隧道下穿高速铁路的检算分析

徐飞

Inspectionandsafetyanalysisofhighspeedrailwayunderdarkexcavationtunnel

【摘要】主要通过收集、整理和分析各种地质、设计和现状调查资料，运用数值分析、工程类比等多种方法，阐述暗挖隧道下穿既有京沪高铁高架桥梁结构的影响及安全性分析。预测新建隧道施工引起既有铁路及高架桥梁的变形，同时考虑在该变形条件下既有桥桩最终内力状态，在此基础上评价既有铁路及桥梁结构是否安全，对施工工艺、步序及技术措施提出建议。

【关键词】暗挖隧道；高速铁路；安全性分析

【Abstract】Bycollecting,sortingoutandanalyzingallkindsofgeological,designandpresentsituationinvestigationdata,usingnumericalanalysis,engineeringanalogyandothermethods,thispaperexpoundstheinfluenceandsafetyanalysisofthestructureofthehighspeedrailwayviaductinthedarktunnel.Predictsnewtunnelcausedbytheconstructionofbothrailwayandhighwaybridgedeformation,consideringthepileendstressstateinthedeformationcondition,onthebasisofevaluationarebothrailwayandbridgestructureissafe,theconstructiontechnology,procedureandtechnicalmeasuresareproposed.

【Keywords】DarkDigtunnel;Highspeedrailway;Securityanalysis

1、项目概述

南干渠工程沿线在五环路两侧，分别经过北天堂、高家堡，穿京良路，沿五环路南侧向东，过京九铁路、京开高速，经新三余、小白楼、志远庄、瀛海镇等地区。南水北调干渠隧道下穿处为京沪高速铁路大桥。桥墩形式为圆端型实体桥墩基础为钻孔桩基础，行列型布置。南水北调干渠隧道采用暗挖隧道，京沪高铁防护隔离桩距离京沪高铁承台角为3.51米，距离京沪高铁最小桩间距为4.9米。

2、工程地质概况

2.1地震及冻结深度

地震基本烈度为Ⅷ度。土壤最大冻结深度0.67m。

2.2工程地质特征

勘察钻探揭示，拟建场地勘探深度范围内的地层岩性表层为杂填土，其下为第四系新近沉积②粉土、③粉质黏土、④粉土和第四系全新统冲洪积之⑤细砂、⑥粗圆砾土和⑦细砂。

2.3水文地质特征

勘察场区勘探期间地下水位埋深较深。不考虑地下水影响。

2.4围岩分级

根据工程地质特征，确定围岩分级为11+122.3～11+240，Ⅵ级：117.7m。

3、分析方法概述

南水北调干渠隧道施工引起既有结构变形分析必须从理论计算入手。考虑到施工引起的沉降和桩基变形均与地层关系密切，因此采用地层结构模型进行分析。分析暗挖隧道对既有结构的影响，应从两个方面着手，即诱发因素和承受因素。诱发因素主要是指由于暗挖隧道掘进施工而引起周围土层变化，从而引起桩基受力条件变化的各种作用。承受因素是指桩基本身的结构尺寸等条件而决定的桩基承受外力的能力。

对于诱发因素，根据暗挖隧道位置及其变化机体的不同，基本上可以分为以下四种：

（1）由于开挖面的应力释放而引起的弹塑性变形，导致地层反力的大小与分布的变化；

（2）由于地下水位下降等的变化引起的有效覆土层压力的增加而导致的固结沉降，从而使垂直土压力的增大；

（3）由于正面土压力过大产生的土压荷载引起的弹塑性变形，导致作用土压力的增大；

（4）因暗挖隧道开挖对周围土体的扰动产生土壤结构的变化引起弹塑性下沉、蠕变沉降，从而导致土体对桩基反作用力的大小与分布的变化。

由于这些外力条件的变化，从而使桩基受到影响，产生下沉、倾斜、断面变化等情况。但是具体的影响程度还要由桩基的承受因素决定。该承受条件主要包括桩基的结构、刚度（包括界面形状、强度、变形特性、连接形式）等一些结构物的内在因素。另外，在研究邻近施工的影响时，还必须考虑桩基与暗挖隧道之间的距离、邻近施工区间长度、地质条件等因素。

4、计算模型

针对隧道掘进过程对桥梁桩基础的影响，通过建立有限元模型进行隧道开挖过程模拟计算。

计算时假定围岩为连续介质，采用实体单元模拟。为避免应力集中及考虑桥桩基础的实际作用位置，桥桩基础采用实体单元模拟。桩基承台隔离桩及暗挖隧道衬砌均采用实体单元模拟。按照暗挖隧道与既有铁路位置关系，本模拟按照施工步骤进行模拟，主要工况如下：

第一步，左侧隧道拱部范围土体开挖及施做初期支护施工完成。

第二步，左侧隧道全部开挖及施做初期支护施工完成。

第三步，左侧隧道二次衬砌施做施工完成。

第四步，右侧隧道拱部范围土体开挖及施做初期支护施工完成。

第五步，右侧隧道全部开挖及施做初期支护施工完成。

第六步，右侧隧道二次衬砌施做施工完成。

以上各工况仅考虑施工全过程中的最不利的几个阶段，计算重点分析隧道开挖通过桥桩后，对桥桩的影响。从计算结果可得，通过对左右线侧穿桥桩基础后桥桩墩台的沉降和顺桥向水平位移的计算分析中可得，隧道穿过桥基时，由于开挖卸载的影响，较近距离桥敦及上部桥基发生竖向位移及朝隧道方向的水平位移，由于围岩荷载压力的影响，下部桥基发生背离隧道方向的水平位移。

通过建立地层-结构模型模拟检算，并进行深入分析研究，各既有结构变形情况如下：

最大竖向变形为0.9mm，最大顺桥向水平变形为0.7mm。通过对应力和位移分析，显示施工引起的结构受力变化和位移变形量较小。

5、结论及建议

根据行车安全要求，综合各种影响因素，将新建隧道施工时引起的路基的沉降量及墩台水平和竖向位移作为变形控制标准。为了严格控制变形，需要严格遵守隧道开挖相关要求，同时需要在施工全过程对路基、桥墩、轨面进行同步监测。

综合考虑暗挖隧道下穿施工影响，提出如下建议：（1）下穿高铁地段隔离防护桩施工宜安排在线路天窗时间施工，在桩施工过程中，加强墩台变形位移监测。（2）隧道上方土体进行注浆加固是有控制地表沉降的有效方法。注浆参数的选取应结合现场试验。（3）对支座及墩台进行沉降及倾斜监测，以便随时掌握路基、轨面及高架桥梁梁体沉降情况，并与墩台沉降进行互相校核。

参考文献：

[1]张炳根，地铁渡线地段大断面浅埋暗挖综合施工技术研究[J].现代隧道技术，2003（2）

[2]况龙川，深基坑施工对地铁隧道的影响.《岩土工程学报》,2000,03期(3):284-288