下穿位置為筍崗火車站站場的咽喉部位，且為道岔群區(qū)段，電務(wù)信號多，保護(hù)難度大。與廣深線相交里程為K142+830，區(qū)間里程范圍為DK27+062～DK27+262，總長約200 m，共下穿26股。

區(qū)間前400 m為上下重疊隧道，隨后左右線隧道逐漸分開，最后重疊到達(dá)洪湖站。線路出筍崗站后左右線隧道在站端附近豎向凈間距為2 m，在線路中段逐漸加大，最大豎向凈間距為4 m，隨后左右線隧道豎向凈間距變小，以豎向凈間距2 m到達(dá)洪湖站。

右線隧道埋深6～17 m，左線隧道埋深14～26 m。左線隧道頂距鐵路軌底覆土約22.8 m，右線隧道頂距鐵路軌底覆土約12.8 m。右線隧道在上，左線隧道在下。右線穿越地層主要為⑩1全風(fēng)化混合巖和⑩2-1強(qiáng)風(fēng)化混合巖；左線穿越地層主要為⑩2-2強(qiáng)風(fēng)化巖與⑩3中風(fēng)化混合巖。

筍崗站至洪湖站區(qū)間隧道左右線均采用盾構(gòu)法施工，隧道內(nèi)徑為5.4 m，外徑為6.0 m，盾構(gòu)機(jī)刀盤直徑為6.28 m。管片厚0.30 m，混凝土等級為C50，盾構(gòu)鋼殼厚0.15 m。

2 計算建模

取左右邊界為5D(D為隧道開挖外徑)，隧道底部為1.5D，最后得出的模型為70 m×40 m×1 m。單元與本構(gòu)模型選擇：地層采用實體單元，用Mohr_Coulomb模型模擬；管片襯砌采用殼單元，用線彈性模型模擬；盾構(gòu)機(jī)殼體采用實體單元，用線彈性模型模擬；注漿材料采用實體單元，用Mohr_Coulomb模型模擬。模型四周邊界及下表面采用單向鉸支約束,上表面采用自由約束。管片的彈性模量因拼裝縫隙而進(jìn)行了剛度折減，折減系數(shù)為0.7。經(jīng)計算，地表列車荷載采用30 kPa的均布荷載進(jìn)行模擬，建立的FLAC模型如圖1所示，材料參數(shù)見表1。

圖1 模型網(wǎng)格

表1 材料物理力學(xué)參數(shù)

3 加固與施工過程模擬

采用注漿加固的方法，主要加固砂質(zhì)黏性土、全風(fēng)化地層和強(qiáng)風(fēng)化地層，加固范圍為：上下24 m；左右為隧道直徑的3倍，共42 m。采用SGB6-10灌漿泵將普通硅酸鹽水泥漿液純壓式灌漿。灌漿壓力為0.2～0.5 MPa，如果冒漿、全孔一次串漿嚴(yán)重，則根據(jù)實際情況及時調(diào)整灌漿壓力(最大壓力不超過1.0 MPa)。漿液水灰比初步選用1∶1、0.8∶1、0.5∶1三個比級(重量比)。

施工過程模擬為：建立計算模型；計算初始應(yīng)力場；開挖下隧道毛洞；下隧道盾構(gòu)自重加載；下隧道施加管片支護(hù)并注漿；開挖上隧道毛洞；上隧道盾構(gòu)自重加載；上隧道施加管片支護(hù)并注漿。

4 計算結(jié)果分析

計算過程為：初始地應(yīng)力場模擬計算；下隧道開挖與支護(hù)模擬計算；上隧道開挖與支護(hù)模擬計算。計算結(jié)果見表2，豎向位移場如圖2～5所示。

