郑州轨道交通2号线航海东路站~长江路站盾构区间下穿国铁站场风险控制研究.doc

1、郑州轨道交通 2 号线航海东路站长江路站盾构区间下穿国铁站场风险控制研究摘要：通过对盾构下穿国铁站场的风险分析，采用数值模拟分析了在加固前后不同条件下盾构下穿国铁站场对轨道的受力影响，并进行了对比分析，结合风险分析、国铁站场加固情况，结合盾构区间沉降机理模拟盾构下穿沉降，预测沉降结果，分析加固方案的可行性及安全性，同时为盾构施工提供相应技术参考。 关键词：盾构隧道，国铁站场，施工风险，风险控制，轨道变形 中图分类号： U45 文献标识码：A Abstract: Shield National Railways station beneath the risk analysis, the use

2、 of numerical simulation in different conditions before and after reinforcement shield beneath the national railway stations affected by the force of the track, and make a comparative analysis, combined with risk analysis, the national railway station reinforcement, combined with simulation shield s

3、hield Zone settlement mechanism beneath the settlement, settlement prediction results, analyze the feasibility reinforcement and safety, as well as to provide appropriate technical reference shield construction. 1 前言 近年来随着国内基础设施建设规模的迅速发展，城市轨道交通与高速铁路或城际铁路相互穿越的工程案例不断增多，工程建设过程中出现了轨道交通下穿国铁、高铁和城铁的高风险工程施工

4、。郑州地区轨道交通 1、2 号线多条区间下穿铁路工程，本文以郑州轨道交通 2 号线航海东路站至长江路站站区间盾构隧道下穿国铁站场为例，讨论模拟盾构隧道下穿国铁站场加固方案的沉降结果，为后续下穿施工提供相关风险控制技术措施，以及同类工程的风险评估与施工期风险控制提供技术参考。 2 工程概况 郑州轨道交通一号线郑州航海东路站至长江路站区间在YCK24+241.639 YCK24+321.731 位置下穿郑州南站,隧道结构埋深约17.40m。郑州铁路南站共 7 条股道，其中道为京广铁路下行线、道为京广铁路上行线，其它为郑州南站站线。穿越铁路区域:道K680+416.32 K680+446.82, 道

5、 K680+430.74 K680+461.46。隧道与铁路斜向交角约 141.8 度，斜向穿越铁路路基宽度约 74m。铁路道床均为碎石道床，混凝土轨枕。 图 1 区间隧道与国铁站场轨道平面关系图 航海东路站长江路站区间在地貌上属黄河二级阶地。本区间绝对高程 104.6m108.3m，北低南高，相对高差约 3.7m，地形起伏较小，场地较开阔。场地区间下穿国铁站场分布地层自上而下可分为以下几个单元层：第(1)层人工填土层；第(5) 层一般粉土、粉砂层；第(6)层粉质粘土层、粉土层；第(7)层为粉质层和钙质胶结层。 场地地下水类型为潜水。地下水主要赋存于以下的粉质粘土层、粉土中，稳定水位埋深为 2

6、1.5025.55m。 结合国内已有很多成功穿越国铁的地铁工程经验，本区间穿越郑州南站站场线路基沉降控制标准为: a.轨面沉降值不得超过 9mm； b.相邻两股钢轨水平高差不得超过 9mm； c.相邻两股钢轨三角坑不得超过 9mm。 3 工程难点及风险分析 盾构隧道下穿国铁站场的风险主要为控制站场的 7 条股道的轨道变形，为级环境风险。隧道拱部分布较厚的-4 粉砂层（约 12m 厚） ，该层密实度较低，凝聚力指标远低于其它土层，盾构机通过该地层时，地层反应明显，盾构机各项掘进参数与地层不适应会极易导致地层沉降速率及累计沉降值超控制值。 为此，盾构下穿前做好施工筹划，对此部分铁路道床下方土体进行

7、预加固处理，改良地层，降低地层变形速率，提高地层稳定性。 3.1 风险分析 盾构下穿站场引起的地表及轨道变形的因素包括：（1）开挖面土压不平衡引起的土体损失；（2）同步注浆量不足，地层反应速率过快；(3)盾尾与衬砌环之间的空间未能及时充填引起的土体损失；(4)注浆材料固结收缩；(5)隧道渗漏水造成土体的排水固结；(6)衬砌环变形和隧道纵向沉降；(7)土体扰动后重新固结。其中前三项是施工直接影响的主要风险源，施工中需重点控制。 为分析盾构下穿国铁站场的沉降规律，采用了 MIDAS/GTS 进行动态数值模拟分析。其中地层采用实体单元，Mohr-Coulomb 材料模拟；管片采用 shell 单元，

8、用弹性材料模拟；采用 Mohr-Coulomb 屈服准则；铁路计算荷载，按中-活载，时速 160km/h 进行均布荷载转换，转化铁路股道范围内的均布荷载按 100kpa 考虑。管片厚度 300mm。 3.2 开挖数值模拟（不采取保护措施） 左线盾构开始掘进，掌子面前方土体卸荷，地面开始沉降，带动铁路路基沉降约 4mm。随着左线盾构的进一步掘进，地面沉降在累积，沉降区域在不断扩大，至左线盾构完全通过铁路，铁路路基最终沉降量达到10.1mm。 右线盾构开始推进，沉降量变化不大，沉降范围在扩大，铁路路基沉降保持在约 10.8mm；右线盾构推进结束，铁路路基沉降最大达到约 11. 7mm，见下图 2。

9、沉降范围在右线一侧扩大，和左线连为一体。 图 2 无加固条件下右线下穿通过模拟结果 3.3 数值模拟结果分析 通过观察分析每一开挖步周边岩土体产生的位移变化量得出以下三点结论： 1）每一步开挖后，掌子面前方约 5m 范围内因为土体卸荷导致地层开始下沉，但由于盾构机在掌子面处有一定的支护作用，地层下沉引起的铁路路基下沉量不是很大，约 35mm。 2）随着盾构机的推进，在掌子面后方约 10m 范围内由于盾尾空缺以及建筑空隙引起地层沉降逐渐加大，从而导致铁路路基沉降逐渐增大，最大时达到近 11mm。 3）开挖面过去约 1015 米后，地层的扰动逐渐消失, 同时, 盾尾脱出后产生的周边岩土与管片间的建

10、筑空隙得到了盾尾同步注浆的及时填充, 对地层产生了很好的支撑, 有效的抑制了地层沉降的进一步发展，铁路路基沉降也开始趋于稳定。 3.4 加固处理措施 为抑制铁路路基沉降，一般有地面加固及洞内处理两种方法。本区间穿越国铁站场、京广铁路,地面加固会造成列车停运,施工场地受到较大限制,采用洞内加固措施。 加固后再次进行数值模拟计算，计算参数选取：铁路计算荷载，按中-活载，时速 160km/h 进行均布荷载转换，转化铁路股道范围内的均布荷载按 100kpa 考虑。管片厚度 300mm。洞内注浆加固范围管片外四周0.2m，加固后的土体无侧限抗压强度 0.8MPa，弹性模量 70MPa，黏聚力取 40KPa，内摩擦角取 40 度。