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城市轨道交通穿越既有铁路设计与分析

2017-06-10张林修

科技创新与应用 2017年16期
关键词:盾构注浆框架

张林修

摘 要:近年来,随着我国铁路线网与城市轨道交通建设的迅速发展,地铁线路穿越既有铁路的情况越来越多。文章以长沙市某在建地铁线路隧道下穿铁路为例,利用有限元程序模拟分析了隧道下穿过程中铁路的沉降变形情况,提出了控制既有铁路沉降变形的加固措施,研究成果可以为同类工程的设计与施工提供参考。

关键词:地铁穿越既有鐵路;铁路沉降;数值模拟;注浆加固

1 工程与地质概况

1.1 工程概况

某在建地铁盾构隧道下穿铁路框架桥,为一座四孔钢筋混凝土框架桥,孔径为1-8.0m+2-8.0m+1-8.0m。该立交桥主洞身长30m,框架桥中心线与铁路中心线斜交42.59°,框架顶面至轨顶面最大距离为1.53m,隧道顶距铁路框架桥底部约15m,详见图1。

1.2 地质与水文

区间隧道穿越京广铁路框架桥段地层主要为粉质粘土、细砂、卵石、强风化及中风化板岩等地层。

场地地下水类型分为填土中的上层滞水、第四系砂卵石层中的孔隙水及基岩裂隙水。基岩节理裂隙多为密闭或微张,迳流条件较差,水量甚微,未能形成稳定水位。

2 数值模拟计算分析

数值模型建立:数值计算模型为200m×120m×41m(长×宽×高)。按照实际施工工况进行模拟,从盾构掘进至铁路前方30m,到盾构通过铁路后方60m,上、下行线相继通过。计算分为土体加固前和加固后两种情况,通过计算得出沉降变化规律。

3 数值模拟结果及分析

3.1 加固前模拟结果分析

图2为未采取加固措施的情况下,盾构隧道穿越完成后框架桥竖向位移、整体沉降及道床竖向沉降。

根据计算得出的沉降曲线形态基本符合peck沉降理论,框架桥与道床的最大沉降为7.7mm,框架桥附近地表沉降约13mm。由规范可知,铁路的沉降报警值为20mm,虽然未超过警戒值,但考虑到列车的动荷载及其他施工参数的变化影响,有必要采取适当的加固措施保证铁路运营的安全。

3.2 加固后模拟结果分析

3.2.1 地基加固

在盾构穿越前,对铁路路基及两侧土体进行加固。由于铁路周边有很多构筑物,综合考虑各方面因素,采用袖阀管注浆加固,其最大优点是能够重复进行注浆且注浆压力易受控制。加固范围为隧道上方透水层。

3.2.2 加固后模拟结果分析

图3为在采取加固措施的情况下,盾构隧道穿越完成后框架桥竖向位移、整体沉降及道床竖向沉降。加固后,框架桥与道床的最大沉降为3.55mm,框架桥附近地表沉降约5mm。

计算结果显示,盾构隧道下穿框架桥过程中,其总体呈现沉降趋势,且最大沉降量发生位置跟随盾构掘进段移动。盾构下穿铁路施工过程中,铁路道床受到不利影响,其中,当隧道下穿完成时,铁路道床沉降量达到最大。铁路路基以及道床是可以根据变形量大小进行修复的,同时修复效果可达到满足高标准运行的变形控制要求。

4 结束语

(1)隧道施工引起的地层损失会对地表产生较大沉降及位移,

沉降变形规律基本符合peck理论。

(2)线路在穿越时会产生较快的沉降,穿越后沉降即趋于稳定;当穿越完成后,穿越影响区还会发生一定的缓慢变形。

(3)通过有限元模拟注浆加固前后地表沉降变形情况,分析得出了注浆加固能有效降低地表及隧道拱顶的沉降。

(4)盾构施工时,应加大监测频率,实时掌控框架桥变形情况,根据框架桥变形发展趋势,及时跟踪注浆加固,保证铁路的运营安全。

参考文献

[1]韩煊,刘 炜,Jamie R Standing.隧道下穿既有线的案例分析与沉降分析方案[J].土木学报,2012,45(1):134-140.

[2]闫鑫,叶阳升,张梅,等.地铁隧道下穿既有铁路桥施工影响分析[J].铁道建筑,2012(6):84-85.

[3]温裕春.武汉地铁盾构下穿京广铁路变形影响分析[J].现代城市轨道交通,2016(1):30-34.

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