盾構區間下穿既有線的影響分析

荀 亮 亮

(中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京 102600)

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盾構區間下穿既有線的影響分析

荀 亮 亮

(中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京 102600)

以某項目某段盾構區間下穿既有地鐵U形槽結構為例，采用有限元分析方法，通過模擬盾構區間下穿U形槽結構的施工過程，研究了盾構區間穿越過程中對地鐵U形槽結構的影響，根據分析結果采取有效的防治措施，確保了既有線的正常運營和新建工程的施工安全。

盾構區間，既有線，有限元分析，U形槽結構

近年來，隨著軌道交通建設步伐的日益加快，軌道交通線網越來越交錯復雜，于是，新建地下工程臨近既有結構以及新建地下工程穿越既有結構成為了越來越普遍的現象。控制新建地下工程穿越既有結構時所引起的變形，確保既有結構的正常運營和新建工程的施工安全是軌道交通建設中的重、難點。

本文以某項目某段盾構區間下穿既有地鐵U形槽結構為例，采用有限元分析方法，通過模擬盾構區間下穿U形槽結構的施工過程，研究盾構區間穿越過程中對地鐵U形槽結構的影響。

1 工程概況

1.1 區間概況

區間采用盾構法施工，結構覆土厚度9.6 m～12.5 m，結構內徑7.9 m，外徑8.8 m，管片厚度0.45 m，盾構管片采用錯峰拼裝，管片分為7塊(1塊封頂塊，2塊鄰接塊，4塊標準塊)，環寬1.5 m。

盾構區間斷面如圖1所示。

1.2 地質概況

本工程沿線通過地區的第四紀覆蓋層厚度一般在50 m～100 m，局部地區覆蓋層厚度小于50 m。本工程地形由南向北逐漸升高，自然地面標高為37.66 m～46.65 m。表層為人工填土層，其下為新近沉積的粉土、粉質黏土、砂土地層，往下為第四紀全新世沖洪積的黏性土、粉土與砂土互層，再下為第四紀晚更新世沖洪積的以粗粒的圓礫卵石土夾砂土層為主，圓礫卵石土層之間夾厚度不等的黏性土、粉土層。本段區間主要穿越地層為④粉土、⑤卵石地層。

區間穿越范圍內包含兩層地下水，地下水類型為上層滯水(一)和層間水(四)。

上層滯水(一)：隨季節、大氣降水及地表水的補給變化而變化，分布呈無規律性，初勘僅鉆孔QCCC50揭露穩定水位埋深在7.0 m，含水層主要為③層砂質粉土黏質粉土，位于區間結構上方。

層間水(四)：本工程初步勘察鉆探揭露該層穩定水位埋深在24.40 m～29.70 m，穩定水位標高為12.15 m～19.27 m，含水層主要為⑦層卵石圓礫及其夾層及其以下地層，位于區間結構下方。

2 盾構區間下穿既有地鐵U形槽結構風險工程相對位置關系

盾構區間下穿既有地鐵U形槽結構。地鐵U形槽為雙線結構，處于高架和地下過渡區段；采用明挖法施工，土釘加固，現狀設置有全斷面的拱形保護外殼，下穿段地鐵U形槽結構埋深6.8 m～7.85 m。區間結構頂與地鐵U形槽結構底距離約4.9 m。

盾構區間下穿既有U形槽結構風險工程斷面圖見圖2。

3 有限元分析

本工程采用有限元數值計算模型進行模擬計算(見圖3)，考慮圍巖與結構的共同作用、分步施工過程。計算程序采用MIDAS/GTS有限元分析軟件，取60 m×45 m×45 m范圍內對盾構區間下穿既有線U形槽結構進行三維計算。考慮本工程為大直徑盾構近距離下穿U形槽，盾構施工前，在盾構穿越范圍內采用深孔注漿加固U形槽結構底板下方3 m至盾構隧道底1 m范圍內的土體，加固后土體無側限抗壓強度不小于0.3 MPa。

盾構區間與U形槽關系模型見圖4。

3.1 左線盾構施工下穿U形槽結構

左線區間施工縱向步距根據盾構管片的環寬按照1.5 m進行開挖施工，計算結果如圖5所示。

根據上述計算分析，當左線盾構區間恰好穿過U形槽結構時，U形槽結構產生的位移最大，盾構區間上方的土體沉降最大。

3.2 右線盾構施工下穿U形槽結構

右線區間施工縱向步距根據盾構管片的環寬按照1.5 m進行開挖施工，計算結果如圖6所示。

根據上述計算分析，當右線盾構區間恰好穿過U形槽結構時，U形槽結構產生的位移最大，盾構區間上方的土體沉降最大。

U形槽豎向位移見圖7，水平位移見圖8，地面位移見圖9。

4 結果分析

根據有限元計算結果，按照盾構區間左線先行于右線，且左、右線不同時下穿既有地鐵U形槽結構的施工方案，當右線盾構區間恰好穿過U形槽結構時，隧道拱頂最大沉降為7 mm，U形槽底板最大豎向位移為1.55 mm，最大水平位移為0.6 mm，地面最大沉降為5.5 mm。

盾構區間在垂直下穿U形槽結構施工時，隨盾構的推進，地面沉降及U形槽結構變形逐漸加大，結構最大變形發生在盾構開挖面的正上方。但根據以往盾構施工經驗，盾構施工的工后沉降需采取二次注漿等措施控制。

根據計算結果可知，U形槽的沉降、附加應力等基本滿足運營及受力要求，但還需根據檢測評估結果確定合理的變形控制指標。

5 結語

通過有限元計算分析結果可知，盾構區間垂直穿越既有結構時，結構變形隨盾構的推進變形逐漸加大，最大變形發生在盾構開挖工作面的正上方，結構產生的豎向位移大于水平位移。同時，在穿越前，提前對U形槽下方的土體進行加固處理，有效的減小了盾構穿越時對U形槽的影響。

建議后續類似工程施工時，及時布置測點，加強對既有結構的監控量測，調整并確保盾構機性能良好，嚴格控制掘進參數，確保勻速、均衡、連續通過；選擇合理的同步注漿和二次注漿漿液及注漿參數，及時進行同步注漿，填充管片與土體間的空隙；盾構通過后，根據監測結果，必要時從洞內采取徑向注漿加固盾構隧道與管線間的土體。在近距離穿越時，應提前改良穿越區的土體，以滿足沉降等要求。

[1] GB 50157—2013，地鐵設計規范[S].

Analysis on the impact of shield interval under-crossing existing railway line

Xun Liangliang

(ChinaRailway5thSurvey&DesignInstituteGroupCo.,Ltd,Beijing102600,China)

Taking the U-shape groove structure of the shield interval under-crossing existing subway as an example, applying finite element analysis method, through simulating shield interval under-crossing U-shape structure construction process, the paper studies the impact of shield interval crossing process upon the subway U-shape groove, and adopts effective preventive measures according to analysis results. As a result, it guarantees normal operation of existing subway line and new-built engineering construction safety.

shield interval, existing railway line, finite element analysis, U-shape groove structure

1009-6825(2016)16-0188-02

2016-03-25

荀亮亮(1981- )，男，工程師

U455.43

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