地铁隧道下穿既有铁路施工时的地基加固分析

霸　黪　懑　囊　誊　ｌ　ｌ　潮曩静　疆　誊，／　／　Ｍ／　￣　Ａ／！　Ｉ／　Ｉ　蓠氍簦　鞣　囊攫　强　地铁隧道下穿既有铁路施工时的地基加固分析　高志刚　冯　超。　（１．西安科技大学建筑与土木工程学院，７１００５４，西安；２．中铁七局集团西安工程公司，７１００３２，西安∥第一作者，讲师）　摘要地铁隧道在下穿既有铁路施工时，保证铁路运营安　全是施工中的关键问题之一。通过建立ＦＬＡＣ三维数值模　型，对南京地铁ｓ８线某段盾构隧道下穿既有宁启铁路进行　了计算分析，并根据计算结果建议对铁路路基采取地基注浆　加固措施。对加固后的地基重新进行计算，同时制定了地基　变形监测方案。监测结果表明，地铁隧道盾构施工时，影响　地面沉降的因素由地基和施工参数共同作用组成。在地铁　隧道下穿铁路施工时，对铁路地基进行的注浆预加固保护措　施和盾构掘进过程中对施工参数进行的动态调整，保证了地　铁隧道施工期间该铁路的运营安全。　关键词地铁隧道施工；下穿既有铁路；地基加固；数值　分析　中图分类号Ｔｕ　４７２：Ｕ４５６　Ｄ０Ｉ：１０．１６０３７／ｊ．１００７—８６９ｘ．２０１５．０６．０２３　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ　ｆｏｒ　Ｍｅｔｒｏ　Ｔｕｎｎｅｌ　Ｃｒｏｓｓ‘　ｉｎｇ　ｕｎｄｅｒ　Ｅｘｉｓｔｉｎｇ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｇａｏ　Ｚｈｉｇａｎｇ，Ｆｅｎｇ　Ｃｈａｏ　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｉｎ　ｔｈｅ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｏｆ　ｍｅｔｒｏ　ｔｕｎｎｅｌｓ　ｔｈａｔ　ｃｒｏｓｓ　ｕｎ—　ｄｅｒ　ｔｈｅ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｒａｉｌｗａｙ，ｏｎｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｋｅｙ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｉｓ　ｔ０　ｅｎ—　ｓｕｒｅ　ｔｈｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｓａｆｅｔｙ．Ｂｙ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｉｎｇ　ａ　ＦＬＡＣ　３Ｄ　ｎｕ—　ｍｅｒｉｃａｌ　ｍｏｄｅｌ，ａ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｈｉｅｌｄ　ｔｕｎｎｅｌｌｉｎｇ　ｏｎ　Ｎａｎｊｉｎｇ　ｍｅｔｒｏ　Ｌｉｎｅ　ｓ８　ｔｈａｔ　ｃｒｏｓｓｅｓ　ｕｎｄｅｒ　Ｎａｎｊｉｎｇ—Ｑｉｄｏｎｇ　Ｒａｉｌｗａｙ　ｉｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ，ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｏｆ　ｇｒｏｕｔｉｎｇ　ｔｏ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅ　ｔｈｅ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ａｒｅ　ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔ．Ｔｈｅｎ　ｔｈｅ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ　ａｇａｉｎ　ａｎｄ　ａ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｓｃｈｅｍｅ　ｏｆ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｍａｄｅ，ｗｈｉｃｈ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｉｎ　ｍｅｔｒｏ　ｔｕｎｎｅｌ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｆａｃｔｏｒ　ｔｈａｔ　ｉｎ．　