邵浙渝 张亮亮 董彬彬

(1.重庆房地产职业学院，重庆 401331； 2.重庆大学，重庆 400044； 3.重庆中领设计研究院有限公司，重庆 400042)

轨道交通盾构隧道下穿京广铁路群影响分析

邵浙渝1张亮亮2董彬彬3

(1.重庆房地产职业学院，重庆 401331； 2.重庆大学，重庆 400044； 3.重庆中领设计研究院有限公司，重庆 400042)

以武汉市轨道交通6号线唐家墩站—石桥路站盾构区间隧道为背景，对该区间下穿京广铁路群路基的施工过程进行了三维仿真数值模拟，研究了地层、路基的变形和应力影响程度及其规律。

盾构隧道，下穿铁路群，数值模拟，有限元模型

近年来，城市轨道交通的大规模建设必然带来地铁修建穿越既有线路的问题，其中隧道下穿铁路就是其中一个比较突出的课题[1]。盾构隧道下穿铁路是一项存在多项不确定因素共同作用的综合工程，施工过程中引起铁路线路变形，加剧了轨道的不平顺，不仅加大了轮轨间的冲击力，加速轨道架构和基床的破坏，同时对铁路运营安全也产生严重影响[2]。武汉市轨道交通6号线唐家墩站—石桥路站盾构区间工程是全线少数几个控制全线洞通的关键控制性工程，本区间下穿铁路区段合理筹划显得尤为重要。

丁春林等[3]利用弹塑性有限元模型研究了隧道施工时地应力释放对地表沉降和围岩稳定性的影响，得出了随着地应力释放的增大而地表沉降和围岩稳定性均为增大；Mazek等[4],Yang等[5]、徐干成等[6]、郦亮[7]、毛志轶等[8]、马运康[9]和蔡小培等[10]采用有限元软件FLAC3D对盾构施工过程进行了模拟，研究了隧道变形及地表沉降规律。

本文以武汉市轨道交通6号线唐家墩站—石桥路站区间穿越京广铁路群路基为背景，通过有限元分析软件FLAC3D对盾构施工过程进行了模拟，分析研究轨道交通下穿京广铁路群过程中轨道交通、地层、路基结构之间相互作用关系；并与实际工程监测结果进行对比分析，保证铁路线路安全运营和盾构顺利下穿，提出优化施工的有效措施。

1 工程概况

武汉市轨道交通6号线唐家墩站—石桥路站区间总体上呈南北走向，隧道右线长度约1 261 m。武汉市轨道交通6号线唐家墩站—石桥路站区间隧道平面位置如图1所示。

2 水文地质条件

武汉市轨道交通6号线唐家墩站—石桥路站盾构区间的地下水有上层滞水、孔隙承压水、基岩裂隙水三种类型。

3 数值模型的建立

针对武汉轨道交通6号线唐家墩站—石桥路站盾构区间下穿京广铁路施工，根据隧道结构及地质资料，采用FLAC3D有限元分析软件，建立三维数值模型，进行轨道交通盾构施工对京广铁路路基变形的影响分析。

根据地质资料、工程经验和理论分析，整个区域地表均有人工填土，且不考虑铁路搅拌桩地基加固土体，所取土体范围为140 m×160 m×50 m(X×Y×Z)，京广铁路与6号线区间盾构隧道相对关系及数值模型如图2所示。

根据实际地质提供的物理力学指标结合经验参数，计算地层进行适当简化处理，计算参数见表1。

表1 土层力学指标

4 盾构隧道施工过程模拟

在分析时，将整个施工过程划分为左线贯通和右线贯通两个分析阶段，每个阶段选取8个典型施工步，分别为第20,40,60,80,100,120,140,160施工步。

4.1 施工过程中整体模型的总位移特征

通过有限元分析软件FLAC3D按照上述工序模拟对盾构施工整体模型的总位移进行计算，将计算结果汇总分析在盾构隧道正常施工过程中整体模型的总位移特征上。其中图3为全线贯通后铁路路基中线下沉总位移。

