分析地鐵盾構(gòu)隧道近距離下穿既有鐵路隧道安全性

◎程磊

引言：處于新構(gòu)建盾構(gòu)隧道范圍內(nèi)的右線隧道長(zhǎng)度為2457 m，并且在里程SDK45+250.146～SDK45+295.146 這一范圍內(nèi)下穿既有鐵路路基。普鐵設(shè)有有砟軌道，運(yùn)行時(shí)速可以達(dá)到160 km/h，屬于國(guó)家一級(jí)電氣化鐵路，其中鐵路路基包括表層和底層，厚度分別為4 m 和2 m。鐵路軌道面到區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)的凈距離大概是26 m，比隧道直徑大了1 倍。左右線隧道的埋深有22 m，兩者的中心線距離為28 m。進(jìn)行隧道施工時(shí)，優(yōu)先選擇左線隧道，待左線隧道施工完成并停機(jī)后，再進(jìn)行掘進(jìn)右線隧道。

一、有限元模型構(gòu)建

本論文運(yùn)用底層-架構(gòu)-實(shí)體三維模型（詳情見(jiàn)圖1 所示），巖土體使用的是摩爾-庫(kù)倫本構(gòu)。因?yàn)槁坊軜?gòu)與隧道兩者間的地點(diǎn)關(guān)系是相對(duì)而言的，將模型（圖1）的尺寸設(shè)置為：x×y×z=100 m×100 m×65 m，x 代表的是平行盾構(gòu)施工方向，y 代表的是垂直盾構(gòu)施工方向，z 代表的是地層豎向。樁界面參數(shù)中，法向剛度模量、剪切剛度模量、最終剪力的取值分別是250 000 kN/m3、25 000 kN/m3、150 kN/m2。左右隧道中心線之間相距28 m，隧道埋深22 m。優(yōu)先對(duì)左線隧道施工，施工完畢關(guān)停機(jī)器之后對(duì)有線隧道加以施工。盾構(gòu)隧道的內(nèi)外徑分別是5.5、6.2 m，注漿層的厚度為0.33 m，利用二維板殼單元來(lái)對(duì)盾殼與管片進(jìn)行模擬。另外，盾構(gòu)管片每環(huán)是1.5 m，千斤頂力為100 kN/m2，掘進(jìn)壓力與注漿壓力分別是120、150 kN/m2。

圖1 數(shù)值計(jì)算整體模型圖

二、計(jì)算結(jié)果分析

下表是路基總體在左線隧道（掘進(jìn)第1 到第5 步）和右線隧道（掘進(jìn)第6 到第10步）在不同掘進(jìn)步驟下的沉降數(shù)值。

表1 路基整體在不同施工步下的最大沉降值

根據(jù)表1 可以看出，盾構(gòu)隧道的施工會(huì)給路基整體的沉降值造成影響，伴隨施工的持續(xù)開(kāi)展，沉降數(shù)值會(huì)逐步變大。……