旋喷桩加固对控制盾构下穿铁路变形数值分析
盾构隧道下穿高铁施工变形控制
盾构隧道下穿高铁施工变形控制发表时间：2019-07-17T15:20:04.323Z 来源：《基层建设》2019年第13期作者：卢雨田[导读] 摘要：本文介绍了杭州至海宁城际铁路某区间盾构隧道下穿高铁桥梁工程的施工情况。
中铁第四勘察设计院集团有限公司湖北武汉 430000摘要：本文介绍了杭州至海宁城际铁路某区间盾构隧道下穿高铁桥梁工程的施工情况。
由有限元建模分析和现场施工可得到结论：施工按照沉降控制和位移控制的要求，通过建立盾构试验段，设置隔离防护桩，掘进过程中结合现场监测数据，合理选择土压力、推进速度、同步注浆、二次补偿注浆等掘进参数，这一系列技术措施可有效保证地表沉降、桥墩位移处于可控范围，达到了预期的施工效果，为后续工程和类似工程提供参考。
关键词：盾构隧道;有限元分析;隔离桩;穿越施工;现场监测 Abstract:This paper introduces the construction of shield tunnel under the high-speed railway bridge project of hangzhou-haining intercity railway. Conclusions can be drawn from finite element modeling analysis and on-site construction, according to the requirements of settlement control and displacement control, a series of technical measures such as the shield test section is established, and the isolation guard pile is set. Combined with the in-situ monitoring data during the excavation process, the soil pressure, propulsion speed, synchronous grouting and secondary compensation grouting are reasonably selected，which ensure the surface settlement, the displacement of the pier is in a controllable range, and the expected construction effect is achieved.Key words:shield tunnel; finite element analysis; isolation piles; crossing construction; in-situ monitoring 0引言近年来随着城市轨道交通开发受到越来越广泛的关注[1-2]，盾构近距离穿越高铁桩基的问题就显得更为突出。
盾构区间下穿铁路影响分析及加固方案设计
盾构区间下穿铁路影响分析及加固方案设计随着城市建设的不断发展，地下管道网络、交通铁路等垂直于地面的公共设施逐渐增多，而地下施工中爆破、挖掘等操作也不可避免地会对这些设施造成不同程度的影响，特别是在盾构施工中，穿越地下管道和铁路是一项高难度的工程。
本文将围绕盾构区间下穿铁路的影响分析及加固方案设计进行探讨。
1. 火车运行的振动：铁路列车在行驶时产生的振动，会通过铁轨传导到地面，进而对周围环境产生冲击波，这些冲击波将对盾构施工过程中的环境产生不同程度的影响。
2. 土体受力变形：盾构区间下穿铁路时，施工区域会受到局部挤压和变形，导致地下土体的受力分布不均匀，产生不稳定性。
3. 轨道高度变化：由于盾构施工工作面高度较大，当施工至铁路下方时，必然要降低巷道开挖的高度，因此，铁路轨距和轨高会发生较大变化，这对铁路的安全运行会产生影响。
二、加固方案设计1. 施工前加强钢架支撑：在盾构施工之前，可以先在铁路线下钢架实施加强支撑，以增强对地下土体的约束力，降低变形概率，这将减少对铁路的影响。
2. 将盾构区间施工分期进行：可以将盾构施工区间进行分期，以便更好的掌握施工过程中的变形情况，减少对铁路的干扰，同时缩短施工周期也为后续的施工工作提供了更好的条件。
3. 采用足够的环片段落：在安装盾构管道时，应注意使用足够数量的环片段落或避开施工海拔与铁路轨道高度差较大的地段，以降低铁路受到干扰和损害的风险。
4. 增强铁路轨距、轨道、道基的承载力：通过加固铁路的轨距、轨道、道基，增强其承载力，可以降低盾构施工过程中对铁路的影响，提高铁路的抵御能力。
