高铁大直径盾构下穿既有地铁路基段变形影响研究

吴海洋 马振超

1北京北方交建工程管理有限公司 北京 100044

2 北京市轨道交通建设管理有限公司 北京 100068

正文：

引言

城市市中心地下空间利用率较高，遍布管线及地下交通设施。高速铁路以地下线方式进行敷设，必然会与既有轨道交通线路发生穿越关系。高铁地下隧道为大直径断面隧道，通常采用大直径盾构方式进行施工，因此，进行大直径盾构穿越既有地铁变形控制研究，具有十分重要的意义。

本文结合京沈客运专线穿越北京地铁机场线的实际工程，采用有限元分析软件模拟计算穿越工程对既有地铁的变形影响，与现场监测实测进行对比，分析研究大直径盾构对既有结构的变形影响规律。

1 工程概况

新建京沈客运专线望京隧道在正线里程DK19+910～DK19+980段下穿北京地铁机场线三元桥～T2航站楼区间，平面交角约58度，隧道顶距地铁机场线轨面竖向距离为21.3m，距桩底距离5.4m，隧道覆土厚度约为17.35m。

新建隧道与既有机场线相交里程为DK19+932.7，既有机场线为地面高填方挡墙路基段，该处路基挡土墙采用预制悬臂式钢筋混凝土结构。穿越处路基挡墙嵌入地面以下约3m，路基主体结构下部横、纵向均布置φ400@1900的CFG桩，桩长10m。新建隧道洞身所处地层主要为粉土、砂性土，部分粉质黏土。地下水位埋深约为5～8m，整个隧道位于地下水位以下。

图2 新建隧道与既有地铁位置关系剖面图

在盾构隧道施工主要影响区域范围内，在地铁机场线两侧分别布设φ42袖阀管，在穿越施工前利用预注浆孔对地铁机场线进行注浆预加固。盾构穿越施工过程中，根据监测情况利用备用注浆进行跟踪补偿注浆。

2 穿越施工试验段总结

实际工程穿越前，选取DK19+550～DK19+750里程段作为盾构穿越地铁机场线前的试验段。设置地表沉降和深层沉降监测点，并对监测数据进行整理。实验段确定的最优盾构参数条件下地表沉降最大值为4.6mm。

3 数值模拟分析

3.1 土体材料参数

本构模型采用D-P弹塑性模型，参数如表1所列。

3.2 模型建立

既有结构、土体均采用Solid45单元进行模拟。计算模型范围为既有地铁线路纵向方向130m，线路横向140m，土层厚度50m。

3.3 模型分析

计算模型根据穿越施工前试验段地表沉降监测结果试算推演穿越工况下盾构引起的地层损失率，确定了本次穿越计算模型盾构引起的地层损失率为5‰。

图4 穿越完成既有路基沉降计算结果（mm）

图5 区域地表沉降变形云图（mm）

由上图可知，双线盾构穿越施工完成后，模型既有地铁路基段最大沉降为1.96mm，发生在对应穿越中心路基挡墙位置，沉降槽形呈“V”，双线隧道依次穿越下沉降最大点向穿越中心偏移，沉降影响范围约为100m。新建隧道采用先右线后左线方式依次穿越既有线，计算模型根据穿越时序分析既有线变形趋势如下图6。

图6 轨道位置预测沉降曲线

4 监测数据对比分析

目前工程的穿越施工已完成且沉降已稳定，新建隧道右线穿越完成后，现场施工通过预埋注浆管进行跟踪补偿注浆，将既有线进行了顶升控制，穿越施工完成最终既有线最大沉降为-1.02mm。因此，仅对右线穿越完成阶段现场实测与预测变形进行对比，如下图7。

图7 预测变形与现场实测对比

由上图可知，右线隧道穿越完成后实测变形最大值为1.6mm，略小于预测变形值1.5mm。沉降监测结果与模拟结果在趋势和数值上比较接近，印证了数值模拟的有效性。

5 结论与建议

1、通过变形预测及现场监测结果分析可知，盾构穿越引起的既有线沉降槽形呈“V”，双线隧道依次穿越下沉降最大点向穿越中心偏移，沉降影响范围约为100m。

2、通过采集试验段监测数据，能够为数值计算提供参数选取依据，采用试验段推演得来的参数进行计算，提高了数值计算变形预测结果的准确性。因此，设置试验段进行信息采集对分析论证穿越工程的影响具有重要的现实意义。