ｆｌｕｅｎｃｅｓ　ｇｒｏｕｎｄ　ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ　ｃｏｎｓｉｓｔｓ　ｏｆ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃｏｎ—　ｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｔｈｅ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｏｆ　ｇｒｏｕ—　ｔｉｎｇ　ｔｏ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅ　ｔｈｅ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｂｅｆｏｒｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｙ—　ｎａｍｉｃ　ａｄｊｕｓｔｉｎｇ　ｓｈｉｅｌｄ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｄｕｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｈａｖｅ　ｅｎｓｕｒｅｄ　ｔｈｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｓａｆｅｔｙ　ｏｆ　Ｎａｎｊｉｎｇ・－Ｑｉｄｏｎｇ　Ｒａｉｌ－－　ｗａｙ・　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　ｓｍｅｔｒｏ　ｔｕｎｎｅｌ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ；ｃｒｏｓｓｉｎｇ　ｕｎｄｅｒ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｒａｉｌｗａｙ；ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ　Ｆｉｒｓｔ－ａｕｔｈｏｒ　ｓ　ａｄｄｒｅｓｓ　Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎ—　ｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ　ａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　７１００５４，Ｘｉ　ａｎ，Ｃｈｉｎａ　新建地铁隧道下穿既有铁路线施工时，会对既　有铁路线的结构和轨道产生影响。不同的施工方　法、控制技术措施在不同的施工阶段对既有铁路线　变形的影响是不同的。地铁隧道盾构下穿施工是一　项存在多项不确定因素的综合工程，或多或少会引　起铁路轨道的前后不平顺及整体沉降或差异沉降等　现象，这些都会给铁路的安全运营带来很大的不确　定因素　。苏州某地铁隧道盾构下穿高铁路基采　取板桩结构和注浆联合支护的方法；北京地铁５号　线崇文门站下穿２号线崇文门渡线段，采取大管棚　和注浆联合支护的方法。无论采取何种方法进行地　基加固，保证地铁隧道施工不影响既有轨道线路的　运营安全一直是倍加关注的工程问题。　本文对南京地铁Ｓ８线某段盾构隧道下穿既有　宁启铁路施工时的地基加固作数值分析。该地铁盾　构左线下穿铁路高填路基，而右线下穿铁路刚构桥。　探究盾构下穿时二者及其结合处的地表变形规律和　保护措施是本文研究的重点。　ｌ工程概况　南京地铁ｓ８线一期工程作为南京市２０１４年青　奥会交通配套工程之一，始自南京市大桥北路，终至　六合区金牛湖风景区。全线共设１７座车站，其中高　架站１１座，地下站６座。该线的方州广场站一沈桥　站区间为盾构施工隧道，在Ｋ２８＋９５１．７７０处左右　线（线间距为２０　ｍ）分别下穿既有的宁启铁路路基　和钢构桥。其中，左线穿越铁路路基段长度约３３　ｍ　（２８管环），从铁路路基表面算起埋深约１６　ｍ；右线　穿越钢构桥长度约１６　ｍ（１３环），从地面算起埋深　约１０．５　１ＴＩ。地铁隧道与既有宁启铁路的平面关系　示意图见图１所示。　・　１　０５　・　溺ｌ　ｌ窝　鹂　菇　ｌ　袖阀管注浆技术进行地基加固。袖阀管是一种只能　下穿宁启铁路前，统计前１００环的施工工况，如盾尾　漏浆发生超过２次，则需盾构进入宁启铁路界限３０　向管外出浆，不能向管内返浆的单向闭合装置。可　以根据地层情况调整灌浆长度，实现定量、定尺、可　ｍ范围前，在当前环将油缸推进至最大行程；并检　查第三道盾尾密封刷的完好状况，如有损坏则对此　道盾尾刷进行更换。盾构下穿宁启铁路段的地铁隧　道平面线型为缓和曲线与直线段，穿越区纵断面为　４％ｏ的上坡。盾构穿越前将盾构平面姿态控制在　±２０　ｍｍ之间，偏下一５～一２０　ｍｍ；应严格控制同　步注浆，及时检查渗漏浆并结合地表沉降现场监测　情况，做好二次注浆。　控灌浆，还可重复灌浆。钻孔和灌浆分开，以提高钻　孔、灌浆设备的利用率。　地铁隧道左线下穿铁路路基长为３３．８１９　ｍ，右　线下穿铁路刚构桥长为１５．６４７　ｍ，其中地基加固区　的左线对应隧道长度为５２环，右线地基加固区对应　隧道长度为３５环。　注浆范围为：铁路刚构桥下地基的加固深度大　于隧底１　ｍ；铁路路基的地基加固区长、宽、深分别　为３６　ＩＴＩ、２０　ｍ、２５　ｍ。根据模拟数值计算可知，将地　基承载力提高７～１０倍即可满足要求。根据施工经　验，浆液采用水泥浆，水与水泥的重量比为１：２，采　用３２．５号普通硅酸盐水泥。水泥掺量为被加固土　４铁路地基加固效果检验　为了对铁路地基的加固效果进行检验，特设置　地基沉降监测点，其平面布置见图５所示。地基沉　降实测结果如表２所示。　刚构桥　体的１８％。加固２８　ｄ后经相关单位检测，无侧限抗　压强度大于１．０　ＭＰａ，符合计算结果。