综上所述，盾构区间下穿铁路的影响分析及加固方案设计是一项复杂的工作，需要全面考虑施工的安全和周边环境的影响。
科学合理的加固方案设计将有助于保障施工过程的安全和地下管道和铁路设施的无损受到，也有助于提高工程的合理性和经济性，为城市建设提供坚实的保障。
地铁盾构下穿铁路站场施工变形监控
地铁盾构下穿铁路站场施工变形监控
随着城市轨道交通的大规模建设,盾构法施工在地铁建设中得到越来越广泛的应用,新建地铁盾构下穿既有铁路线路的情况越来越多,难度也越来越大。
地铁盾构隧道穿越铁路路基时,不可避免地对周围土体产生扰动,引起周围地层损失及路基沉降,造成铁路轨道的纵横向不平顺,影响列车的运营安全,存在很大的安全风险。
尤其是高速铁路运营的列车均为动车组,对轨道的纵横向平顺性要求极为严格。
盾构隧道穿越高速铁路工程属于高风险工程,这种因盾构隧道施工对高速铁路运营安全影响必须进行科学分析和评估,以确保运营安全。
在此背景下,本文分析盾构隧道穿越既有铁路站场产生的影响,对盾构施工过程进行合理的数值模拟计算和施工监测方案设计,针对本项工程提出合理的施工监测变形控制标准并对盾构施工全过程进行施工控制,以确保铁路运营安全。
本文以天津地铁6号线北竹林站~天津西站区间地铁盾构下穿铁路站场为背景,通过使用有限差分软件对盾构穿越铁路站场进行数值模拟,提出施工监测变形控制标准,对施工过程进行监测,并对数值模拟与实际工程监测结果进行了对比分析。
本文主要开展了如下研究工作:(1)采用有限差分数值分析软件,建立盾构下穿铁路站场的三维模型,模拟盾构隧道施工过程对铁路路基及其他建(构)筑物造成的影响,分析了不同工况下既有铁路路基及建(构)筑物的沉降变形规律;(2)对地铁盾构下穿铁路站场项目的实际监测数据进行整理和分析,得出施工过程中试验段地面、铁路路基、接触网杆及通信基站等沉降变形规律和铁路轨道几何形位的变化规律;(3)将数值模拟结果与实际监测数据进行对比分析,验证模型的准确
性,从而确定盾构施工监测控制标准和对施工参数进行优化,提出控制铁路沉降变形的有效措施,保障列车的运行安全与施工的顺利进行。
高压旋喷桩复合路基形态数值分析
河 南 城 建 学 院 学 报
Ｊｕｎ ｌ ｆ ｎｎ Ｕ ｉｅｓｔ ｆＵ ｂ ｎＣ ｎｔ ｃｉ ｏｒａ ａ ｎｖｒｉ ｏ ｒａ ｏｓｒ ｔ ｎ ｏ Ｈｅ ｙ ｕ ｏ
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文章编号 ：６ ４ ０６ ２ １ ）２ ０ ３ ４ １７ —７４ （０ ０ ０ —０ １ —０
工程 、 土工程 工作 。 岩
１ ４
１ ２ 施 工 过 程 模 拟 ．
ห้องสมุดไป่ตู้
河南城建学院学 报
２１ ｏ０年 ３ 月
施 工过程 主要包 括 高压旋 喷桩 的形成和路 堤填 筑等 ； 些施 工 过程都 相 当于在原 始 应力 场 中增 减 这 新 的荷 载或 改变土体 结构 而产生 多次应 力场 。利用 有 限元 法计 算成 桩 问题 时 ， 常采 用 等效 节 点力 法 通
Ｆ ： ａ１ ，＋ 一 ｋ：０ （ １ ）
式 中 ： Ｊ 分 别为应 力 张量 的第一 不变量 和应力 偏 张量 的第二不 变量 。 Ｉ、２
ａ：
ｋ： 兰
（ ２ ）
９＋３ｉ２ ｓ ｃ ｎｐ 、３＋ｓ ２ ， ｉｑ ｎ ｃ 和 分别 为粘 聚力和 内摩擦 角 。
当 ＞０时 ， 主应力 空 间 ， 在 德鲁 克 一普 拉格 屈服 准则 的 屈服 面是 摩 尔 一库仑 六 边形 锥 体 的 内切 圆 锥 。当 ＝０时 ， 克 一普 拉 格屈 服准则 就是米 塞斯准 则 。 德鲁
收 稿 日期 ：００— ２— ８ ２１ ０ ２
第一作者简介 ： 张鑫（９８ ， 河南潢川人 ， １７ 一） 男， 硕士 ， 黄河勘测规划设计有限公司工程师， 主要从事地质
盾构区间下穿铁路影响分析及加固方案设计
盾构区间下穿铁路影响分析及加固方案设计盾构区间下穿铁路是一种常见的隧道工程形式，它将地铁或其他地下通道穿过铁路线路。
这种施工方式可能会对铁路运行产生一定的影响，特别是在隧道下方的地基和地形条件不稳定的情况下。
在进行盾构区间下穿铁路的工程设计中，必须对影响进行全面的分析，并制定相应的加固方案。
需要对盾构区间下穿铁路的影响进行评估。
主要包括以下几方面：1. 地面沉降：盾构施工过程中，由于土壤开挖和管片安装等作业，可能会引起地面沉降。
如果地面沉降超过一定限度，可能会对铁路线路和轨道稳定性造成影响。
2. 动荷载：盾构机在施工过程中需要对地面施加动荷载。
如果施工现场距离铁路线路较近，动荷载可能会影响铁路线路的稳定性。
3. 隧道结构对铁路线路的影响：隧道施工完成后，隧道结构本身可能会对铁路线路产生影响，如地基的压实作用、振动等。
