1、1密实粉土地层中盾构隧道下穿铁路的影响分析及风险控制研究摘要：郑州市轨道交通号线一期工程某盾构区间隧道下穿既有铁路梁桥，工程场区地质主要为密实粉土层。为保证在区间盾构下穿过程中既有铁路梁桥的运营安全，控制梁桥的不均匀沉降，文章首先运用 GTS对盾构下穿既有铁路梁桥进行了三维模拟，分析得出在不采取保护措施的情况下，梁桥的沉降超过了陇海铁路路基沉降允许值。结合上述情况，通过采用改良袖阀管注浆与洞内加固的措施，经验算可以将桥体沉降控制在允许沉降值以内，满足铁路安全通行要求。 关键词：盾构隧道;密实粉土层;下穿铁路;沉降分析;加固措施 中图分类号：U455 文献标识码： A Analysis of i
2、nfluence of metro shield tunneling crossing underneath railway in the compact powder soil and study of protection scheme ZHU Ying1 ,YANG Xiao-yan2 (1.Zhengzhou Urban Rail Transit Co.Ltd. Zhengzhou 450000;2. CHINA RAILWAY TUNNEL SURVEY compact powder soil; cross underneath railway; settlement analysi
3、s; reinforcement measures 随着轨道交通事业的迅猛发展，以及轨道交通线网规模的不断加大，地铁区间隧道下穿建构筑物的情况也日益复杂，其中下穿既有铁路的案例也开始普遍。因既有铁路对沉降的要求十分严格，通过在地铁盾构施工过程中对既有铁路的影响分析，根据分析结果采取可靠有效的加固措施，如注浆加固1-2，严格控制盾构掘进过程中的施工参数3等，是保证铁路安全运营的有效手段。 本文以郑州轨道交通 2 号线一期工程某区间下穿既有铁路梁桥为依托，采用数值模拟的方法对在密实粉土层中盾构隧道近距离下穿既有铁路梁桥引起的梁体沉降及风险控制技术进行了分析研究。 1、工程概况 3郑州市轨道交通 2
4、 号线一期工程某区间隧道下穿陇海铁路下行客线桥。该桥为钢筋混凝土梁桥，桥桩基为单墩四桩，桩长 28.3 米，桩径 1米，桥梁运营状态良好。盾构隧道直径为 6 米，结构顶埋深约为 8.77 米，穿越处左线距西侧桥桩约 4.6 米，右线距东侧桥桩约 4.6 米。 图 1 区间隧道与客线桥平面位置关系图 2 区间隧道与客线桥剖面位置关系 Fig.1 Plan view for the railway and tunnel Fig.2 Sectional drawing for the railway and tunnel 2、工程地质与水文地质 该区间工程场地所处地貌单元为黄河阶地地貌。场地分布地层
5、自上而下可分为以下几个单元层：第(1)层人工填土层；第(4)、(5) 层一般粉土、粉砂层；第(6)层粉土层、钙质胶结层；第(7)层为粉质粘土层。隧道穿越地层主要为 5-5 粉土层，标贯值为 28，地层密实。 本场地勘察期间，场地地下水类型为潜水。地下水主要赋存于以下-5 以下的粉质粘土层、粉土层中。因-5 以上均为粉土、粉砂层，故不存在相对隔水层。稳定水位埋深为 17.4023.90m，地下水位标高为79.5980.85m，地下水位年变化幅度为 1.01.5m。位于区间隧道底板以下约 5m 位置。 3、盾构隧道下穿铁路梁桥模型建立及数值分析 3.1 模型建立及计算参数 模型简化介绍：采用 GT
6、S 对盾构通过陇海铁路梁桥时的梁桥变形进4行了三维模拟。考虑盾构通过过程中对 5 倍洞径以外的土体基本无影响，故 5 倍洞径以外的土体基本无变形。故选取模型范围为竖向 55m、横向85m、纵向取 66m。考虑此范围外的土体无变形，故限制选取模型各面垂直面方向的位移。 铁路计算荷载，按中-活载，时速 160km/h 进行荷载转换，陇海铁路客线梁桥桥墩承载的集中荷载为 3000kN。管片厚度 300mm。地面车辆超载，按城-A 级荷载换算，取 20KPa。洞内注浆加固范围为管片外四周0.2m，加固后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，容
7、重 20kN，泊松比 0.3。 土层力学指标见下表： 表 1 土体力学指标 Table 1 Mechanical indices of ground 层号 土层名称 厚度/m 重度/(kN/m3) 压缩模量/Mpa 内摩擦角/。 黏聚力/KPa 1 杂填土 1.4 19 9 10 10 5-4 粉砂 5.1 18.5 22 30 0 5-5 粉土 7.9 19.8 9.6 26.2 12.5 6-1 粉质粘土 15 19.9 10.1 20.3 26.2 7-1 粉质粘土 30.5 19.5 9.9 14.3 25.9 3.2、陇海铁路梁桥桥体模拟分析 隧道纵向长度取 66m，隧道开挖按每个工
8、况开挖 1.5m，开挖半径取3.14m。取工况 1 为第一环盾构开挖，工况 2 为第一环管片拼装和第二环5盾构开挖，工况 3 为第一环同步注浆、第二环管片拼装、第三环盾构开挖。如此循环往复，单线共取 46 个工况。 计算结果表明，左线盾构开始掘进，掌子面前面约 5m 范围内土体卸荷，地层开始沉降，带动桥体沉降，桥体沉降约 2mm。左线盾构进一步掘进，沉降范围在扩大，沉降量在累计，直至左线盾构完全通过陇海铁路梁桥，沉降量达到约 5.6mm。右线盾构开始掘进，沉降范围在扩大，沉降量变化不大，桥体沉降维持在约 5.6mm。右线盾构完全通过陇海铁路梁桥，穿越过程中，桥体最大沉降达到约 7.3mm。盾构掘进过程中，桥体沉降超过了 6mm，不能满足铁路安全行车要求。