对铁路刚构　桥下进行地基加固时金江公路左右车道交替围挡施　工，注浆采用２套设备从南北两侧对称同步注浆，为　防止地层隆起，注浆压力控制为０．２～０．５　ＭＰａ。　３．２盾构施工技术　线　９　１０＃　在盾构掘进过程中，除了适时调整土仓压力、推　左　力、刀盘扭矩及掘进速度外，在进入铁路路基下前　１（）环时，刀盘压力每环增大０．０１２　ＭＰａ；在越过路　基１Ｏ环时，刀盘压力每环减小０．０１　ＭＰａ。ＣＤ＇ｂ，在　表２铁路地基沉降观测一览表　分项　监测点号　图５地基沉降监测点平面布置图　隧道左线开挖时地表沉降　隧道右线开挖时地表沉降一０．５　０．３　—１．８　—１．２　—３．０　—２．１　—１．８　—３．４　—０．３　—２．０　０．３　—１．１　０．７　—０．７　０．５　—０．４　０．３　—０．２　０．１　０．０　注：正值表示地表隆起，负值表示地表沉降　现场监测结果表明，铁路地基沉降规律和未加　固之前的数值模拟计算相比基本一致，但是沉降值　已经有了很大的改观。结合图５和表２可知，隧道　左线开挖后，隧道顶部铁路路基产生沉降，并在左线　上方岩土层形成典型沉降槽，沉降最大值约３　ｍｌＴｌ，　位置为隧道的顶部铁路正上方。刚构桥底部由于隧　道腰部的变形挤压而出现微小隆起，单独开挖左线　对刚构桥的影响明显比单一隧道开挖要大，但刚构　桥整体沉降值明显在安全可控范围之内。　５结语　１）在地铁隧道施工中，无论采取哪种施工方　法，都不可避免对周边围岩造成一定程度的扰动。　扰动大小与开挖方法、隧道埋深、隧道间距、地质情　对刚构桥的扰动并不显著。随着右线的开挖，铁路　况等有关。特别是地铁隧道需下穿既有铁路线施工　路基顶部的沉降继续发展，靠近刚构桥侧沉降值明　显增大，而刚构桥西下角则由于右线的开挖由隆起　时，施工前采取数值模拟预测方法是一个决定地基　是否加固的有效手段。　（下转第１２５页）　变为沉降，其沉降值约为０．７　ｍｍ。两隧道成型后　・１（１Ｒ・　潮　釜　≥　长波不平顺测量结果的对比。　在全线长波不平顺的检测结果中，还可以提取　从图５可看出，磁浮线路线形动态检测系统检　测到的列车同一天往返于同一条轨道的线路动态线　形，以及同一天不同时段的线路动态线形的长波不　平顺一致性良好。　得到支墩位置处的长波偏差值。　图６是高速磁浮线路线形动态检测得到的轨道　梁支墩位置处的长波偏差，可以用于指导线路线形　借助计算机技术，在软件界面中不仅可以显示　线路全线的长波不平顺曲线，还可以根据线路设计　数据库显示列车的通过速度、轨道的线路参数等信　息。而且，在软件界面中，可以方便地实现不同时期　的维护。与传统大地测量相比，动态检测可更方便　地得到线路线形的实际状态。　§　＼　堪　鼙　圈　图６支墩位置的波形偏差　４结语　通过对高速磁浮线路线形动态检测的阐述和分　析，可以得到以下的结论：　用于检测磁浮线路线形的状态，还为线路维护提供　了依据。　本论文工作由“十二五”国家科技支撑计划“高　速磁浮交通工程化集成系统研究”（课题编号：　２０１３ＢＡＧ１９Ｂ０１）资助。　１）高速磁浮线路线形动态检测受外界因素的　影响小，且测量结果具有很高的稳定性、可靠性。　２）与传统大地测量相比，高速磁浮线路线形动　态检测系统具有很高的工作效率，大大降低了线路　线形检测的成本。　３）高速磁浮线路线形动态检测结果不仅可以　（上接第１０８页）　参考文献　［１］吴祥明．磁浮列车［Ｍ］．上海：上海科学技术出版社，２００３．　［２］钱立新．世界高速铁路技术［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，２００３．　（收稿日期：２０１４—１１—２０）　２）考虑既有铁路线的运营安全，铁路地基加固　刘招伟，王梦恕，董新平．地铁隧道盾构法施工引起的地表沉　方法宜选用袖阀管注浆，既方便快捷，又容易控制注　浆范围。数值模拟计算显示，未进行地基加固时，地　降分析［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００３（８）：１２９７．　童利红，徐祯祥．地下工程近距离穿越地铁既有线施工技术综　述［Ｊ］．市政技术，２００８（２）：１１７．　杨广武，关龙，刘军，等，盾构法隧道下穿既有结构三维数值模　拟分析＿Ｊ］．中国铁道科学，２００９（６）：５４．　彭坤，陶连金，高玉春，等．盾构隧道下穿桥梁引起桩基变位的　数值分析ＥＪ］．地下空间与工程学报，２０１２（３）：４８５．　吕培林，周顺华．软土地区盾构隧道下穿铁路干线引起的线路　沉降规律分析［Ｊ］．中国铁道科学，２００７（２）：Ｉ２．　铁隧道左线开挖引起铁路路基段沉降，而刚构桥和　路基接茬处呈现隆起，接近安全控制值；而注浆加固　后与未注浆工况相比，地基沉降变化趋势一致，但沉　降最大值已降为３　ｍｍ左右，隆起最大值为０．７　ｍｍ，已远远小于安全控制值，不影响铁路安全　运营。　韩煊，刘赖炜，Ｊａｍｉｅ　Ｒ．隧道下穿既齑线的案例分析与沉降分　析方法［Ｊ］．土木工程学报，２０１２（１）：１３４．　杨福麟，刘永林，胡斌．武汉地铁隧道开挖引起地表沉降的数　参考文献　［１］程雄志．地铁盾构下穿高速铁路情况下的路基加固与轨面控　制ｒＪ］．城市轨道交通研究，２０１３（２）：８９．　值模拟研究［Ｊ］．工程地质学报，２０１３（１）：８５．　（收稿日期：２０１４一ｉ１一（）１）　・　１２５　・