基于以上影响分析的结果，需要制定相应的加固方案，以确保盾构区间下穿铁路的安全运行。
加固方案设计的主要内容包括以下几个方面：1. 地面沉降控制：通过选择合适的土壤锚固技术、控制土壤开挖量和及时填充坑洞等措施，控制地面沉降至允许范围内。
2. 动荷载控制：通过加固隧道施工区域的周边土体，增强地基的承载能力，减小动荷载对铁路线路的影响。
4. 监测和预警系统：对盾构区间下穿铁路的工程进行监测和实时预警，及时发现和处理可能出现的问题，确保施工过程和运营期间的安全。
盾构区间下穿铁路的影响分析和加固方案设计是确保工程安全运行的重要环节。
在施工过程中，应该充分考虑土地和地形条件的不稳定性，制定科学合理的加固方案，确保盾构区间下穿铁路的安全。
还应加强监测和预警工作，及时发现和处理可能出现的问题，确保施工过程和运营期间的安全。
旋喷群桩复合地基承载特性的数值分析_安关峰 MIDAS GTS
层号
1 2 2
土类 名称
旋喷桩 土层 1 土层 2
弹性模量 泊松 重度 黏聚力
/MPa
比 /(kN/m3) /kPa
10 400 0.20 21.5 900
15
0.35 18.0
20
40
0.31 19.0
40
内摩擦角 /(°) 38 10 20
3 旋喷桩复合地基参数对地基承载 特性的影响
3.1 旋喷桩布置方式对复合地基承载特性的影响 图 2 为旋喷桩矩形布置和梅花形布置示意图。
908
岩土力学
2012 年
究旋喷桩的桩长对复合地基承载特性的影响，分别 建立了桩长为 5～19 m（以 1 m 为增量）的数值分 析模型，并将计算结果与基准模型结果进行比较（见 图 5）。
由图 5 可知，在桩长不变的情况下，桩间土在 地表的竖向沉降值最大；从地表至下方 1 m 深度内 的土体竖向沉降有一定量的减少；从地表下方 1 m 至桩底深度之间的土体沉降值基本不变；而从桩底 深度往下竖向沉降值则呈线性递减。在地面荷载一 定的情况下，随着旋喷桩桩长的增加，桩间土体地 表处的竖向沉降呈线性减少趋势。从图 5 还可看出， 在旋喷桩桩长改变的情况下，桩底下方土体的竖向 沉降曲线是基本重合的。这也说明旋喷桩加固复合 地基主要是减小了地表至桩底范围内土体的竖向沉 降值，而对下方的土体沉降基本无影响。
(a) 整体模型
(b) 旋喷桩网格模型
图 1 整体有限元分析模型及旋喷桩网格模型 Fig.1 Finite element models of foundation and chemical churning piles
表 1 旋喷桩桩体及土层材料参数表 Table 1 Physical parameters of soil and chemical churning pile
地铁盾构隧道下穿铁路变形的影响分析研究
地铁盾构隧道下穿铁路变形的影响分析研究发布时间：2022-11-16T00:53:32.166Z 来源：《工程建设标准化》2022年第7月第13期作者：吴景成[导读] 以武汉轨道交通某区间盾构下穿普速铁路为背景吴景成（中国铁路武汉局集团有限公司武汉武铁工程项目管理有限公司武汉市）摘要：以武汉轨道交通某区间盾构下穿普速铁路为背景，根据项目勘察、设计、施工、监测等情况，采用三维有限元软件对下穿铁路变形进行了预测，分析铁路设备受盾构隧道下穿施工的影响。
使用全自动全站仪、无线数据采集设备，进行选取典型的轨道测点进行数据分析，得出施工对铁路及监测设备的影响，确保施工的安全及铁路运营安全。
关键词：盾构；地铁隧道；地铁下穿；沉降预测；监测结果。
Analysis and research on the influence of the deformation of the subway shield tunnel under the railway ABSTRACT：Based on the background of a certain section of Wuhan Rail Transit that the shield tunnel passes through the general-speed railway, according to the project survey, design, construction, monitoring, etc., three-dimensional finite element software is used to predict the deformation of the underpass railway, and analyze the impact of the railway equipment under the shield tunnel. Wear