下穿既有高速鐵路地鐵隧道對橋墩的影響分析

廖振宇

(佛山市軌道交通發展有限公司，廣東佛山 528000)

某城市地鐵ⅹ號線需要穿越即將通車的既有時速350 km高速鐵路，高速鐵路正在進行空載試運行，平均時速為300 km，既有高鐵的橋墩底面距離下穿隧道頂面只有12 m的凈空。由于施工空間狹小，采用“地連墻+支撐”的支護體系不能實施。因此，在這個特殊的地段需要采用一個特殊的、安全有效的支護形式，以對既有高速鐵路橋墩不產生大的影響為前提條件，又能滿足基坑內的安全施工為目的來進行設計、施工。

1 工程實例

如圖1所示，該基坑長82.47 m，寬13.10 m，基坑深13.94～14.18 m。綜合地質條件和施工條件的要求，該地下兩層的基坑采用25 m長鉆孔灌注樁作為圍護結構，樁間采用高壓旋噴樁作為樁間止水帷幕，旋噴樁與鉆孔樁咬合150 mm，外側為一排高壓旋噴樁隔水帷幕。考慮到遠期開發施工的方便，兩端頭墻為臨時墻，后期施工時需鑿除墻、板內預埋鋼筋接駁器。第一道支撐采用混凝土支撐，間距6 m;第二、三道支撐采用鋼支撐，間距3 m。倒換撐采用鋼支撐，間距4.5 m。基坑中部處圍護樁邊緣距離高鐵橋梁承臺6.12 m，高速鐵路規范要求高鐵橋梁的墩臺均勻沉降量不得超過20 mm，相鄰墩臺沉降差不得超過5 mm，基于此條件，設定本基坑的變形控制保護等級為一級。

圖1 下穿隧道剖面

2 結構設計計算

2.1 圍護結構水平位移計算

高鐵橋墩的墩臺均勻沉降量不得大于20 mm，相鄰墩臺沉降差不得大于5 mm，如何滿足這么小的變形量條件下圍護結構及基坑開挖施工，是該項工程的重點和難點。在設計階段，結合該地區的地址情況和施工工藝，在施工工藝滿足規范要求，地質條件與勘察階段相吻合的情況下，采用啟明星軟件進行計算分析結果，如圖2～圖5所示。

圖2 開挖到基底

圖3 拆除第三道鋼支撐

圖4 拆除倒換撐

根據以上計算結果，可知圍護結構的最大水平位移為7.7 mm，發生在拆除倒換撐階段。

2.2 高鐵橋墩承臺地面沉降計算

通過計算得出該區域內的圍護結構變形值，再計算該變形所引起的既有高速鐵路橋墩沉降變形值，計算結果如圖6～圖10所示。

既有高速鐵路承臺地表沉降影響較大的為第二步和第三步開挖基坑階段，此時兩工況下地表沉降量為2.5 mm;第四步開挖及拆除第二道和第三道鋼支撐時，此時地表沉降增量均約為0.5～0.8 mm，其他階段對地表沉降無影響。針對設計計算值，施工單位嚴格按照規范要求進行施工，施工過程中有第三方監測單位對基坑進行監控量測，并對數據進行分析。

圖5 澆筑頂板拆混凝土撐

圖6 架設混凝土支撐承臺地面沉降0 mm

圖7 架設第三道鋼支撐承臺地面沉降5.0 mm

圖8 澆筑底板后承臺地面沉降約5.8 mm

圖9 澆筑中板拆二道撐后承臺地面沉降約7.0 mm

圖10 澆筑頂板拆混凝土支撐后承臺地面沉降約7.0 mm

3 施工期間監控量測數據分析

圍護結構水平位移數據如圖11所示。

圖11 混凝土支撐拆除后圍護結構水平位移(單位:mm)

橋墩承臺沉降數據如圖12所示。

圖12 混凝土支撐拆除后高鐵橋墩承臺沉降(單位:mm)

第三方監控量測單位同時對維護結構和高速鐵路橋墩進行了監測，監測結果顯示維護結構最大變形值為9.1 mm，發生在拆除倒換撐階段，與設計計算值基本相符;高速鐵路既有橋墩沉降值最大為9 mm，與設計計算值基本相符，滿足高速鐵路沉降變形要求。

根據施工期間監測數據，結合高鐵橋墩工后沉降數據，整個高鐵橋墩在地鐵隧道施工期間受到的影響很小，最大變形量也在容許范圍內，支護體系和施工進度非常合理。

4 結論

下穿高鐵橋梁的隧道采用明挖施工法，支護體系可采用“鉆孔灌注樁+混凝土支撐+止水帷幕”，經濟、時效性強。

施工期間要盡量減少基坑臨空面的暴露時間，及時架設支撐，減少時空效應。

監測是施工期間不可或缺的信息化施工手段之一，要及時、準確的反映施工狀況，為安全施工提供可靠的判斷依據。

［1］ 中鐵第四勘察設計院．滬寧城際惠山站地下配套工程施工設計圖［R］．湖北武漢:中鐵第四勘察設計院，2010

［2］ 上海同濟啟明星科技發展有限公司．啟明星設計軟件［R］．上海:上海同濟啟明星科技發展有限公司，2010

［3］ 南京南大巖土工程技術有限公司．滬寧城際惠山站地下配套工程監測數據［R］．江蘇無錫:南大巖土工程技術有限公司，2010

［4］ 吳志堅．新建隧道密貼下穿既有地鐵車站風險控制［J］．鐵道勘察，2013(1)