盾构区间下穿既有铁路箱桥三维数值研究和控制措施

《盾构区间下穿既有铁路箱桥三维数值研究和控制措施》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、盾构区间下穿既有铁路箱桥三维数值研究和控制措施　　摘要：本文对盾构隧道下穿既有铁路箱桥时的影响进行与盾构掘进步序较为吻合的三维数值分析，对三维模型的建立过程的相关参数进行了研究，并提出了较为符合实际的相关假定。同时根据三维分析结果，在确保安全的前提下，对盾构下穿铁路箱桥，大胆采用盾构洞内注浆加固为主的控制措施，改变了传统的盾构下穿铁路的地面铁路架空或地面注浆加固的加固方式，较大的减少了加固费用和加固实施难度，可为类似工程提供参考。关键词：三维模拟；模拟简化假定；同步注浆中图分类号：U455.43文献标识码：A1引言伴随着国内经济实力的不断提升，越来越多的城市开始规划或正在实施地铁工程建设，城市

2、交通网也在大力发展，地铁区间隧道下穿建构筑物的情况越来越多。区间隧道下穿铁路箱桥，对沉降和变形的控制要求较高。沉降一般要求控制在6mm以内，结构变形引起的附加应力应满足原结构的受力要求。9文献【1】对盾构下穿框架桥进行了二维GTS模拟，仅模拟了开挖和管片架设的步骤，数值模拟沉降达到21mm，不能满足目前铁路部门对列车通行安全日益严格的沉降限制要求。而对盾构下穿框架桥进行三维模拟，准确模拟盾构开挖步骤，考虑同步注浆、掌子面前方压力影响，较准确的模拟盾构掘进过程的文献尚不多。本文对盾构下穿铁路框架桥进行了三维数值模拟，提出了一些有针对性的、较为符合实际的模拟假定。较为准确的模拟了盾构通过时掌子面压

3、力、同步注浆影响，施工步骤的先后顺序等，同时提出了洞内注浆为主的相应控制措施，极大的减少了盾构下穿铁路桥的加固工程量，具有较好经济价值。2工程概况郑州市轨道交通2号线一期工程陇海东路站～帆布厂街站区间从帆布厂街站始发，下穿陇海铁路货线箱桥，到达陇海东路站。陇海铁路货线分为上行和下行两座箱型框架桥，该桥与铁路法线交角为28°，均采用四孔（7+12+12+7）m钢筋混凝土连续箱桥。箱桥沿铁路方向斜向长度51.3m，横铁路方向6.6m。陇海铁路在此区段内为碎石道床，混凝土轨枕。陇海东路站~帆布厂街站区间在YDK22+145.756～YDK22+166.631位置处下穿该部分桥梁，隧道结构顶距框架桥底

4、板约8m。9图1陇海铁路货线桥现状图2区间隧道与货线桥平面位置关系图图3区间隧道与货线桥横剖面位置关系图3工程地质与水文地质陇海东路站～帆布厂街站区间工程场地所处地貌单元为黄河阶地地貌。场地分布地层自上而下主要有人工填土层、粉砂层、粉土层、粉质粘土层。本场地勘察期间，场地地下水类型为潜水。稳定水位埋深为17.40~23.90m，地下水位年变化幅度为1.0~1.5m，位于区间隧道底板以下约3m位置。三维数值模拟及分析4.1模型简化假定及计算参数选取模型简化假定：采用GTS对盾构通过陇海铁路箱桥时的桥体变形进行了三维模拟。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

5、变形。故选取模型范围为竖向55m、横向120m、纵向取36m。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。管片厚度取0.3m。盾构洞内同步注浆加固范围取管片外0.14m。根据郑州粉土粉砂地层注浆加固的实验数据，加固后的土体取无侧限抗压强度0.8MPa，弹性模量70MPa，黏聚力取40KPa，内摩擦角取40度，容重20kN，泊松比0.3。9隧道纵向长度取36m，隧道开挖按每个工况开挖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、第三环同步注浆。如此循环往复，单线共取26个工况。考虑工况1

6、土体第一环位置的应力释放30%，工况2第一环的土体应力释放30%，工况3第一环的土体应力释放40%。如此循环往复。地勘参数的选取不考虑杂填土的影响，各层参选如下。土层地勘参数层号地层名称层厚（m）内摩擦角(。)黏聚力（KPa）5-1粉土7.727.714.95-4粉砂53005-5粉土2.726.212.56-1粉质粘土14.420.326.2铁路计算荷载，按中-活载，时速160km/h进行均布荷载转换，换算均布荷载为160KPa。管片厚度300mm。桥涵内地面车辆超载，按城-A级荷载换算，取20KPa。4.2下穿过程中的桥体沉降与隆起模拟9左线盾构开始掘进，掌子面前面约5m范围内土体卸荷，地

7、层开始沉降，带动桥体沉降，桥体沉降约3mm。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箱桥，沉降量达到约5.2mm。右线盾构开始掘进，沉降范围在扩大，沉降量稍有增加，桥体沉降维持在约6mm。右线盾构完全通过陇海铁路箱桥，穿越过程，桥体沉降范围在进一步扩大，桥体最大沉降维持在约6mm。4.3盾构掘进过程中箱桥桥体受力计算在盾构掘进过程中，箱桥桥体底板最大负弯矩38