construction effects. Use automatic total station and wireless data acquisition equipment to select typical track measuring points for data analysis, and obtain the impact of construction on the railway and monitoring equipment, so as to ensure the safety of construction and railway operation. Key words:Underpass construction; Metro tunnel; Underground subway;Settlement prediction; Monitoring results 1 引言近年来，随着城市化的大力发展，城市道路的拥堵越来越严重，对人们的出行造成很大的困扰。
地铁盾构长距离下穿对既有铁路框架桥影响的数值与实测分析
第19卷第1期2022年1月铁道科学与工程学报Journal of Railway Science and EngineeringVolume 19Number 1January 2022地铁盾构长距离下穿对既有铁路框架桥影响的数值与实测分析刘维正1,2，孙康1，戴晓亚1，艾国平3，雷涛3(1.中南大学土木工程学院，湖南长沙410075；2.中南大学高速铁路建造技术国家工程研究中心，湖南长沙410075；3.中交一公局集团有限公司，北京100024)摘要：地铁盾构近接施工产生的地层扰动与变形会对既有敏感构筑物使用安全造成威胁。
为分析盾构下穿施工对既有铁路建构筑物变形的影响，以长沙地铁6号线盾构长距离下穿京广铁路客货运框架桥为工程背景，建立盾构下穿施工的三维数值模型。
研究不同注浆压力、土仓压力及地层加固情况下框架桥和轨道的变形受力特性，并结合现场实测数据分析盾构掘进参数的变化特征及既有结构的变形规律。
模拟结果表明：盾构左线先行施工对框架桥和轨道变形的影响大于右线；注浆压力和土仓压力的提高，以及地层加固措施的采取，能有效控制框架桥和轨道的沉降变形；轨道结构变形随注浆压力和土仓压力的提高而减小，分别达到0.30MPa 和0.16MPa 后继续提升时对沉降控制效果逐渐减弱。
实测数据表明：右线盾构掘进参数相比左线较小且更稳定，总推力和刀盘扭矩控制在13000kN 和3500kN ∙m 以下可确保安全快速掘进；框架桥和轨道变形随盾构掘进变化明显，下穿前变形较小，下穿时变形开始增大，下穿后变形逐渐稳定；框架桥整体变形在−1.75～1.37mm 之间，轨道变形在−3～2mm 之间，轨道高低偏差和变形速率均小于控制标准。
在施工过程中应重点关注先行隧道的施工影响，并严格控制盾构掘进参数，合理选择地层加固措施，以保证既有铁路构筑物的运营安全，研究结果可为今后类似下穿工程设计与施工提供参考。
关键词：盾构隧道；长距离下穿；铁路框架桥；数值模拟；实测分析中图分类号：TU94文献标志码：A开放科学(资源服务)标志码(OSID)文章编号：1672-7029（2022）01-0208-11Numerical simulation and field monitoring of influence of metro shield tunnelundercrossing the existing railway frame bridge by long distanceLIU Weizheng 1,2,SUN Kang 1,DAI Xiaoya 1,AI Guoping 3,LEI Tao 3(1.School of Civil Engineering,Central South University,Changsha 410075,China;2.National Engineering Laboratory of High Speed Railway Construction Technology,Central South University,Changsha 410075,China;3.Reaserch Center CCCC Highway Engineering Co.,Ltd.,Beijing 100024,China)Abstract:The ground disturbance and deformation caused by the close construction of metro shield pose a threat to the safety of the existing sensitive