盾构隧道下穿对沪宁高铁桥梁的影响研究

2021-01-13张杰叶万涛

家园·建筑与设计 2021年15期

张杰叶万涛

摘要：本文基于无锡地铁4号线02标下穿沪宁高铁桥梁的现场案例，通过Midas-GTS（岩土和隧道结构专用分析系统）建立三维模型，对盾构隧道穿越沪宁高铁桥施工工况进行研究分析，得出结论：盾构隧道下穿施工可以满足沪宁高铁运行的不平顺要求。

关键词：盾构隧道;下穿;沪宁高铁

1 引言

随着近几年城市轨道交通建设的规模增长，越来越多的城市将城市轨道交通作为一张重要的城市名片来开发，而其带来的沿线经济增长与发展也是吸引了越来越多的城市纷纷加入建设城市轨道交通建设的行列中来。随着建设规模不断的增加，地铁线路建设面临的技术难题也越来越多，从建设初期的摸索阶段，到现在相继克服穿楼、穿湖、穿海、穿铁路等高难度、高要求的技术难题，而地铁隧道线路主要集中在城市中，在条件允许的情况下，选线要尽可能避开重要的建构筑物，但是随着城市内地铁线路越来越密集，形成线网，不可避免的要经过一些重要建构筑物，例如无锡地铁4号线线路沿线要穿越蠡湖、沪宁城际高铁等，它不仅对地铁隧道工程本身的建设质量要求很高，同时要保证地铁建设过程中既有建构筑物沉降等不超过控制数据，整个施工期间不影响原有建构筑物的运营和使用。其中，下穿沪宁城际铁路桥梁施工是一种比较典型的施工类型。

当进行盾构隧道下穿沪宁高铁桥施工时，首先需对既有高铁线路进行状态评估，对铁路线路沉降、道床等进行运营安全性评估;其次，对地铁施工下穿影响区域实施加固措施，或采取保护措施，以保证高铁行车安全;最后，在盾构下穿施工期间，除了要制定相应的下穿方案以外，还要对列车运行规律进行分析，充分利用运营空窗期，减小对列车运营的影响。另外，还要结合智能化实时监控与预警措施，对运营铁路线路各个监测指标实施全时段监测。因列车的荷载大，速度快，故对线路加固的承载能力及安全稳定性要求极高;且高铁作为国家经济大动脉，不容出现任何影响安全行车问题，否则将造成巨大的经济财产损失或人员伤亡，形成严重的社会不良影响。因此，盾构隧道下穿沪宁高铁桥的方案设计、以及施工控制措施等至关重要。本文结合无锡地铁4号线区间下穿沪宁城际铁路实际工程，建立三维模型计算盾构隧道穿越施工对沪宁高铁桥的影响，并进行了总结，为类似工程施工积累了相关经验，提供一定的工程经验。

2.盾构隧道穿越沪宁高铁桥影响分析

2.1计算模型

针对沪宁城际铁路列车运行速度高、轨道变形控制要求高的特点，采用有限元计算软件Midas-GTS建立三维模型模拟隧道施工对沪宁城际铁路产生的影响，模型东西长90m，南北长50m，向下延伸45m。单线隧道开挖分为5m一段，分10个工况施工段完成。根据该处工程地质，结合无锡地铁既有线盾构隧道在类似地层掘进施工情况，盾构施工地层损失率取0.5%。

地层参数参照《无锡地铁4号线一期工程广石路站～青石路站区间岩土工程勘察报告》进行选取。钻孔灌注桩与土接触的部分设置接触单元，并设置相应的摩擦系数，以模拟灌注桩的特性，并对顶部施加列车荷载，进行计算分析。

2.2计算结果

计算结果如下：

计算结果显示，两条隧道中间的承台顶最大沉降为0.894mm，隧道两侧的承台顶最大沉降为0.52mm。

隧道两侧的钻孔灌注桩在区间隧道施工过程中产生的最大水平位移为0.52mm，中间灌注桩产生的最大水平位移为0.95mm。

2.3影响评价

区间隧道距京沪高速铁路桥桩最小水平距离大于9m，且隧道穿越地层为硬塑粘性土。计算结果显示，通过加强盾构施工控制，盾构隧道施工对铁路桥梁影响较小，不影响既有高铁线路的运营。

两条隧道中间的桩基础承台沉降最大，沉降为0.894mm，满足保护要求的数据。隧道两侧的承台沉降相对较小，沉降值为0.52mm。相邻承台间距为32m，高低差为0.464mm，可满足轨道不平顺性要求。

2.4管片内力计算结果

管片结构内力一般有“梁-弹簧模型计算法”以及“均质圆环法”。

梁—弹簧模型计算法主要用于模拟错缝拼装的衬砌环的荷载效应。该模型将管片简化成曲梁，每一圆环均为多铰圆环，在管片块与块之间纵缝设置回转弹簧模拟纵缝接头，两相邻环与环之间设置径向剪切弹簧、切向剪切彈簧模拟管片之间错缝拼装接头。环间的剪切弹簧刚度取无穷大。地层抗力采用地层法向弹簧和切向弹簧模拟。

均质圆环法将管片结构按刚度均匀的圆环考虑，按修正惯用法进行计算。由于纵缝接头、螺栓孔的存在，导致整体抗弯刚度降低，计算时取圆环抗弯刚度为η（EI）（η为抗弯刚度有效率，η≤1，一般取0.6～0.8），考虑错缝拼装管片接头部弯矩的传递，结构整体补强效果，进行错缝拼装弯矩重分配。