盾构隧道下穿既有铁路路基及桥梁桩基施工过程影响研究

发表时间：2017-06-15T15:09:56.943Z 来源：《基层建设》2017年6期 作者： 龙春江

[导读] 本文以北京地铁十号线为例，探讨了盾构隧道施工的过程中，铁路路基以及桥梁桩基受到的影响，并且陈述了相应的计算内容，提供了计算下穿模拟的思路。

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摘要：随着社会不断的发展，人们对出行效率要求的不断提升，铁路基础工程的建设数目正在日益增加。由于我国幅员辽阔，各地的地形地貌上也有很大的差距，在铁路架设过程中如果出现了山体，其中一个解决的办法就是进行隧道的挖掘和建设。本文以北京地铁十号线为例，探讨了盾构隧道施工的过程中，铁路路基以及桥梁桩基受到的影响，并且陈述了相应的计算内容，提供了计算下穿模拟的思路。 关键词：盾构隧道；铁路路基；桥梁桩基；影响

1、铁路路基以及桥梁桩基在盾构隧道施工的过程中受到的影响

在盾构隧道进行施工的过程中，引发铁路和桥梁在结构上产生变形最主要的因素主要有：①因为开挖面在应力释放方面引发了相应的弹塑性变形，从而致使地层反力在大小以及分布方面的改变；②因为地下水位的变化导致覆土层固结并且沉降，让垂直方向上的土壤结构承受更大的压力；③因为正面土壤产生过大的压力而导致弹塑性变形，致使作用土承受的压力增加；④由于盾构推行是附近土壤受到影响而导致土壤结构上的变化，导致弹塑性的下降，致使土壤对桩基产生的反作用力在分布和大小上的变化。

因为以上这些外部条件产生了变化，导致地面路基以及桩体出现下沉或者倾斜等方面的改变。实际的影响程度是由路基与桩基的结构和强度等内在特征所决定的。而且在对附近项目施工产生的影响进行研究的时候，还应该考虑到盾构跟桩基距离、施工范围大小以及所在地点的地质结构和条件等。

因为产生影响的因素纷繁复杂，盾构推进导致的铁路路基和桥梁桩基结构上的变化务必要以理论计算作为基础。而在工程施工中导致的土层沉降以及桩基变形都跟地质结构有比较大的关系，所以要结合地层结构的模型加以分析。 2、理论计算的具体内容和方法 2.1计算的内容

计算的主要内容有两个方面：①地铁十号线施工对京九铁路的路基在沉降方面产生的影响；②对京沪高铁和动车线路山桥梁结构在变形方面的影响。 2.2计算的方法

采用ANSYS软件，并利用三维模式的地层结构的模型，研究盾构隧道在穿越时导致的铁路路基和桥梁桩基的形态变化。 2.3计算的假设

①在对盾构区间进行新建的过程中，对铁路路基和桥梁桩基的影响只以正常的情况条件考虑，不将地震等特殊情况考虑进去；②我们假设盾构区间跟铁路路基和桥梁桩基的土壤结构变形协调的原则相符合；③评估的前提是盾构的挖掘过程处于正常可控的良好状态。 3、下穿过程模拟计算 3.1计算模型

3.1.1模型的范围和边界的条件

计算模型的尺寸为：水平一百四十六米，竖直四十米，线路纵向二百零七米。模型的周围约束是每个面法向位移的约束，将地表当做自由面，而对模型的底部设计出竖向的约束。计算模型只是以路基跟桥梁桩基的底下结构加以模拟，地面以上的结构将转化成荷载在承台上直接体现。模型的坐标原点设置在隧道以北的京沪动车线路的桥墩承台上，x、y、z轴分别为与路基垂直的水平方向、桥梁走向以及竖直的方向。