structures.In order to analyze the influence of shieldundercrossing收稿日期：2021-01-30基金项目：国家自然科学基金资助项目(52078500，U1834206)；湖南省住房和城乡建设厅科学技术计划项目(KY201943)通信作者：刘维正(1982−)，男，湖南邵阳人，副教授，博士，从事交通岩土与城市地下工程研究；E −mail ：*****************.cnDOI:10.19713/ki.43-1423/u.T20210106第1期刘维正，等：地铁盾构长距离下穿对既有铁路框架桥影响的数值与实测分析construction on the deformation of existing railway structures,with the engineering background of the Changsha metro line6undercrossing Beijing-Guangzhou railway passenger and freight frame bridge,the three-dimensional numerical model of shield tunnel excavation was established.The influence of frame bridge and railway track in different grouting pressure,soil warehouse pressure and strata reinforcement condition were investigated.The change of shield tunneling parameters and the deformation law of the measured data were analyzed.The results are drawn as follows.The influence of left shield line on the deformation of frame bridge and track is greater than that of right shield line.The settlement deformation of frame bridge and track can be controlled effectively by increasing the grouting pressure and soil warehouse pressure and adopting the measures of stratum reinforcement. The deformation of track structure decreases with the increase of grouting pressure and soil warehouse pressure, and the control effect of track structure on settlement gradually decreases when it reaches0.30MPa and 0.16MPa respectively.According to the measured data,compared with the left line,the shield tunneling parameters of right line are smaller and more stable,and the total thrust and cutter head torque are controlled below13000kN and3500kN∙m to ensure safe and rapid tunneling.The deformation of frame bridge and track changes obviously with shield tunneling.The deformation is small before undercrossing,begins to increase when undercrossing,and becomes stable after undercrossing.The overall deformation of the frame bridge is-1.75～1.37mm,and the track deformation is-3～2mm.The height deviation and deformation rate of the