谈地铁盾构隧道侧穿高铁桥梁影响

【摘要】：文章针对天津地铁某区间下穿京津城际延长线及京秦高铁存在的难点和风险，采用MidasGTS有限元软件对复杂地层和桥桩基础相互影响状况进行了数值模拟分析。结果表明，桥梁桩基与承台产生不同程度沉降，桥桩产生了水平变形，但量值较小，满足相关规范的要求。

【关键词】：地铁；隧道；高铁；桥梁；地表沉降；盾构

近年来城市轨道交通发展迅速，地铁线路穿越高铁桥梁的情况频繁出现，盾构隧道穿越高铁桥梁势必会对高铁运营产生一定影响[1～2]。盾构下穿铁路引起铁路变形，导致线路不平顺，道床不均匀沉降；因此应严格控制盾构施工对高速铁路产生的变形[3～4]。诸多学者[5～7]对地铁盾构隧道下穿高铁桥梁已有部分研究并取得了一定的成果，但对近距离穿越高铁桥梁桩基的研究还较少。

1工程概况

天津某地铁区间为双洞单线隧道，区间依次下穿京山铁路路基段、津秦客专及京津城际延伸线高架桥。盾构区间侧穿高架桥桩基，左线与桥桩基最小水平净距约5.99m，右线与桥桩基最小水平净距约2.90m。京山铁路为普速有砟道床铁路，基础为路基结构，路基高度约地面上1.45m，盾构区间结构顶距离路基面约17.1m；秦客专及京津城际延伸线为高速铁路，为预应力混凝土简支箱梁，桥跨24m，单个承台下8～11根直径1m桩基，桩长60m。因此本工程的难点是盾构法下穿桥梁结构是否满足铁路的运营要求，评估盾构下穿高铁的安全性。

2模型建立

采用有限元软件MidasGTS模拟盾构施工。模型横向、纵向均为100m，竖向70m，隧道外径6.2m，埋深为17m。模型底部固定约束，四周法向约束，顶面为自由边界。见图1。盾构隧道管片采用壳单元模拟，桩基采用梁单元模拟，桥梁承台、围岩采用实体单元模拟，各地层参数见表1。

3位移场分析

1）承台位移见图2。由图2可以看出：隧道左侧桥梁承台位移主要为竖向沉降，在左右线隧道施工完成后达到最大，竖向位移最大值位于邻近隧道侧，为0.47mm，水平位移最大值为-0.40mm；隧道中间桥梁承台位移主要为竖向沉降，在左右线隧道施工完成后达到最大，竖向位移最大值位于邻近隧道侧，为0.67mm，水平位移最大值为0.13mm。2）桩体位移见图3。由图3可以看出：在盾构到达前，由于土仓压力作用，盾构对线路前方土体呈现一定的挤压趋势，一般情况下该趋势在一定程度上导致桩体弯曲变形，但影响量较小；因土体受压，在一定程度上侧摩阻力有增大的趋势，对桩体竖向受力（侧摩阻力及桩端阻力）基本没有影响；盾构到达时，由于土体开挖，桩周土体应力释放，松弛后，导致桩体产生位移变形；由于管片的变形和注浆压力的影响，桩体两侧受力不均，桩身体现为水平向远隧道方向移动。因此，在盾构施工过程中要控制桩身位移及变形，土仓内压力、掘进速度及出土速度的控制尤为关键。3）路基变形分析。沿京山铁路轨道方向，提取4个施工步中的路基沉降变形数值：左线通过京山铁路；右线通过京山铁路；左线贯通；右线贯通。见图4。由图4可以看出：当盾构左线通过京山铁路后，左线正上方的路基沉降变形最大，约为3.1mm；当盾构右线通过京山铁路后，右线上方的路基沉降变形渐渐增大；左右线贯通后，随着土层应力的重分布，路基变形趋于稳定，最大变形处位于左右线中心处。

4结论

1）地铁盾构施工对既有高铁桥梁会产生一定的影响，但承台、桩体的变形均在安全控制要求范围内。2）三维数值分析能够较好反映结构开挖对既有结构体位移、变形的影响，其计算结果能够与实际工程经验更好吻合，但由于有限元模型及土体本构关系的特点，计算值及影响范围可能会与实际值有一定差异。3）为确保施工安全，应采取一定的预处理及应急措施，以控制隧道施工对既有桥梁的影响。

参考文献：

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作者：周慧超 单位：中国铁路设计集团有限公司