地铁盾构隧道下穿铁路安全控制研究

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1、地铁盾构隧道下穿铁路安全控制研究　　摘要：本文根据地铁盾构隧道下穿京广铁路实际地质情况、开挖影响范围、加固措施、铁路路基、隧道与轨道结构等，建立了盾构隧道下穿既有铁路安全评价的有限元模型。对土体、“纵抬横挑”工字钢梁和桩支承的位移分析表明，虽然在盾构隧道开挖过程中，铁路边坡部分会有一定的位移，但经过加固之后，其位移大小在安全范围之内。工字钢梁因其抗弯刚度比较大，因受到铁路荷载而产生的竖向位移值处于安全范围之内。地铁盾构隧道下穿京广铁路线是安全可靠的。其结论可供类似工程参考。关键词：地铁,盾构隧道,下穿铁路,施工,安全评价

2、中图分类号：U455.43文献标识码：A文章编号：当地铁隧道穿越既有建筑物时，为了确保既有建筑物的安全，必须对既有建筑物采取加固措施和隧道的特殊施工工艺，以确保既有建筑物和地铁施工安全。地铁隧道穿越时，既有建筑物和隧道相互作用，受力与变形十分复杂，必须进行安全监测和理论分析，以便对安全性进行评价。理论分析和安全评价方法很多，而有限元分析是最普遍方法。8本文利用有限元软件，对长沙地铁1号线新建西路站～铁道学院站盾构区间，地铁隧道穿越京广铁路时的安全性进行评价，以确保京广大动脉的安全和地铁隧道施工安全。1工程概况长沙地铁1号

3、线新建西路站～铁道学院站右线区间长1757.15米。左线区间长1759.547米。线间距为10.4～22.8m。区间左右线均采用盾构法施工。隧道结构内径为5.4m，外径6.0m，采用300mm厚C50钢筋混凝土管片衬砌。地铁区间左右线分别在京广铁路K1575+75和K1575+100里程处下穿。京广铁路为Ⅰ级铁路。穿越段位于京广铁路单渡线道岔区，道岔为12号道岔。上下行线间距5m，铁路道床类型为碎石道床，道床厚度约0.45米。穿越段铁路路基为路堑，北侧边坡锚固桩支护，南侧为浆砌片石护坡。护坡桩为直径1.8米的人工挖孔桩，

4、桩底标高约为41.5m。盾构区间与护坡桩桩底之间竖向净距约为2.4米。铁路北南两侧分别有一排水明渠。盾构区间隧道施工影响范围内的铁路设施有：铁路上、下行线、P60-1/12道岔、道岔转辙机2组，调车信号机一架，接触网立柱2根，两侧排水渠，铁路电务、供电和通信电缆管线。为确保地铁隧道跨越京广铁路时安全，在铁路轨道底部设置横抬纵挑的工字钢纵梁和横梁，并对铁路路基进行加固。2有限元计算模型2.1基本假定8在有限元模拟计算过程中，特别假设如下：1.盾构始发与到达施工对端头周围土体的影响是一个渐变的过程；2.工程的地表变形属于小变

5、形问题；3.土体可以视为一种非线性材料；4.同一种材料为均质、各向同性。2.2有限元计算模型的建立根据盾构隧道下穿京广线实际地质情况、类似工程经验、隧道开挖影响范围和计算机资源限制，有限元计算模型取70m×60m×48m的计算范围，符合设计说明文件中取铁路两侧各15m，以及沿铁路延伸方向70m的计算范围要求。区间穿越京广铁路段地层自上而下为杂填土、粉质粘土（2-1-1）、粉质粘土（2-1）、粉质粘土（3-1),卵石（3-9），左线隧道结构位于粉质粘土（2-1-1）、粉质粘土（2-1)中；右线隧道结构位于粉质粘土（2-1-

6、1）和卵石（3-9）中。本文在计算过程中对地层条件适当简化，简化后不影响计算结果的合理性。主要地层计算参数如表1所示。表1主要地层计算参数Table1Calculationparametersofmasterstratum8有限元计算模型网格的划分采用自动划分实体网格的方法。其中，隧道开挖盾构部分、盾构管片衬砌单元、铁路路基和“横抬纵挑”纵梁和横梁单元划分大小取1；其余土体部分单元大小取4，没有出现不必要的自由边界。建立的有限元计算模型边界条件采用地基边界条件。荷载有三种：自重荷载、盾构开挖土舱压力、铁路荷载。工况共划分

7、三种，如下。工况一：初始地应力分析；工况二：采用“横抬纵挑”法对铁路进行加固，并对铁路路基进行注浆加固；工况三：盾构开挖土体。综合以上建模分析，建立了端头土体加固有限元计算模型如图1所示：图1三维有限元计算模型Fig.1Three-dimensionalfiniteelementmodel其中，有限元计算模型中的“纵抬横挑”加固梁以及桩支承、桩土间的接触单元模型如图2所示，盾构开挖过程中，管片支护单元如图3所示.图2“纵抬横挑”梁及桩支承单元图3盾构管片衬砌单元Fig.2Elementofthebeamandthepil

8、ebearingFig.3Elementofthesegmentlining83计算结果分析3.1位移分析3.1.1土体位移分析由图4所示的盾构开挖过程中土体DX方向的位移可以看出，在盾构穿越京广线部分的边坡，会出现DX方向的位移，也即边坡会出现向铁路方向滑移。但是，由于此处边坡已经经过加固，其滑移最大值为4.03m