从图3可以看出，在武汉轨道交通6号线唐家墩站—石桥路站盾构区间下穿京广铁路施工全线贯通后，京广汉口联络线上下行线路基基底的最大变形约4.94 mm。

4.2 施工过程中铁路路基的位移曲线特征

通过有限元分析软件FLAC3D按照上述工序模拟正常施工过程，对既有铁路路基变形进行计算，将计算结果汇总分析盾构隧道正常施工过程中铁路路基的位移曲线特征。

根据图4可以看出：当右洞开挖20 m后(此时开挖面距铁路路基中心底部45 m)，铁路路基竖向最大位移值为0.02 mm左右，此时位移出现为正，轴向最大位移值0.01 mm，横向最大位移值0.05 mm，盾构开挖对铁路路基沉降还未产生影响或者影响很小；当右洞开挖80 m后(开挖面已通过铁路路基中心，开挖面已经到另一侧5 m)，此时铁路路基竖向最大位移值为1.6 mm左右，位于右洞顶部地表，轴向最大位移值1.02 mm，横向最大位移值0.55 mm，此时盾构开挖已经对铁路路基沉降产生影响，位移增大趋势变明显，且右洞顶部地表位移比左洞变化大；当隧洞开挖160 m后(开挖面已通过距铁路路基中心底部85 m，隧道已贯通)，此时铁路路基竖向最大位移值为2.23 mm左右，轴向最大位移值1.34 mm，横向最大位移值0.03 mm，此时盾构开挖，距离铁路路基越来越远，对铁路路基沉降的影响在逐渐减小。

根据上述理论分析和数值计算，分析不同铁路线路路基最大竖向位移见表2。

表2 各线路基最大竖向位移 mm

从表3可以看出，在武汉轨道交通6号线唐家墩站—石桥路站盾构区间下穿京广铁路群施工全线贯通后，在不同铁路线路路基最大竖向位移中，京广汉口联络线上下行线路最大，最大竖向位移为4.94 mm。

4.3 路基沉降监测数据分析

基于既有铁路路基的沉降变形是本工程的重点风险源，因此采用自动化监测和人工监测结合的监测方式对武汉轨道交通6号线唐家墩站—石桥路站盾构区间下穿京广汉口联络线上下行线路施工过程中，通过对两种监测方式所得监测数据的统计，两种监测结果见表3。

表3 监测结果 mm

通过表4对比可以看出，自动化检测所得到的累计最大沉降值为5.7 mm，发生在右线盾构中线处；人工检测所得累计最大沉降值为5.5 mm，发生在右线盾构中线处。路基实际监测数据与有限元分析软件FLAC3D数值分析变形值与变形位置基本一致，更加明确了既有铁路路基受盾构穿越影响产生的变形情况。

5 结语

分析武汉轨道交通唐石区间隧道盾构下穿对铁路股道段的影响，采用FLAC3D三维数值分析手段对下穿铁路段进行定量分析，分析铁路路基位移曲线、变形规律，以保证铁路线路安全运营和盾构顺利下穿，得出以下结论：

1)随着盾构开挖面逐渐靠近铁路路基，路基基底的沉降逐渐增大，当盾构隧道在铁路路基正下方开挖时，沉降变化最大，影响最明显，当盾构开挖面逐渐远离铁路路基时，沉降变化逐渐减小，并趋向于零，施工开挖对铁路路基的影响逐渐消失；

2)盾构隧道施工引起京广汉口联络线上下行线路路基沉降最大为4.94 mm，符合相关规范的经常保养管理值要求；

3)采用FLAC3D三维数值分析手段计算预测的变形规律与实际值基本一致，地表和铁路路基的变形量在允许范围内。

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Analysis of influence of metro shield tunneling crossing underneath Jing-Guang railway group

Shao Zheyu1Zhang Liangliang2Dong Binbin3

(1.ChongqingRealEstateCollege,Chongqing401331,China; 2.ChongqingUniversity,Chongqing400044,China; 3.ChongqingCentralDesignandResearchInstituteCo.,Ltd,Chongqing400042,China)

In this paper, the Wuhan metro line 6 Tangjiadun station-Shiqiao road station shield tunnel as the background, the construction process of the interval beneath the Beijing Guangzhou railway group subgrade were simulated three-dimensional simulation numerical study, the deformation caused by shield construction on the construction of rail transportation, rail roadbed and stratum structure and the degree of influence and law.

shield tunnel, crossing underneath railway group, numerical simulation, finite element model

1009-6825(2017)20-0164-03

2017-04-26

邵浙渝(1989- )，女，硕士，讲师

U445.43

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