地铁区间叠线隧道下穿铁路股道施工沉降计算

李 围，陈薪如，叶建忠，任立志，吴钢锋(.上海应用技术大学 轨道交通学院，上海 08；.浙江省交通规划设计研究院，浙江 杭州 0006；.中国电建集团铁路建设有限公司，北京 000；.浙江大学宁波理工学院土木建筑工程学院，浙江 宁波 500)



地铁区间叠线隧道下穿铁路股道施工沉降计算

李 围1，陈薪如1，叶建忠2，任立志3，吴钢锋4
(1.上海应用技术大学 轨道交通学院，上海 201418；2.浙江省交通规划设计研究院，浙江 杭州 310006；3.中国电建集团铁路建设有限公司，北京 100044；4.浙江大学宁波理工学院土木建筑工程学院，浙江 宁波 315100)

以深圳地铁7号线笋岗站-洪湖站区间为研究对象，采用FLAC3D软件，对叠线盾构隧道下穿广深铁路股道施工引起的沉降进行了数值模拟计算。计算结果表明：加固前地表引起轨道沉降1.6 cm左右；对砂质黏性土、全风化地层和强风化地层采用了注浆加固后，其加固范围为上下24 m、左右为隧道直径的3倍，共42 m，其沉降值为2.6 mm，满足轨道对沉降容许值5 mm的要求。

地铁；区间叠线隧道；下穿铁路；沉降计算

0 引 言

在中国城市地铁建设中，盾构下穿铁路施工会导致既有铁路轨道沉降，线路的几何形状发生改变，为了确保铁路的行车安全，做好既有铁路轨道沉降控制是非常重要的。在隧道盾构掘进下穿铁路施工中,可以采取土体改良、路基加固、盾构机的超前钻孔注浆、降低掘进速度、调整优化掘进参数等措施[1-4]。

地铁区间隧道下穿高速铁路火车站站场股道时，如何控制施工中轨道下沉量，是关系到铁路安全运营的重要因素。尤其是地铁区间为叠线盾构隧道时，后掘进隧道对先完成掘进的隧道结构安全将产生影响，对上下隧道中间夹层的扰动以及对轨道下卧地层的多次扰动将引起轨道沉降的增加。因此，必须进行轨道下卧地层的加固处理，并通过数值模拟计算，使其满足轨道沉降的要求。

1 工程概况

在建的深圳地铁7号线笋岗站至洪湖站区间，在宝岗路与洪湖西路之间以区间左右线路上下重叠方式下穿广深铁路笋岗火车站站场。下穿位置为笋岗火车站站场的咽喉部位，且为道岔群区段，电务信号多，保护难度大。与广深线相交里程为K142+830，区间里程范围为DK27+062～DK27+262，总长约200 m，共下穿26股。

区间前400 m为上下重叠隧道，随后左右线隧道逐渐分开，最后重叠到达洪湖站。线路出笋岗站后左右线隧道在站端附近竖向净间距为2 m，在线路中段逐渐加大，最大竖向净间距为4 m，随后左右线隧道竖向净间距变小，以竖向净间距2 m到达洪湖站。

右线隧道埋深6～17 m，左线隧道埋深14～26 m。左线隧道顶距铁路轨底覆土约22.8 m，右线隧道顶距铁路轨底覆土约12.8 m。右线隧道在上，左线隧道在下。右线穿越地层主要为⑩1全风化混合岩和⑩2-1强风化混合岩；左线穿越地层主要为⑩2-2强风化岩与⑩3中风化混合岩。

笋岗站至洪湖站区间隧道左右线均采用盾构法施工，隧道内径为5.4 m，外径为6.0 m，盾构机刀盘直径为6.28 m。管片厚0.30 m，混凝土等级为C50，盾构钢壳厚0.15 m。

2 计算建模

取左右边界为5D(D为隧道开挖外径)，隧道底部为1.5D，最后得出的模型为70 m×40 m×1 m。单元与本构模型选择：地层采用实体单元，用Mohr_Coulomb模型模拟；管片衬砌采用壳单元，用线弹性模型模拟；盾构机壳体采用实体单元，用线弹性模型模拟；注浆材料采用实体单元，用Mohr_Coulomb模型模拟。模型四周边界及下表面采用单向铰支约束,上表面采用自由约束。管片的弹性模量因拼装缝隙而进行了刚度折减，折减系数为0.7。经计算，地表列车荷载采用30 kPa的均布荷载进行模拟，建立的FLAC模型如图1所示，材料参数见表1。

