地鐵盾構與頂管下穿高速公路的設計與分析

張林修

摘 要：近年來，隨著我國城市軌道交通建設的迅速發展，地鐵線路覆蓋面越來越廣，致使地鐵工程穿越既有構筑物的概率越來越大。文章以長沙市某在建地鐵線路下穿高速公路為例，利用有限元程序模擬分析了下穿過程中高速公路的沉降變形情況，研究成果可以為同類工程的設計與施工提供參考。

關鍵詞：地鐵穿越高速公路；路面沉降；數值模擬

地鐵隧道穿越構筑物時，改變了原有地層應力狀態，從而引起地層產生位移，造成構筑物的沉降、隆起變形。目前，針對單一工法穿越既有構筑物的研究較多，而多種工法施工對構筑物的影響研究較少。文章結合長沙市某在建地鐵區間盾構隧道及車站出入口頂管下穿京港澳高速公路，對下穿施工時高速公路的隆沉變形規律進行研究。

1 工程與地質概況

1.1 工程概況

某在建地鐵線路呈東西走向，與南北走向的京港澳高速公路平面交叉，區間隧道及車站2號出入口穿越高速公路。隧道下穿高速公路段為四孔鋼筋混凝土框架箱涵，孔徑為1-8.0m+2-12.0m+1-8.0m，高度4.8m；2號出入口穿越高速公路段為路基段；高速公路路面寬度為30m。隧道距離框架涵底部約8.6m，出入口距離路基段路面約12.4m。

1.2 地質與水文

本工程地層主要為第四系全新統人工填土層（Q4ml）、第四系上更新統沖積層（Q3al）、白堊系基巖（K）組成。地鐵穿越高速公路段地層主要為人工填土、粉質粘土、圓礫、強風化及中風化泥質粉砂巖層。

場地地下水類型分為松散土層孔隙水類型（上層滯水、孔隙承壓水）及基巖裂隙水。基巖裂隙多呈閉合狀～微張開狀，總體一般透水性差，富水性貧乏。

2 數值模擬計算分析

2.1 數值模型建立

采用三維數值模擬手段，結合高速公路的設計特點，針對地鐵隧道及出入口施工的動態過程展開三維數值模擬分析，系統研究區間盾構及出入口頂管先后下穿高速公路對其造成的不利影響，重點分析箱涵及路基的位移變化情況，評價高速公路在下穿施工過程中的安全狀態，并且為施工提供一定的指導。

3 數值模擬結果及分析

隧道及頂管施工造成地應力場受擾動而狀態發生改變，導致地層應力損失造成高速公路及路基邊坡發生變形。盾構隧道下穿框架涵的過程中，其總體呈現沉降趨勢，且最大沉降量發生位置跟隨盾構掘進段移動。出入口頂管下穿路基段的施工過程中，其總體呈現隆起趨勢。下穿高速公路的施工過程中，框架涵最大豎向沉降量為4.5mm，路基邊坡最大隆起量為6.4mm。

4 結論及建議

（1）隧道施工引起的地層損失會對地表產生沉降及位移，沉降變形規律基本符合peck理論。

（2）頂管施工時對路基段造成隆起變形，同時對盾構段上方土體帶來二次變形影響。

（3）下穿施工時，應加大監測頻率，實時掌控框架涵和路基段的變形情況，根據變形發展趨勢，及時跟蹤注漿加固，保證公路的正常運營。

參考文獻

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