3.1.2单元类型和破坏准则

①进行计算的时候我们要假设围岩是具有连续性特质的介质，所有的主要结构都是利用实体单元进行模拟。②考虑到在对围岩进行挖掘的过程产生的塑性变形状况，土壤结构使用的塑性准则是drucker prager。而其他基本结构则是采用线弹性的本构关系。 3.1.3参数

依照地质报告所供给的数据，针对一定范围内的土壤结构加以合并，然后就土层的相关参数加以综合性的取值。高架桥的承台和桩基使用c30强度的混凝土，而管片则使用c50强度的混凝土。 3.1.4荷载的计算

模型荷载的计算范围是：模型自身重量、土壤的压力以及上部的荷载。地面超载使用压强为二十千帕的情况，而桥梁基础的荷载是依据方案设计来取值，路基与车辆的荷载按照土柱的高度换算得出。 3.2工况的计算

参考盾构隧道和铁路、桥梁在空间上的关系去考虑对现有结构产生的影响，共有六道工序：①自西向东对左侧的盾构加以推进，推进到铁路的路基边沿；②铁路和桥梁的穿越；③左侧完成盾构的推进；④自西向东对右侧的盾构加以推进，推进到铁路的路基边沿；⑤铁路和桥梁的穿越；⑥右侧完成盾构的推进。这些工况只是考虑到了工程施工时最难的阶段，所进行的计算只分析了在左侧和右侧挖掘的过程中对铁路路基以及桥梁桩基产生的影响。 3.3分析相关的计算结果 3.3.1铁路的路基

根据测算的结果可以得出这样的结论，铁路路基顶侧的沉降值最大量产生于整个隧道的正上方，铁路的路基因为受到桥梁桩基一定约束，一侧的沉降量会比较小，另一侧比较大，而沉降槽的总长度大概是七十米。由于右侧隧道顶部的结构受到了两次挖掘工作的影响，沉降比与左侧相比要大一些。并且因为该铁路是高路基，所有边坡的坡脚在沉降量方面数量更大，而且会出现一定的位移，必须要确保它的边坡在抗倾覆性方面的能力。 3.3.2桥梁桩基的沉降量

通过一定的计算可以得出相关的结论：当隧道在桩基中穿过的时候，会致使桩基朝着隧道的反方向上产生位移。中间的墩台会因为左

右两侧的隧道先后实施挖掘工作，导致先出现左侧隧道的位移，然后是右侧隧道的位移。而墩台则发生了最大的沉降，并且要与后进行挖掘工作的隧道靠近。

4、研究结论和相关建议 4.1研究结论

①工程施工最后出现的沉降是6.4毫米，沉降值最大部位都是在隧道上方的路基位置，沉降槽大概是七十米。路基产生的沉降量比较大，并且沉降槽也比较长，因此应该对京九铁路加以相应的防护。②桥梁桩基在竖直方向上最大的变形是0.66毫米，水平方向是0.48毫米，工程施工造成的位移比较小，基本可以确定工程施工不会对其产生影响。 4.2相关建议

想要对盾构隧道下穿给铁路路基和桥梁桩基带来的影响加以控制，首先要确保盾构挖掘掌子面稳定，并且要尽量降低地层的损失。其中盾构挖掘掌子面稳定应该由盾构挖掘的参数来决定，而底层损失的控制怎是由注浆的及时填充以及在洞中实施二次注浆实现的。 结束语：

本文主要结合北京地铁的十号线盾构隧道下穿对附近的铁路路基跟桥梁桩基的影响做出了探讨。得出结论为其对于铁路路基会产生较大的影响，应该在工程施工以后对路基加以一定的防护措施，而对于桥梁桩基的影响比较小，基本可以忽略不计。希望本文的探讨能给我国本行业的具体项目施工提供一些思路。 参考文献：

[1]王博,张保国.地铁施工中既有桥梁的桩基础托换技术[J].铁道建筑,2011（4）：47一48.

[2]周正宇,苏杰.地铁施工对邻近既有桥梁主动防护技术的研究[J].都市快轨交通,2012（6）：69一71.