图1 模型网格

表1 材料物理力学参数

3 加固与施工过程模拟

采用注浆加固的方法，主要加固砂质黏性土、全风化地层和强风化地层，加固范围为：上下24 m；左右为隧道直径的3倍，共42 m。采用SGB6-10灌浆泵将普通硅酸盐水泥浆液纯压式灌浆。灌浆压力为0.2～0.5 MPa，如果冒浆、全孔一次串浆严重，则根据实际情况及时调整灌浆压力(最大压力不超过1.0 MPa)。浆液水灰比初步选用1∶1、0.8∶1、0.5∶1三个比级(重量比)。

施工过程模拟为：建立计算模型；计算初始应力场；开挖下隧道毛洞；下隧道盾构自重加载；下隧道施加管片支护并注浆；开挖上隧道毛洞；上隧道盾构自重加载；上隧道施加管片支护并注浆。

4 计算结果分析

计算过程为：初始地应力场模拟计算；下隧道开挖与支护模拟计算；上隧道开挖与支护模拟计算。计算结果见表2，竖向位移场如图2～5所示。

表2 加固前后地表及地中最大位移 mm

图5 加固后上隧道完成时的竖向位移场

由计算结果可以看出，隧道竖向位移场成正太分布叠加，地中最大沉降在下隧道拱顶位置，地表最大沉降在隧道正上方；对砂质黏性土、全风化和强风化地层加固前，叠线隧道盾构掘进施工引起的地层沉降比较大，在地中达到1 cm左右，而在地表可以引起轨道沉降1.6 cm左右，显然超出了轨道容许的沉降变形量(5 mm)；对砂质黏性土、全风化和强风化地层加固处理后，进行沉降数值模拟分析，得出最大地中竖向位移为4.5 mm，而地表最大沉降仅为2.6 mm，满足轨道对沉降的要求。

5 结 语

本文结合在建的深圳地铁7号线笋岗站至洪湖站区间盾构隧道下穿广深铁路工程，采用FLAC3D软件对地层加固前后盾构掘进施工引起的轨道沉降进行了详细计算分析，得出加固前在地表引起轨道沉降1.6 cm左右。对砂质黏性土、全风化地层和强风化地层采用了注浆加固，其加固范围为上下24 m、左右42 m，加固后地表沉降值为2.6 mm，满足轨道对沉降值的要求。

[1] 佘才高.地铁盾构隧道下穿铁路的安全措施[J].城市轨道交通研究，2009(4)：33-36.

[2] 白廷辉.盾构超近距离穿越地铁运营隧道的保护技术[J].地下空间，1999(4)：311-316.

[3] 李 林.既有铁路下软弱地层盾构隧道施工加固方案[J].城市轨道交通研究，2005(3)：50-55.

[4] 曾晓文,李昊勇.浅层盾构穿越铁路的施工经验[J].筑路机械与施工机械化，2011,28(2):67-69.

[5] 王金昌,刘冠水,孙廉威.盾构到达端头土体加固的数值模拟研究[J].筑路机械与施工机械化，2012,29(4):34-38.

[6] 赵 军,李元海.杭州地铁交叉重叠隧道盾构施工地表沉降三维数值分析[J].隧道建设，2010(S1)：138-144.

[责任编辑:高 甜]

Settlement Calculation on Overlapped Sectional Metro Tunnels Constructed Under Railway Tracks

LI Wei1, CHEN Xin-ru1, YE Jian-zhong2, REN Li-zhi3, WU Gang-feng4
(1. School of Railway Transportation, Shanghai Institute of Technology, Shanghai 201418, China; 2. Zhejiang Provincial Institute of Communications Planning, Design and Research, Hangzhou 310006, Zhejiang, China; 3. PowerChina Railway Construction Co., Ltd., Beijing 100044; 4. School of Civil Engineering and Architecture, Ningbo Institute of Technology of Zhejiang University, Ningbo 315100, Zhejiang, China)

Taking Sungang-Honghu section of Shenzhen Metro Line 7 as the research object, the settlement of overlapped sectional tunnels under railway tracks was calculated with the numerical modeling software FLAC3D. The results show that the maximum track settlement is 1.6 cm before grouting the stratum under railway tracks. The settlement is reduced to 2.6mm after reinforcement of sandy soil and the fully weathered and strongly weathered strata by grouting, which is less than the acceptable track settlement of 5 mm. The horizontal reinforcement range is about 42 m, which is 3 times the diameter of the tunnel, and the vertical range is 24 m.

metro; overlapped sectional tunnel; under railway; settlement calculation

1000-033X(2017)06-0106-03

2016-12-11

浙江省公益与社会发展项目(2014C33054);宁波自然科学基金(2015A610301)

李围(1979-)，男，贵州德江人，教授，博士，研究方向为桥梁与隧道工程。

U456.31

B