表2 加固前后地表及地中最大位移 mm

圖5 加固后上隧道完成時的豎向位移場

由計算結(jié)果可以看出，隧道豎向位移場成正太分布疊加，地中最大沉降在下隧道拱頂位置，地表最大沉降在隧道正上方；對砂質(zhì)黏性土、全風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化地層加固前，疊線隧道盾構(gòu)掘進(jìn)施工引起的地層沉降比較大，在地中達(dá)到1 cm左右，而在地表可以引起軌道沉降1.6 cm左右，顯然超出了軌道容許的沉降變形量(5 mm)；對砂質(zhì)黏性土、全風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化地層加固處理后，進(jìn)行沉降數(shù)值模擬分析，得出最大地中豎向位移為4.5 mm，而地表最大沉降僅為2.6 mm，滿足軌道對沉降的要求。

5 結(jié) 語

本文結(jié)合在建的深圳地鐵7號線筍崗站至洪湖站區(qū)間盾構(gòu)隧道下穿廣深鐵路工程，采用FLAC3D軟件對地層加固前后盾構(gòu)掘進(jìn)施工引起的軌道沉降進(jìn)行了詳細(xì)計算分析，得出加固前在地表引起軌道沉降1.6 cm左右。對砂質(zhì)黏性土、全風(fēng)化地層和強(qiáng)風(fēng)化地層采用了注漿加固，其加固范圍為上下24 m、左右42 m，加固后地表沉降值為2.6 mm，滿足軌道對沉降值的要求。

[1] 佘才高.地鐵盾構(gòu)隧道下穿鐵路的安全措施[J].城市軌道交通研究，2009(4)：33-36.

[2] 白廷輝.盾構(gòu)超近距離穿越地鐵運(yùn)營隧道的保護(hù)技術(shù)[J].地下空間，1999(4)：311-316.

[3] 李 林.既有鐵路下軟弱地層盾構(gòu)隧道施工加固方案[J].城市軌道交通研究，2005(3)：50-55.

[4] 曾曉文,李昊勇.淺層盾構(gòu)穿越鐵路的施工經(jīng)驗[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2011,28(2):67-69.

[5] 王金昌,劉冠水,孫廉威.盾構(gòu)到達(dá)端頭土體加固的數(shù)值模擬研究[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2012,29(4):34-38.

[6] 趙 軍,李元海.杭州地鐵交叉重疊隧道盾構(gòu)施工地表沉降三維數(shù)值分析[J].隧道建設(shè)，2010(S1)：138-144.

[責(zé)任編輯:高 甜]

Settlement Calculation on Overlapped Sectional Metro Tunnels Constructed Under Railway Tracks

LI Wei1, CHEN Xin-ru1, YE Jian-zhong2, REN Li-zhi3, WU Gang-feng4
(1. School of Railway Transportation, Shanghai Institute of Technology, Shanghai 201418, China; 2. Zhejiang Provincial Institute of Communications Planning, Design and Research, Hangzhou 310006, Zhejiang, China; 3. PowerChina Railway Construction Co., Ltd., Beijing 100044; 4. School of Civil Engineering and Architecture, Ningbo Institute of Technology of Zhejiang University, Ningbo 315100, Zhejiang, China)

Taking Sungang-Honghu section of Shenzhen Metro Line 7 as the research object, the settlement of overlapped sectional tunnels under railway tracks was calculated with the numerical modeling software FLAC3D. The results show that the maximum track settlement is 1.6 cm before grouting the stratum under railway tracks. The settlement is reduced to 2.6mm after reinforcement of sandy soil and the fully weathered and strongly weathered strata by grouting, which is less than the acceptable track settlement of 5 mm. The horizontal reinforcement range is about 42 m, which is 3 times the diameter of the tunnel, and the vertical range is 24 m.

metro; overlapped sectional tunnel; under railway; settlement calculation

1000-033X(2017)06-0106-03

2016-12-11

浙江省公益與社會發(fā)展項目(2014C33054);寧波自然科學(xué)基金(2015A610301)

李圍(1979-)，男，貴州德江人，教授，博士，研究方向為橋梁與隧道工程。

U456.31

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