盾構(gòu)下穿鐵路箱涵施工變形控制技術(shù)研究

1、摘 要:結(jié)合南昌地鐵 1 號線區(qū)間隧道在丁公路北站師大南路站區(qū)間下穿京九鐵路箱涵橋工程，采用有限差分程序?qū)Χ軜?gòu)施工過程中土層及結(jié)構(gòu)的變形進行了仿真計算，分析了隧道施工對鐵路橋、公路路面與軌道結(jié)構(gòu)的影響。計算結(jié)果表明，框構(gòu)橋的整體沉降最大沉降量超過標(biāo)準(zhǔn)限值，必須對框構(gòu)橋底板下部土層進行加固，建議檢測框構(gòu)橋底板脫空程度，及時進行注漿加固處理，以保證地鐵隧道安全順利穿過運營鐵路橋。關(guān)鍵詞:盾構(gòu)隧道 框構(gòu)橋 沉降變形 近年來，隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程的開展，城市軌道交通得以持續(xù)快速發(fā)展，地鐵下穿既有建( 構(gòu)) 筑物工程較多，這類工程施工難度高、風(fēng)險大，一旦出現(xiàn)問題，將會造成極大經(jīng)濟損失。因此，開展地鐵

2、下穿既有建( 構(gòu)) 筑物工程變形控制技術(shù)研究，保證既有設(shè)施安全服役，具有十分重要的意義。本文以南昌地鐵 1號線盾構(gòu)穿越京九鐵路箱涵為例，重點研究盾構(gòu)下穿過程中既有鐵路箱涵橋、公路及地鐵區(qū)間隧道的變形情況，提出相應(yīng)的變形控制技術(shù)，為類似工程提供參考。1工程概況 南昌地鐵 1 號線區(qū)間隧道在丁公路北站師大南路站區(qū)間需下穿京九鐵路箱涵橋?？辈靾龅貫橼M江級階地，地震設(shè)防烈度為度?？辈炱陂g( 枯水期) 區(qū)段地下水水位標(biāo)高為 9. 68 11. 22 m，地下水位位于隧道頂板以上。京九鐵路箱涵橋基礎(chǔ)底標(biāo)高為 11. 70m，基礎(chǔ)底距隧道 7. 12 m。工程位置及地層情況見圖 1。2沉降計算分析2. 1計

3、算模型與參數(shù) 隧道及鐵路橋模型均采用現(xiàn)場實際尺寸，框構(gòu)橋模型為 50. 00 m ×37. 10 m ×55. 80 m。共劃分131 88 6個單元，140 343個節(jié)點?？紤]到框構(gòu)橋與各層土體在初始應(yīng)力平衡及加載期間會出現(xiàn)滑移與脫空，在框構(gòu)橋與土層之間建立接觸面。計算模型如圖 2 所示。 計算采用彈塑性三維地層與結(jié)構(gòu)共同作用模式，地層、支護結(jié)構(gòu)等參數(shù)均參照前期的現(xiàn)場勘察報告選取。參數(shù)如表 1 所示。區(qū)間隧道支護參數(shù)如表 2所示。 管片幅寬 1. 2 m，厚度為 0. 3 m，盾構(gòu)機主機長度為 8. 0 m，盾構(gòu)外徑 6. 1 m，同步注漿壓力上部為 0. 20MPa，下

4、部取為 0. 15 MPa，掌子面土壓平衡力 0. 20MPa。公路荷載按照均布荷載施加，取為 20. 00 kPa。列車荷載按照 ZK 荷載施加，荷載如圖 3 所示。2. 2正常施工計算結(jié)果分析 本次計算用提高土體力學(xué)參數(shù)的方法模擬盾尾同步注漿加固效果，首先掌子面施加頂進壓力，盾殼支撐上覆土壓力，待盾尾脫離后，激活管片單元，并在盾尾上部土層表面施加同步注漿壓力，下部施加 0. 5 倍的上部注漿壓力，上行和下行隧道前后錯開開挖。2. 2. 1區(qū)間隧道圍巖的變形分析 區(qū)間隧道拱頂沉降監(jiān)測點布置如圖 4 所示。區(qū)間隧道拱頂沉降分布如圖 5 所示。 由圖 5 可知，由于路面荷載與列車荷載的作用，隧道

5、拱頂各測點均產(chǎn)生了輕微的初始沉降。隨著開挖環(huán)數(shù)的增加，由于盾殼的支撐作用，距離掌子面距離近的測點拱頂出現(xiàn)微小沉降，而距離掌子面距離遠的測點，對土的擾動較小，沉降量幾乎為 0，當(dāng)開挖至第 8 環(huán)時，盾尾脫出，應(yīng)力得到一定的釋放，發(fā)生較大沉降量，之后拼裝管片，施加注漿壓力，拱頂沉降有所減小，當(dāng)盾尾脫出左線后，該測點沉降量達到最大值 22. 00mm，超過限值 10. 00 mm。由圖 6 可以看出，右線的開挖與左線的開挖規(guī)律相同，最終右線沉降量最大值為25. 45 mm，右線拱頂下沉量超過限值 10. 00 mm。2. 2. 2隧道施工對框構(gòu)橋的影響分析 1) 框構(gòu)橋的沉降分析 框構(gòu)橋沉降監(jiān)測點布