track are less than the control standard.In order to ensure the safety of the existing railway structures,it is necessary to pay attention to the influence of the construction of the antecedent tunnel,strictly control the shield tunneling parameters,and choose the stratum reinforcement measures reasonably.The research results can provide a reference for the design and construction of similar undercrossing projects in future.Key words:shield tunnel;long-distance undercrossing;railway frame bridge;numerical simulation; measurement analysis随着城市化进程的深入推进，城市轨道交通网络的不断加密以及盾构法广泛应用于地铁施工，地铁盾构隧道穿越既有铁路构筑物，特别是框架桥的现象也越来越多。
盾构区间下穿铁路影响分析及加固方案设计
盾构区间下穿铁路影响分析及加固方案设计随着城市化的快速发展，城市交通建设的规划和实施已经成为每个城市必须面对的问题。
其中，隧道建设是城市交通建设中必不可少的部分。
然而，隧道施工往往需要穿过大型建筑或交通设施，如高速公路、城市轨道交通线路、铁路线路等，这就需要施工方在穿越这些设施时采取合适的措施，以保证建筑物和设施的安全性。
本文针对某盾构区间穿越铁路线路的情况进行影响分析及加固方案设计。
经过调查和研究，我们得出以下结论：1. 隧道出入口影响比较显著。
盾构隧道施工中，出入口区域是影响建筑物和设施安全的最关键区域。
在该区域，施工方需要采取特殊措施来保证穿越铁路线路时的安全性。
2. 铁路轨道的稳定性受到影响。
隧道施工过程中，挖掘土体受到应力的变化，容易导致周边区域的土体变形和沉降，进而对铁路轨道造成影响。
针对以上两个问题，我们制定了以下加固方案：1. 设计隧道出入口支护结构。
对于盾构隧道的出入口区域，我们建议施工方采用箱形支护结构或圆形支护结构进行加固。
这样可以确保施工过程中的水平和垂直变形控制在安全范围内，从而保证穿越铁路线路的安全。
2. 实施铁路轨道基础加固。
铁路轨道基础加固是确保轨道稳定的关键。
我们建议施工方采取以下措施来加固铁路轨道基础：（1）采用加固底板的方法。
（2）采用超前注浆技术，将固化混凝土注入洞口区域，强化周边土体。
（3）在铁路轨道附近设置警示标志，以保证运营期间人员和车辆的安全。
综上所述，针对盾构区间下穿铁路的影响，我们提出了出入口支护结构和铁路轨道基础加固方案，以保证穿越铁路线路时的安全性和稳定性。
这些方案的实施将对建筑物和设施的安全性和顺利运营起到积极的促进作用。
软土地区盾构下穿铁路地表变形规律研究
第24卷 第4期2008年2月甘肃科技Gansu Science and TechnologyV ol.24 N o.4Feb. 2008软土地区盾构下穿铁路地表变形规律研究曹剑峰,韦 凯(同济大学道路与交通工程教育部重点实验室,上海201804)摘 要:根据软土地区盾构下穿的地质情况,确定旋喷与注浆结合的加固方案,结合上海轨道交通11号线盾构下穿沪宁铁路实测数据,发现土体加固阶段,呈现出整体隆起的规律;在盾构下穿阶段,地表变形先隆起后下降;后续沉降持续时间较长,且占总沉降比例较大。
关键词:盾构隧道;下穿铁路;地表变形中图分类号:U445.91 盾构法施工由于施工速度快、精度高、振动小、噪声低,且对周围建筑物影响较小,在地铁隧道建设中得到了广泛的应用。
目前,我国盾构机主要用于软弱和富水地层(上海),普通地层(北京)和滑移岩层(广州),工程界针对盾构法施工前后的沉降规律进行了大量的研究,但是软土地区盾构下穿既有线铁路的工程实例较少。
本文通过对上海轨道11号线下穿沪宁铁路的工程案例,由大量实测数据,初步得出了隧道下穿铁路的沉降规律,为将来类似的工程提供参考。
