1、铁路隧道小净距下穿桩网结构岩层稳定性分析摘要：铁路隧道小净距下穿桩结构存在围岩失稳、隧道结构破坏、桩基础变形的风险。结合某机场隧道下穿地下停车楼桩网结构，分析了隧道顶部岩层稳定性及隧顶附加荷载，确定了隧道下穿段维持岩层稳定的最小岩板、混凝土厚度，并明确了隧道施工风险控制措施，为相关工程提供参考。 关键词：铁路隧道；小净距；桩网结构；岩层稳定 中图分类号： U45 文献标识码： A 文章编号： 0 引言 土与结构物之间的相互作用问题，一直是岩土工程领域中一个重要的研究内容，国内外专家和工程技术人员已经对隧道施工对近接桩基的力学行为影响进行了研究,并提出了相关工程对策,隧道截面形状系数(宽高比)、
2、地应力大小(指侧压力系数)、埋深、泊松比以及施工方式等多种因素影响桩及隧道结构安全，安全、经济、可行的隧道下穿桩结构施工措施成为工程中的一个难点。 1 工程概况 本铁路工程以一个双线隧道、两个站台隧道的三个平行隧道下穿某机场拟建地下停车楼段，隧道结构横断面跨度分别为 14.4m、15.3m，隧道间净岩柱约 9m。本段桩网结构柱截面均为 0.7m0.7m，桩结构间距8m9m（横向纵向） ，地下车库底板与原始地表间回填土石，桩网结构单桩设计荷载 800 吨。地下停车场桩网结构与铁路隧道关系详见图12。 图 1 桩网结构与隧道平面关系图 图 2 桩网结构与隧道纵断面关系图 本段隧道埋深浅，局部隧道顶
3、部与桩底仅有约 7m 岩板，下伏 W2 灰岩、泥质灰岩夹白云岩（T1a） ，陡倾角节理、裂隙较发育，岩体较破碎，主要发育 910 组陡倾角节理，多为张开型，节理间距 0.51.2m，节理面较光滑，少数有薄层黏土充填，岩层内摩擦角 35，节理面凝聚力400kPa，饱和极限抗压强度 25Mpa，极限抗拉强度 1.0Mpa。工程建设工期建设时序为先行施作地下停车楼桩网结构，再进行隧道开挖。 2 岩层稳定性分析 本工程隧道顶部与桩底间岩层厚度较小，且浅表节理发育，隧道开挖下穿桩结构受岩石物理力学、岩层节理、软弱夹层等影响并非理想的均质体，且受隧道爆破振动、开挖扰动及应力释放可能引起围岩失稳或岩层破坏，
4、危机破坏桩网结构及机场地下停车场安全，桩及回填土附加荷载也可能对运营结构隧道结构产生破坏，影响铁路隧道运营安全。因此，必须对围岩稳定性及承载能力、隧道结构所承受荷载等进行分析和检算以确保机场地下停车场及铁路隧道施工与运营安全。 2.1 按洞室地基理论分析 当隧道顶板为完整岩体，且基础直接放置在其上时，按冲切破坏锥体验算顶板岩体的抗冲切承载力,见图 3。顶板岩体抗冲切承载力按下式计算1： (1) 对于矩形基础 。 图 3 冲切破坏示意图 表 1 按洞室地基理论单柱冲切破坏临界混凝土或岩板厚度为 3.3m 厚 C15砼板或 3.9m 厚灰岩、泥质灰岩夹白云岩岩板，如果桩底与隧顶混凝土厚度大于 3.
5、3m 或岩板厚度大于 3.9m 时隧道结构无桩附加荷载，结构与围岩稳定、安全。但计算中未考虑岩层节理面等不利条件，围岩稳定与否是偏于不安全的，需进一步研究隧道结构在不利情况下的荷载。 2.2 按人工洞室地基承载力分析 地面建筑物地基反力传至洞顶上的附加荷载,计算简图见图 4，按下式计算1： （2） 其中， -地面建筑地基反力产生的总下滑力， -洞顶岩柱侧面的摩阻力（KN） ， -洞顶岩柱侧面的粘阻力（KN） 。 图 4 人工洞室地基承载力示意图 表 2 按人工洞室地基承载力计算作为隧道衬砌设计荷载参考值，完全考虑岩体破坏，由摩擦力和粘结力来承载,计算结果保守。由本计算可知：在扩大基础 3 3m
6、 的情况下，岩板厚度为 10m 的最不利条件下结构承担竖向等效土柱约 40m，双线偏压衬砌可以满足结构受力要求。 3 工程处理措施 当隧道临近桥桩施工时，其加固措施可从隧道施工措施、变形控制措施以及桥梁结构措施三个方面进行考虑。施工措施包含施工工法、施工顺序、支护方法的优化；变形控制措施包含地层改良、施工影响隔离；桥梁结构措施包含桩基补强、桩基托换和桥梁上部结构加固等23。 本工程为隧道在硬质岩地层下穿桩结构，通过岩层稳定性及隧道荷载分析可知：隧道顶部混凝土厚度大于 3.3m、岩板厚度大于 3.9m 时岩层稳定，考虑到施工干扰及不利节理面的影响，设计考虑隧道顶板与桩底不小于 10m 厚岩层与混
7、凝土厚度，并按人工洞室地基承载力考虑隧道衬砌附加荷载。 设计中采用如下处理措施：在桩结构施工前，桩底与隧道顶部小于10m 岩板段，桩底应采用混凝土回填，以满足隧道顶至桩底间有不小于10m 的岩板和混凝土层；为保证回填混凝土受力的有效性，桩基础下回填的混凝土厚度不得小于 3m；桩底与隧道顶部有 1015m 岩板段，考虑到岩层节理切割及可能存在的溶隙的不利影响，该段柱基础结构需采用扩大桩基础；中间隧道先行，左右隧道错开掘进，采用 CRD 法施工，施工工艺要求分部开挖、化大为小、分块成环、步步封闭、环环相扣；全环工 20b 型钢钢架加强初期支护；控制爆破振速不大于 2.5cm/s，加强洞内外监测，并
8、采用加强二次衬砌。 4 结论 采取上述措施后，本工程下穿桩网结构段的三个平行隧道已顺利施工完成，施工中隧道顶部岩稳定、桩基础变形较小、隧道结构安全。实践证明该方法、措施具有安全性、经济性和可操作性，可为类似工程提供参考。 参考文献： 1重庆市建设委员会. 建筑地基基础设计规范S. 重庆：重庆建筑出版社，2006. 2王明年,崔光耀,喻波.广州地铁西村站近接高架桥桩基影响分区及应用研究J.岩石力学与工程学报, 2009, 28 (7). 3何海健.地铁洞桩法施工对邻近桥桩的影响与控制博士学位论文D.北京：北京交通大学. 作者简介：杨 雄(1982?)，男，2007 年毕业于西南交通大学土木工程学院隧道与地下工程专业，硕士研究生，中国中铁二院工程集团有限责任公司，工程师。