6、設(shè)如圖 7。圖 8 為框構(gòu)橋底板沉降圖?？梢钥闯? 左線開挖時，框構(gòu)橋底板由于剛度較大，底板沉降量較為均勻，且框構(gòu)橋底板沉降隨著開挖環(huán)數(shù)的增加而逐漸增加，當(dāng)盾構(gòu)掌子面到達框構(gòu)橋底板，由于盾殼的支撐作用，盾構(gòu)機通過框構(gòu)橋過程中，框構(gòu)橋的沉降量變化較小，基本在 9. 0 mm 左右，當(dāng)盾尾脫出框構(gòu)橋后，沉降量逐漸增加。右線開挖時，框構(gòu)橋沉降量也逐漸增加，最終框構(gòu)橋沉降量最大值為 23. 1 mm，超過限值 15. 0 mm。 2) 框構(gòu)橋差異沉降分析 隧道施工將會引起框構(gòu)橋出現(xiàn)差異沉降現(xiàn)象，過大的差異沉降將導(dǎo)致框構(gòu)橋底板出現(xiàn)裂縫，因此，有必要對框構(gòu)橋的差異沉降進行計算。測點布設(shè)見圖 9。沉降差異見

7、圖 10，由圖 10 可以看出，左線通過時，隨著開挖環(huán)數(shù)的增加，框構(gòu)橋角點沉降量逐漸增加，當(dāng)開挖至第 8 環(huán)時，盾尾脫出，最終角點沉降量最大值為15. 20 mm，右線通過時角點下沉量最大為 25. 03 mm。差異沉降為 5. 38 mm，遠小于要求 0. 001L = 0. 001 ×30 800 = 30. 80 mm( L 為橋跨長) 。 3) 隧道施工對路面的影響分析 框構(gòu)橋路面沉降監(jiān)測點布設(shè)見圖 11。沉降量見圖 12，由圖 12 可以看出，左右線隧道的開挖規(guī)律相同: 由于初始路面荷載與列車荷載的作用，主路路面各測點均產(chǎn)生了輕微的初始沉降，且距離框構(gòu)橋遠端位置處的拱頂沉降

8、量小于正對框構(gòu)橋下方拱頂沉降量。隨著開挖環(huán)數(shù)的增加，由于盾殼的支撐作用，距離掌子面距離近的測點，路面只出現(xiàn)微小沉降，而距離掌子面距離遠的測點，對土的擾動較小，沉降量幾乎為 0。當(dāng)開挖至框構(gòu)橋時，由于盾殼的支撐作用，沉降量變化較小，最終路面下沉量為 23. 3 mm，超過限值 10. 0 mm。 4) 隧道施工對軌道結(jié)構(gòu)的影響分析 軌道結(jié)構(gòu)沉降測點布設(shè)見圖 13。沉降量見圖 14，由圖 14 可知，左線和右線隧道通過后，軌道最大沉降量為 3. 24 mm，小于限值 4. 00 mm，軌道結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)。3盾構(gòu)下穿鐵路框構(gòu)橋加固措施分析3. 1加固措施簡介 由數(shù)值計算結(jié)果可知，正常施工條件下，隧

9、道拱頂、框構(gòu)橋及公路路面沉降均會超標(biāo)，需采取加固措施保證地鐵區(qū)間隧道施工時鐵路橋的運營安全。通過分析及專家論證，本次施工擬采用路面布設(shè)帶角度的注漿加固和管片內(nèi)注漿孔注漿的方法對鐵路箱涵進行加固，共分為兩個階段進行。 盾構(gòu)推進到達前，鐵路線路預(yù)加固。采取通過框構(gòu)橋底面進行袖閥管加固，在路面布設(shè)帶角度的注漿管對隧道拱部土層進行注漿加固，注漿管傾斜角度15°，加固范圍為框構(gòu)橋底板下 3 m 范圍內(nèi)土層。并且框構(gòu)橋以及前后各10 m 范圍內(nèi)進行注漿加固，加固后固結(jié)模量不少于 250 MPa。鐵路橋地基加固平面布置如圖 15 所示。 為了保證鐵路的安全，線路下部主加固區(qū)的注漿工藝如下: 采用分

10、層注漿加固，實施第一層斜孔注漿，注漿孔與地面的夾角為 15°，并采用復(fù)合漿液，縮短膠凝時間，以控制注漿壓力和擴散范圍，減小注漿對基床的影響; 第一層斜孔注漿完成后，進行下部深層注漿加固，注漿壓力和注漿速度應(yīng)根據(jù)線路變形的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行調(diào)整。注漿引起的隆起量控制在 2 mm 以內(nèi)。線路外側(cè)的過渡區(qū)，應(yīng)根據(jù)地形和地表建筑物情況，進行適當(dāng)?shù)淖{加固。鐵路橋地基加固剖面布置如圖 16 所示。3. 2加固后計算結(jié)果分析 加固后計算模型如圖 17 所示，框構(gòu)橋沉降云圖如圖 18 所示。 49%，區(qū)間隧道拱頂下沉量為 8. 0 mm，公路路面沉降量為7. 2 mm，各項均滿足本次施工設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)要求。4結(jié)語 地鐵區(qū)間隧道下穿鐵路框構(gòu)橋施工風(fēng)險大，計算結(jié)果表明框構(gòu)橋的整體沉降最大沉降量達到 25. 25mm，超過標(biāo)準(zhǔn)限值。因此，必須對框構(gòu)橋底板下部土層進行加固處理。本次施工采用路面布設(shè)帶角度的注漿管注漿加固和管片內(nèi)注漿孔注漿加固的方案，能有效改善圍巖及上部土層性能，將框構(gòu)橋、公路及區(qū)間隧道本身的沉降控制在容許的范圍內(nèi)。 同時，在車輛、施工等動荷載作用下