表1 主要土层的物理力学性质参数表层号地层名称层厚m含水量%重度kN/m3孔隙比粘聚力kPa内摩擦角°压缩模量MPa静止侧压力系数K0①1人工填土0.8///////②1褐黄色粉质粘土 1.128.118.40.8213.019.0 5.450.53②2灰黄色粉质粘土 1.926.318.10.818.024.510.250.37③1灰色粉质粘土 6.240.517.4 1.1317.016.0 3.110.52⑤1-1灰色粘土 4.039.317.7 1.1116.011.5 3.140.56⑥1暗绿色粉质粘土 3.841.518.3 1.1318.013.5 5.410.511 工程概况上海市轨道交通11号线(赛车场站～同济嘉定校区站)北侧地面线与敞开段区间盾构隧道穿越沪宁铁路(铁路里程为D K24+581和D K24+593),呈南北走向。
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第4卷 第5期 地下空间与工程学报Vol.4 2008年10月 ChineseJournalofUndergroundSpaceandEngineeringOct.2008
旋喷桩加固对控制盾构下穿铁路变形数值分析3王庆国1,2,孙玉永3(1.上海市轨道交通申松线发展有限公司,上海 200092;2.同济大学土木工程学院,上海 200092;
3.同济大学交通运输工程学院,上海 201804)
摘 要:针对上海市轨道交通9号线一期工程R413区间上、下行线和出入段盾构隧道下穿南新铁路环线工程,通过建立三维有限元模型,分析了旋喷桩加固对于控制既有铁路变形的效果。通过计算分析可知,旋喷桩的存在能够有效控制盾构隧道施工引起的既有铁路纵向和横向沉降及不均匀沉降,从而保证既有铁路安全运营不受影响。关键词:旋喷桩;加固;盾构隧道;三维有限元
中图分类号:TU455.43;TB115 文献标识码:A文章编号:167320836(2008)0520860205
NumericalAnalysisofSettlementforaShieldTunnelUnder2passingtheExistingRailwaywithRotaryJetPileWANGQing2guo1,2,SUNYu2yong3(1.ShanghaiRailTrafficShensongLineDevelopmentCo.Ltd.,Shanghai200092
,China;
2.SchoolofCivilEngineering,TongjiUniversity,Shanghai200092,China;
3.SchoolofTransportationEngineering,TongjiUniversity,Shanghai201804,China
)
Abstract:Basedontheshieldtunnelingofthefirst-stageprojectofR413online9ofShanghaiurbanrailtran2situnder2passingtheNanxinrailway,a3D-FEMmodelisbuilt.Theeffectofrotaryjetpilereducingtheinfluenceofrailwayisanalyzedthroughthemodel.Analysisresultshowsthattheexistingrotaryjetpilecancontrolthedeform2ationandunevendeformationoftransverseandlongitudinaloftheexistingrailwayeffectively.Therefore,theexistingrailwaycankeepnormaloperations.Keywords:rotaryjetpile;reinforcement;shieldtunnel;3D-FEM
1 引言盾构法修建地铁隧道具有对周围环境影响小、施工安全快速、适应软弱地质条件等优点,已成为软土地区城市地铁隧道施工的最常用方法。盾构法施工时,往往会对周围地层产生扰动以及建筑空隙填充不充分,都会引起周围地层移动[1],地层移动一方面在地表引起不均匀沉降,另一方面直接引起地下近接结构物的变位。目前,围绕盾构隧道施工引起土体变形已做了不少的研究工作[2～4],但由于地质条件的复杂多变及施工参数的变化,使得研究成果具有一定的局限性。随着我国城市化进程的不断加快,受地上地下既有建筑物或地质条件的限制以及地下空间综合开发利用的需要,隧道间或隧道与其他结构物之间的距离越来越近,盾构隧道近距离下穿既有铁路就是一个很典型的案例。隧道下穿铁路引起的铁路线路变形,加剧了轨道的不平顺,不仅加大了轮轨间的冲击力,加速轨道架构和基床的破坏,对铁路运营安全也产生严重影响[5,6]。为了保证既有铁
3收稿日期:2008203210(修改稿)作者简介:王庆国(19732),男,上海人,博士研究生,主要从事轨道交通方面的设计和科研工作。E2mail:sunyuyong2
