地鐵隧道下穿施工對鐵路影響分析

王斌，魏東方

（合肥市市政設計研究總院有限公司，安徽 合肥 230041）

合肥軌道交通3號線芙蓉路站-習友路站區間采用盾構法施工，隧道沿翡翠路敷設，長約1151.322m，埋深約10m～19m。區間隧道于繞城高速與翡翠路交口處側穿蚌福聯絡線鐵路橋樁基礎。區間盾構左右線均從橋樁中間側穿，左線、右線盾構外邊緣距離鐵路橋墩最近距離分別為21m、27.1m，左右線間距為17.9m。鐵路橋橋墩承臺寬度10.4m，承臺下3排樁基，每排4根，樁徑為1.5m。圖1為地鐵隧道與橋墩相對位置圖。

圖1 地鐵隧道與橋墩相對位置圖

1 Peck經驗公式估算地面沉降

Peck于1969年提出地層損失的概念，并給出因隧道開挖引起地表沉降的經驗公式。該方法簡單實用，是預測由地下開挖施工引起地層位移及變形的首選方法之一，也是用用最廣泛的方法[1-3]。

其中：

Sx——橫向地表沉降量

Vl——盾構隧道單位長度的地層損失量（m3）

x——地表距隧道中心線水平距離

Smax——隧道中心線處的最大地表沉降量

i——沉降槽寬度系數（隧道中心線至沉降反彎點的距離）

R──盾構半徑

Z──盾構中心處埋深

由于隧道埋深越淺，盾構掘進對地面及鐵路橋樁影響越大，因此取隧道埋深最淺處典型斷面，隧道頂覆土厚度約13.5m；隧道水平間距越小，左右線隧道中間沉降疊加更大，故取線間距最小處約15m。

根據國內盾構下穿鐵路橋實測鐵路軌道及地面沉降反分析得出的地層損失比的經驗，一般盾構掘進時地層損失可控制在0.5%～1.0%。表1為不同地層損失率情況下盾構左、右線穿越鐵路線路沉降值。

不同地層損失下盾構穿越后線路沉降值 表1

《鐵路線路維修規則》規定鐵路路基沉隆在10mm以內，根據上面計算結果，本工程地層損失若控制在0.5%以內，盾構穿越累計地面沉降可以控制在10mm以內，滿足規定要求。

圖2 地層沉降曲線

2 三維數值模擬分析

根據風險源結構類型、保護級別、風險源與新建軌道交通的位置關系、風險源所處環境影響區的地質特點及施工工法等因素，并結合合肥軌道交通1、2號線的工程經驗，區間施工時對風險源影響的理論分析如下。

習友路站-芙蓉路站區間隧道側穿蚌福聯絡線橋樁基礎。高速橋外側樁基礎為直徑1500的鉆孔灌注樁，橋墩下樁長46m。為預測盾構推進對橋梁樁基的影響，采用MIDAS GTS NX通用有限元軟件對施工過程進行模擬。計算模型如圖3所示。土體采用Mohr-Coulomb準則模型，參數按地勘資料選取。隧道襯砌及橋梁均采用實體單元進行模擬。隧道襯砌材料參數按C50混凝土取用，橋梁樁基按其混凝土標號選取參數。土層主要取雜填土、②2黏土、⑥1分化巖3個土層。模型邊界條件為兩側采用水平約束，底部采用豎向及水平約束。

計算結果如圖4所示，橋梁樁基最大的位移0.4mm，故盾構開挖對高鐵橋樁無明顯影響。

圖4 數值模擬樁的位移

3 結語

合肥軌道交通3號線盾構芙蓉路站-習友路站區間側穿蚌福聯絡線鐵路橋樁基礎是本工程的重要風險源，本文通過Peck經驗公式估算地面沉降，結果表明隧道推進過程中地層損失若控制在0.5%以內，地面沉降可控制在規范要求范圍內。數值模擬結果也表明，盾構開挖對高鐵橋樁無明顯影響，對城市地鐵隧道下穿鐵路橋項目提供一定的借鑒。

[1]韓煊，李寧，Standing J R.Peck.公式在我國隧道施工地面變形預測中的適用性分析[J].巖土力學，2007，28(1):23-28.

[2]張碧雪,麻鳳海.基于徐州地層地鐵隧道施工的Peck公式修正[J].水利與建筑工程學報，2016(03).

[3]郭延華,吳龍海.南京地層地鐵隧道施工的Peck公式修正[J].河北工程大學學報(自然科學版)，2013(01).