城市軌道交通穿越既有鐵路設(shè)計(jì)與分析

張林修

摘 要：近年來，隨著我國鐵路線網(wǎng)與城市軌道交通建設(shè)的迅速發(fā)展，地鐵線路穿越既有鐵路的情況越來越多。文章以長沙市某在建地鐵線路隧道下穿鐵路為例，利用有限元程序模擬分析了隧道下穿過程中鐵路的沉降變形情況，提出了控制既有鐵路沉降變形的加固措施，研究成果可以為同類工程的設(shè)計(jì)與施工提供參考。

關(guān)鍵詞：地鐵穿越既有鐵路；鐵路沉降；數(shù)值模擬；注漿加固

1 工程與地質(zhì)概況

1.1 工程概況

某在建地鐵盾構(gòu)隧道下穿鐵路框架橋，為一座四孔鋼筋混凝土框架橋，孔徑為1-8.0m+2-8.0m+1-8.0m。該立交橋主洞身長30m，框架橋中心線與鐵路中心線斜交42.59°，框架頂面至軌頂面最大距離為1.53m，隧道頂距鐵路框架橋底部約15m，詳見圖1。

1.2 地質(zhì)與水文

區(qū)間隧道穿越京廣鐵路框架橋段地層主要為粉質(zhì)粘土、細(xì)砂、卵石、強(qiáng)風(fēng)化及中風(fēng)化板巖等地層。

場地地下水類型分為填土中的上層滯水、第四系砂卵石層中的孔隙水及基巖裂隙水。基巖節(jié)理裂隙多為密閉或微張，逕流條件較差，水量甚微，未能形成穩(wěn)定水位。

2 數(shù)值模擬計(jì)算分析

數(shù)值模型建立：數(shù)值計(jì)算模型為200m×120m×41m（長×寬×高）。按照實(shí)際施工工況進(jìn)行模擬，從盾構(gòu)掘進(jìn)至鐵路前方30m，到盾構(gòu)通過鐵路后方60m，上、下行線相繼通過。計(jì)算分為土體加固前和加固后兩種情況，通過計(jì)算得出沉降變化規(guī)律。

3 數(shù)值模擬結(jié)果及分析

3.1 加固前模擬結(jié)果分析

圖2為未采取加固措施的情況下，盾構(gòu)隧道穿越完成后框架橋豎向位移、整體沉降及道床豎向沉降。

根據(jù)計(jì)算得出的沉降曲線形態(tài)基本符合peck沉降理論，框架橋與道床的最大沉降為7.7mm，框架橋附近地表沉降約13mm。由規(guī)范可知，鐵路的沉降報(bào)警值為20mm，雖然未超過警戒值，但考慮到列車的動荷載及其他施工參數(shù)的變化影響，有必要采取適當(dāng)?shù)募庸檀胧┍ＷC鐵路運(yùn)營的安全。

3.2 加固后模擬結(jié)果分析

3.2.1 地基加固

在盾構(gòu)穿越前，對鐵路路基及兩側(cè)土體進(jìn)行加固。由于鐵路周邊有很多構(gòu)筑物，綜合考慮各方面因素，采用袖閥管注漿加固，其最大優(yōu)點(diǎn)是能夠重復(fù)進(jìn)行注漿且注漿壓力易受控制。加固范圍為隧道上方透水層。

3.2.2 加固后模擬結(jié)果分析

圖3為在采取加固措施的情況下，盾構(gòu)隧道穿越完成后框架橋豎向位移、整體沉降及道床豎向沉降。加固后，框架橋與道床的最大沉降為3.55mm，框架橋附近地表沉降約5mm。

計(jì)算結(jié)果顯示，盾構(gòu)隧道下穿框架橋過程中，其總體呈現(xiàn)沉降趨勢，且最大沉降量發(fā)生位置跟隨盾構(gòu)掘進(jìn)段移動。盾構(gòu)下穿鐵路施工過程中，鐵路道床受到不利影響，其中，當(dāng)隧道下穿完成時(shí)，鐵路道床沉降量達(dá)到最大。鐵路路基以及道床是可以根據(jù)變形量大小進(jìn)行修復(fù)的，同時(shí)修復(fù)效果可達(dá)到滿足高標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行的變形控制要求。

4 結(jié)束語

（1）隧道施工引起的地層損失會對地表產(chǎn)生較大沉降及位移，

沉降變形規(guī)律基本符合peck理論。

（2）線路在穿越時(shí)會產(chǎn)生較快的沉降，穿越后沉降即趨于穩(wěn)定；當(dāng)穿越完成后，穿越影響區(qū)還會發(fā)生一定的緩慢變形。

（3）通過有限元模擬注漿加固前后地表沉降變形情況，分析得出了注漿加固能有效降低地表及隧道拱頂?shù)某两怠?/p>

（4）盾構(gòu)施工時(shí)，應(yīng)加大監(jiān)測頻率，實(shí)時(shí)掌控框架橋變形情況，根據(jù)框架橋變形發(fā)展趨勢，及時(shí)跟蹤注漿加固，保證鐵路的運(yùn)營安全。

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