@126.com路的安全运营,目前采取的措施主要有两个,一方面对地基土进行加固处理,包括注浆加固、旋喷桩加固[7,8]等,另一方面是严格控制盾构推进时的施工参数[9,10],减少施工对地层的扰动。本文以上海市轨道交通9号线一期工程R413标为背景,采用数值模拟的方法就盾构隧道近距离穿越既有铁路时,旋喷桩加固对控制地表变形的作用进行分析,可为将来类似工程的设计、施工提供参考。2 工程概况上海市轨道交通9号线一期工程R413标段盾构隧道(九亭站-七宝站)位于上海市闵行区沪松公路沿线,线路呈西东走向。区间上、下行线和东出入段线盾构隧道在区间东西岔道井之间DK20
+664(=L2DK0+220)处下穿越南新铁路环线,铁路为双线铁路(路基宽约13m),位于隧道上方,与隧道基本正交(相交角约88°)。本段线路为上、下行线和东出入场线三线并行地段(均为直线段),
上下行线线间距为20m,而东出入断线位于上、下行线中间,三线间隧道净距仅为3.8m,上、下行线隧道埋深约9.1m,出入场线隧道埋深为7.8m。具体关系见图1所示。
图1 盾构隧道与南新铁路相互关系图Fig.1 ThesketchofrelationbetweentheshieldtunnelandNan-xinrailway 根据九亭站～七宝站区间详细勘察工程地质报告,盾构隧道穿越的主要地层为灰色粉质粘土和灰色粘土,具有软塑、高含水量、大孔隙比、高敏感度、受扰动沉降大、稳定时间长等特点,对控制施工引起的变形不利。主要土层的物理力学指标参见表1。根据已有的工程经验,隧道下穿越南新铁路施工必然会引起线路下沉,且经过5次大提速后,
沪杭线的列车行驶速度及行车密度均大大提高,不仅提高了沪杭铁路的保护等级,较大的列车动荷载也会增加盾构施工的难度。综合考虑以上因素,并结合既有工程经验,拟对旋喷桩加固对控制既有铁路变形进行研究,地基加固平面图如图2所示。表1 土层的物理力学指标Table1 Thedesignparameterofsoillayers
层号地层名称含水量W(%)重度γ(KN/m3)孔隙比e粘聚力C(kPa)内摩擦角φ(°)压缩模量(MPa)静止侧压
力系数K
0
②1褐黄色粉质粘土29.918.90.842819.05.450.53
②3灰色粉砂28.718.80.81437.510.250.37
③1灰色粉质粘土41.017.61.151516.03.110.52
⑤1a灰色粘土39.517.71.121711.53.140.56
3 数值模拟3.1 计算模型的建立隧道推进对既有铁路的影响是一个三维问题,且该线与既有铁路的夹角为88°,因此在模型建立中取为正交以简化计算。考虑到有限元分析中的边界效应,整体尺寸确定为:沿盾构隧道推进方向(纵向)尺寸为28m,沿铁路方向为100m,深度尺寸为36m。模型的边界条件如下:前后两面边界结点施加X方向的水平约束;左右边界结点施加Y方面的水平约束;底面结点,施加Z方向的竖向约束。模型中,土体、管片以及既有铁路均采用八结点六面体实体单元,有限元模型如图3所示。3.2 计算过程
1682008年第5期 王庆国,等:旋喷桩加固对控制盾构下穿铁路变形数值分析图2 地基加固平面图Fig.2 Planoffoundationreinforcement盾构施工过程的动态模拟采用刚度迁移法来完成[11]。主要步骤分以下几步:
(1)计算初始自重应力场,作为计算的初始阶
段;
(2)盾构机推进一步,周围的等代层低刚度单
元“生”;
(3)盾构推进到第二步,第一步周围地层应力
释放25%(偏于安全的取值),第二步周围土体低刚度单元“生”;
(4)盾构推进到第三步,第一步预设管片单元
“生”,同时对管片周围土体施加均布荷载,以模拟注浆压力的作用,第二步周围土体应力释放25%;
(5)盾构推进到第四步,第一步等代层低刚度
单元“死”,高刚度单元“生”,用以模拟注浆对周围土体的加固作用。
图3 有限元模型图Fig.3 Finiteelementmodule3.3 计算结果分析3.3.1 既有铁路的沉降对比分析盾构隧道施工过程为:先推进下行线隧道,随后推进上行线隧道,最后推进出入场段。在此仅对下行线隧道顶进过程中,有无旋喷桩存在时地表的变形规律进行研究,上行线和出入段顶进对地表的影响规律与此相同。既有铁路的沉降曲线如图4
所示。
图4 下行线隧道推进过程中地表的沉降曲线Fig.4 Verticaldisplacementofgroundsurfaceundershielddriving 从图中可以看出,盾构隧道推进对既有铁路纵向的影响长度为40m左右,且沉降规律符合Peck公式。未进行旋喷桩加固时,下行线隧道推进引起既有铁路的最大沉降量为21mm,位于隧道中心正
268地下空间与工程学报 第4卷