張杰 葉萬濤

摘要：本文基于無錫地鐵4號線02標(biāo)下穿滬寧高鐵橋梁的現(xiàn)場案例，通過Midas-GTS（巖土和隧道結(jié)構(gòu)專用分析系統(tǒng)）建立三維模型，對盾構(gòu)隧道穿越滬寧高鐵橋施工工況進行研究分析，得出結(jié)論：盾構(gòu)隧道下穿施工可以滿足滬寧高鐵運行的不平順要求。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)隧道;下穿;滬寧高鐵

1?引言

隨著近幾年城市軌道交通建設(shè)的規(guī)模增長，越來越多的城市將城市軌道交通作為一張重要的城市名片來開發(fā)，而其帶來的沿線經(jīng)濟增長與發(fā)展也是吸引了越來越多的城市紛紛加入建設(shè)城市軌道交通建設(shè)的行列中來。隨著建設(shè)規(guī)模不斷的增加，地鐵線路建設(shè)面臨的技術(shù)難題也越來越多，從建設(shè)初期的摸索階段，到現(xiàn)在相繼克服穿樓、穿湖、穿海、穿鐵路等高難度、高要求的技術(shù)難題，而地鐵隧道線路主要集中在城市中，在條件允許的情況下，選線要盡可能避開重要的建構(gòu)筑物，但是隨著城市內(nèi)地鐵線路越來越密集，形成線網(wǎng)，不可避免的要經(jīng)過一些重要建構(gòu)筑物，例如無錫地鐵4號線線路沿線要穿越蠡湖、滬寧城際高鐵等，它不僅對地鐵隧道工程本身的建設(shè)質(zhì)量要求很高，同時要保證地鐵建設(shè)過程中既有建構(gòu)筑物沉降等不超過控制數(shù)據(jù)，整個施工期間不影響原有建構(gòu)筑物的運營和使用。其中，下穿滬寧城際鐵路橋梁施工是一種比較典型的施工類型。

當(dāng)進行盾構(gòu)隧道下穿滬寧高鐵橋施工時，首先需對既有高鐵線路進行狀態(tài)評估，對鐵路線路沉降、道床等進行運營安全性評估;其次，對地鐵施工下穿影響區(qū)域?qū)嵤┘庸檀胧?，或采取保護措施，以保證高鐵行車安全;最后，在盾構(gòu)下穿施工期間，除了要制定相應(yīng)的下穿方案以外，還要對列車運行規(guī)律進行分析，充分利用運營空窗期，減小對列車運營的影響。另外，還要結(jié)合智能化實時監(jiān)控與預(yù)警措施，對運營鐵路線路各個監(jiān)測指標(biāo)實施全時段監(jiān)測。因列車的荷載大，速度快，故對線路加固的承載能力及安全穩(wěn)定性要求極高;且高鐵作為國家經(jīng)濟大動脈，不容出現(xiàn)任何影響安全行車問題，否則將造成巨大的經(jīng)濟財產(chǎn)損失或人員傷亡，形成嚴重的社會不良影響。因此，盾構(gòu)隧道下穿滬寧高鐵橋的方案設(shè)計、以及施工控制措施等至關(guān)重要。本文結(jié)合無錫地鐵4號線區(qū)間下穿滬寧城際鐵路實際工程，建立三維模型計算盾構(gòu)隧道穿越施工對滬寧高鐵橋的影響，并進行了總結(jié)，為類似工程施工積累了相關(guān)經(jīng)驗，提供一定的工程經(jīng)驗。

2.盾構(gòu)隧道穿越滬寧高鐵橋影響分析

2.1計算模型

針對滬寧城際鐵路列車運行速度高、軌道變形控制要求高的特點，采用有限元計算軟件Midas-GTS建立三維模型模擬隧道施工對滬寧城際鐵路產(chǎn)生的影響，模型東西長90m，南北長50m，向下延伸45m。單線隧道開挖分為5m一段，分10個工況施工段完成。根據(jù)該處工程地質(zhì)，結(jié)合無錫地鐵既有線盾構(gòu)隧道在類似地層掘進施工情況，盾構(gòu)施工地層損失率取0.5%。

地層參數(shù)參照《無錫地鐵4號線一期工程廣石路站～青石路站區(qū)間巖土工程勘察報告》進行選取。鉆孔灌注樁與土接觸的部分設(shè)置接觸單元，并設(shè)置相應(yīng)的摩擦系數(shù)，以模擬灌注樁的特性，并對頂部施加列車荷載，進行計算分析。

