城际铁路暗挖隧道施工对城市立交变形影响分析

2018-07-03柴聚奎

铁道勘察 2018年3期

柴聚奎

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055)

随着城市交通建设的快速发展，地下线路不可避免地与地上建筑物发生冲突。如地下隧道的施工会对地上的建筑物及桥梁产生影响，尤其是对处于运营中的交通设施影响更大。以下通过工程实例，对暗挖隧道施工对城市立交的影响进行变形分析，可为后续相关工程的顺利实施提供借鉴。

1 工程概况

莞惠城际铁路新客运南-西湖区间隧道在GDK 96+600～GDK96+800里程范围内下穿鹅岭立交桥，其中部分桩基邻近或进入区间隧道施工范围(见图1)。

鹅岭立交桥建成于1994年，是一座三层全互通立交桥。其中，地面一层，空中两层。鹅岭立交桥桩基较多，各线桥墩基础均为φ1 500的人工挖孔桩(钻孔灌注桩)，大部分基础为端承桩，个别为摩擦桩。位于隧道开挖范围内的桩基共有11根，位于隧道开挖范围之外但距离较近的桩基共有23根(见图2、图3)。

图1 隧道与桩基平面关系示意

图2 隧道与桩基纵剖面关系示意(GDK96+600～700)

图3 隧道与桩基纵剖面关系示意(GDK96+700～800)

本段区间为双洞单线暗挖隧道，隧道断面为马蹄形，断面尺寸为8.9 m×9.65 m(宽×高)，线间距约为15.3 m。隧道顶埋深约30.5 m。区段范围内自上而下依次为素填土，粉质黏土，淤泥质粉质黏土，断层碎裂岩及全、强、弱风化花岗闪长岩。断层碎裂岩主要发育在断层带内，原岩为花岗闪长岩，细粒花岗结构，块状构造，按风化程度可分为全风化和强风化。隧道主要穿越地层为强风化花岗闪长岩及断层碎裂岩，地下水位高程为11.41～32.09 m。该段隧道采用台阶法施工，对于穿断层破碎带区域，采用“全断面注浆+CD法”施工。

2 数值模拟

2.1 MIDAS/GTS软件概述

MIDAS/GTS[5]是一款岩土与隧道结构工程有限元分析软件，基本涵盖了岩土方面所有的分析计算功能，包括静力分析、施工阶段分析、稳态流分析、固结分析、边坡稳定和动力分析等。

2.2 模型建立

根据隧道的埋深和洞径，有限元模型横向宽度取120 m，纵向取50 m，竖向取50 m，桩基采用较密的网格划分。计算中对立交进行简化处理，将上部结构自重和外部荷载以均布荷载的形式作用在桩基上。由于桩基数量较多，对两种地质条件分别选用几种桩基进行模拟:①非断裂带区域选取B2(双线中间)、B4(隧道正上方)、B7(隧道外10 m)、B9-1(隧道外20 m)。②断裂带区域选取A48-1(双线中间)、Z11-2(隧道正上方)、Z10-2(隧道外10 m)、Z47-1(隧道外20 m)、A46-1(隧道外45 m)。整体模型透视图见图4。

图4 整体模型透视

2.3 参数选取

结合现场地质资料，其物理力学参数见表1、表2。

表1 非断裂带区域主要地层物理力学参数

表2 断裂带区域主要地层物理力学参数

3 计算结果分析

根据有限元分析结果，各桩基的竖向变形见图5～图13、表3。

图5 桩基B2(双线中间)

图6 桩基B4(隧道正上方)

图7 桩基B7(隧道外10 m)

图8 桩基B9-1(隧道外20 m)

图9 桩基A48-1(双线中间)

图10 桩基Z11-2(隧道正上方)

图11 桩基Z10-2(隧道外10 m)

图12 桩基Z47-1(隧道外20 m)

图13 桩基A46-1(隧道外45 m)

非断裂带桩基编号桩底沉降值/mm断裂带桩基编号桩底沉降值/mmB2(双线中间)18.1A48-1(双线中间)25.6B4(隧道正上方)17.3Z11-2(隧道正上方)24.7B7(隧道外10m)12.9Z10-2(隧道外10m)18.3B9-1(隧道外20m)7.1Z47-1(隧道外20m)9.9A46-1(隧道外45m)4.5

由分析可知，各个桩基桩端的沉降小于桩顶，从上到下依次递减，其差值在1 mm范围内。桩基靠近隧道一侧的沉降大于另一侧，依次递减，其差值在1 mm范围内。受两条线路的影响，线路中间的桩基沉降最大(非断裂带区域为18 mm、断裂带区域为25 mm)，其次是隧道正上方位置(非断裂带区域为17 mm、断裂带区域为24 mm)，离线路越远沉降越小，30 m范围以外的沉降均在8 mm以内。断层区域的桩基沉降量较非断层区域大1/3左右。