靈敏性軟土地區頂管施工對市域鐵路沉降影響分析

摘要：以溫州市政頂管軟土地區側穿市域鐵路為例，研究隧道工程中靈敏性軟土地區頂管施工方法對周邊市域鐵路的安全風險影響。對市域鐵路設計方案及頂管實施方案進行分析，要求頂管施工對市域鐵路設計方案影響可控。收集臨近市域鐵路段道路施工過程中對市域鐵路數值影響，獲取監測數據，并分析其影響。通過設置合理的掘進參數對頂管頂進的影響進行分析評估，以獲取可控的施工組織設計。總結道路施工對市域鐵路的影響，可評判軟土地區施工對市域鐵路影響程度，指導設置合理的掘進施工參數，進行巖土結構有限元分析，判定該頂管頂進施工對市域鐵路影響是否可控。

關鍵詞：隧道工程;軟土地層;頂管;市域鐵路;變形監測

1" "工程概況

某市域鐵路位于城市主干道道路正下方，屬于沖海積平原區，地勢平坦開闊，周邊重要性建購物較少，多為農田，村鎮，道路等。

市域鐵路周邊現規劃實施市政管網給排水項目，該項目位于市域鐵路控制線內，項目建設給市域鐵路帶來較為不利的影響。

市政道路工程規劃紅線寬40m，全長約3009.7m，周邊管線沿線管道較多，市政管線主要有雨水、污水、給水、燃氣管、電力，其中雨水、污水及燃氣埋置深度較深，道路現狀如圖1所示。采用淺埋局部明挖方式施工，設計地面標高距離市域鐵路結構頂板頂豎直方向最小凈距約為6.9m，市政污水管埋深較深，采用沉井法+頂管法施工。

市政管線對市域鐵路的影響主要為沉井施工及頂管頂進施工對市域鐵路的影響，具體沉井、頂管與市域鐵路[1]相互位置關系如表1所示。

根據溫州地層軟土易受影響特征，本次頂進采用泥水平衡施工頂進，先通過類似地層頂進試驗段，調制成一定濃度和比重的泥水。施工過程中，需通過實時調整泥水壓力值，以減少對市域鐵路的影響。泥水系統將泥水送至掌子面，形成穩定層，以平衡地層中的水土壓力，并實施開挖[2]。頂管頂進過程中，不斷切削土體，運渣排泥系統，不斷將泥土與殘土輸送至地面泥水處理系統。泥水處理系統將渣土進行分離，泥水可循環使用，渣土外棄。

2" "工程地質條件

根據本次勘察揭示，擬建工程區的巖土層按其成因自上而下依次分類主要有淤泥、粉砂、淤泥、黏土、礫砂、黏土，各土層物理力學性質指標如表2所示，各結構參數如表3所示。

3" "市域鐵路現狀及監測數據

市政道路目前正處于施工階段，施工過程對市域鐵路產生一定的影響。市政道路長3km，現有5座橋涵[3]，道路采用攪拌樁進行處理，市域鐵路明挖暗埋段埋置深度為5～8 m，市政道路改造勢必給市域鐵路帶來不利影響。其中，隧道水平位移最大為-2.2mm，沉降變形最大1.45mm，道床水平位移最大為-2.85mm，具體施工如圖2。

市域鐵路隧道工程基底采用樁基進行沉降保護，且樁底處于較硬的巖土結構中，根據變形結果可知，隧道水平位移變化較大，沉降變形較少。原因主要在于該地段施工主要為兩側的軟土加固。按照市域鐵路5mm的保護標準可知，該地區的道路施工對市域鐵路影響較大，軟土地層較為敏感，不適合危險性較大的工程建設[4]。

根據已有監測數據可知，圍墾路道路施工對市域鐵路存在一定影響，施工過程中需加強監測并分析健康狀況[5]，如發現不利情況，及時予以應急救援預案并實施加固保護。

4" "沉管隧道對市域鐵路影響分析

根據市政管線方案設計圖紙、市域鐵路S1線施工圖紙、施工條件等相關資料簡化計算模型。鑒于溫州市域鐵路已經運營，假定S1線隧道結構的沉降完全是由于沉井及頂管施工擾動引起的，同時選取基坑的最不利開挖進行分析。

隨著管線里程增加，沉井及管道與市域鐵路S1線的距離逐漸增加，本次模擬選取離S1線最近的兩個工作井（W1、W3）、兩個接收井（W2、W4）及區間管道范圍內的相關地形及結構，建立有限元分析模型。

模型為簡化模型，土層采用均質分布的材料結構，本次計算模型擬采用修正摩爾庫倫彈塑性本構。由多個的實際案例可知，修正摩爾庫倫本構針對軟土地區具有較好的實際應用性，能較好模擬軟土地區變形特征，在蠕變模型內應用廣泛。

各土體、混凝土結構均采用三維實體單元模擬，樁單元、新建沉井、頂管均采用單元模擬。模型的邊界四周采用法向約束，模型底部采用固定約束，頂面不施加約束。

根據工程經驗和理論分析，模型范圍為400m×250m×

60m（長×寬×高），模型采用midas進行建模模擬。整個計算模型共465040個單元，259035個結構節點，模型如圖3所示。污水管與S1線結構距離較近，局部最小僅為2m，如圖4所示。

在沉井及頂管施工過程中，市域鐵路S1線隧道結構應力及變形逐漸變化。先開挖，沉降后施工頂管結構，通過對開挖工序進行模擬分析，得出最不利變形如圖5所示。

市域鐵路水平位移云圖如圖6所示。地層豎向位移云圖如圖7所示。市域鐵路豎向位移云圖如圖8所示。由此看出，污水管施工完成后，市域鐵路最大水平位移為0.165mm，沉井結構最大水平位移為6.06mm，污水管最大水平位移為1.89mm。污水管施工完成后，整個模型最大豎向位移為15.90mm，發生在WD61沉井底部。市域鐵路最大豎向位移為0.295mm污水管最大豎向位移為1.538mm。

5" "結論

根據市政道路改造對市域鐵路的影響分析可知，軟土地區地下工程施工對周邊既有建構筑物影響較大，不適合危險性較大的地下工程建設。頂管施工過程中，需控制其與市域鐵路的安全距離。同時為保證運營鐵路的安全，需優化頂管的掘進參數，減少頂進過程中地應力損失。

通過對市政道路施工對市域鐵路影響分析可知，軟土地區的道路加固施工對市域鐵路影響較大，該地區土層較為靈敏。

研究頂管施工對市域鐵路項目時，需采用影響較小的掘進參數，并加強對市域鐵路監控量測，做到實時控制，必要情況下可采取糾偏措施對市域鐵路進行保護。通過數值計算分析可知，該工程頂管施工對市域鐵路影響可控，方案可行。

參考文獻

[1] 謝昌遠.軟土地層頂管施工對運營鐵路線路變形影響分析[J].

[2] 黃宏偉，胡昕.頂管施工力學效應的數值模擬分析[J]. 巖石力學與工程學報，2003，22（3）：400-406.

[3] 程永歡.新建橋梁樁基對既有地鐵隧道影響的數值分析[J].天津建設科技，2020，30（2）：30-33.

[4] 光輝，高燕，胡俊.軟土地區某隧道聯絡通道施工地表沉降監測分析[J].公路工程，2017，42（3）：95-97+179.

[5] Attwell P B，Woodman J P. Predicting the dynamics of ground settlementand its derivatives caused by tunneling in soil[J]. Ground engineering，"1982，15（8）13-22.