2.2計算結(jié)果

計算結(jié)果如下：

計算結(jié)果顯示，兩條隧道中間的承臺頂最大沉降為0.894mm，隧道兩側(cè)的承臺頂最大沉降為0.52mm。

隧道兩側(cè)的鉆孔灌注樁在區(qū)間隧道施工過程中產(chǎn)生的最大水平位移為0.52mm，中間灌注樁產(chǎn)生的最大水平位移為0.95mm。

2.3影響評價

區(qū)間隧道距京滬高速鐵路橋樁最小水平距離大于9m，且隧道穿越地層為硬塑粘性土。計算結(jié)果顯示，通過加強盾構(gòu)施工控制，盾構(gòu)隧道施工對鐵路橋梁影響較小，不影響既有高鐵線路的運營。

兩條隧道中間的樁基礎(chǔ)承臺沉降最大，沉降為0.894mm，滿足保護要求的數(shù)據(jù)。隧道兩側(cè)的承臺沉降相對較小，沉降值為0.52mm。相鄰承臺間距為32m，高低差為0.464mm，可滿足軌道不平順性要求。

2.4管片內(nèi)力計算結(jié)果

管片結(jié)構(gòu)內(nèi)力一般有“梁-彈簧模型計算法”以及“均質(zhì)圓環(huán)法”。

梁—彈簧模型計算法主要用于模擬錯縫拼裝的襯砌環(huán)的荷載效應(yīng)。該模型將管片簡化成曲梁，每一圓環(huán)均為多鉸圓環(huán)，在管片塊與塊之間縱縫設(shè)置回轉(zhuǎn)彈簧模擬縱縫接頭，兩相鄰環(huán)與環(huán)之間設(shè)置徑向剪切彈簧、切向剪切彈簧模擬管片之間錯縫拼裝接頭。環(huán)間的剪切彈簧剛度取無窮大。地層抗力采用地層法向彈簧和切向彈簧模擬。

均質(zhì)圓環(huán)法將管片結(jié)構(gòu)按剛度均勻的圓環(huán)考慮，按修正慣用法進行計算。由于縱縫接頭、螺栓孔的存在，導(dǎo)致整體抗彎剛度降低，計算時取圓環(huán)抗彎剛度為η（EI）（η為抗彎剛度有效率，η≤1，一般取0.6～0.8），考慮錯縫拼裝管片接頭部彎矩的傳遞，結(jié)構(gòu)整體補強效果，進行錯縫拼裝彎矩重分配。

本次采用兩種方法分別對管片內(nèi)力進行計算。管片內(nèi)力計算中的荷載包括：管片自重、水土壓力、以及滬寧高鐵列車荷載。

滬寧高鐵列車荷載按CK荷載考慮，如下圖所示：

城際鐵路列車動荷載等效為靜力荷載同時考慮動載系數(shù)，按75kPa超載來計。

1、采用梁—彈簧模型計算管片內(nèi)力結(jié)果

（1）正常使用極限狀態(tài)

荷載標(biāo)準組合下，1.2m寬管片計算內(nèi)力如下圖所示：

（2）承載能力極限狀態(tài)

荷載基本組合下，1.2m寬管片計算內(nèi)力如下圖所示：

2、采用勻質(zhì)圓環(huán)模型計算管片內(nèi)力結(jié)果

（1）正常使用極限狀態(tài)

荷載標(biāo)準組合下，1.2m寬管片計算內(nèi)力如下圖所示：

（2）承載能力極限狀態(tài)

荷載基本組合下，1.2m寬管片計算內(nèi)力如下圖所示：

3）各計算截面內(nèi)力計算結(jié)果及配筋

按均質(zhì)圓環(huán)法和梁彈簧模型計算方法計算最不利情況進行配筋，受力主筋采用HRB400級鋼筋，管片配筋為：內(nèi)側(cè)8E25，外側(cè)10E18。

3 結(jié)論

本文主要根據(jù)無錫地鐵4號線一期工程廣石盾構(gòu)區(qū)間下穿滬寧城際高鐵線路實際工程，采用Midas-GTS（巖土和隧道結(jié)構(gòu)專用分析系統(tǒng)）建立三維模型計算盾構(gòu)隧道穿越施工對滬寧高鐵橋的影響分析，主要得出以下結(jié)論：

1、按地層損失率為0.5%計算可得，盾構(gòu)隧道穿越滬寧高鐵橋施工引起中間與兩側(cè)承臺頂最大沉降分別為0.894mm與0.52mm;引起兩側(cè)灌注樁與中間灌注樁的最大水平位移分別為0.52mm與0.95mm。

2、兩條隧道中間的承臺沉降最大，沉降為0.894mm，滿足保護要求。相鄰承臺間距為32m，高低差為0.464mm，可滿足滬寧高鐵城際線運營的軌道不平順性要求。