盾构隧道下穿既有铁路框架桥工程安全性分析

1、盾构隧道下穿既有铁路框架桥工程安全性分析 ?隧道/地下工程盾构隧道下穿既有铁路框架桥工程安全性分析晏 成中铁工程设计咨询集团,北京摘 要:结合天津地铁 号线华苑站一王顶堤站盾构区间下穿北向西南。国铁陈塘庄支线框架桥工程,采用连续介质模型,模拟盾构 盾构隧道与既有铁路框架桥的平面、横断面次穿越框架桥基础的地层变形、结构位移;考虑地层变形、结关系及地层特征钻孔资料见图 、图 。构位移引起的附加作用,采用“荷载一结构”模型检算既有框架桥结构受力状态,对新建地铁盾构隧道施工对既有框架桥的影响进行分析预测,评估工程安全性,对施工中采用的工程措施及对策提出建议。关键词:盾构隧道;下穿铁路;框架桥;安全性分

2、析中图分类号: 文献标识码: 文章编号: ? ? ?随着我国轨道交通工程的迅速发展,地铁结构与图 工程平面周边建 构 筑物的相互影响将愈来愈成为工程施工. 工程地质及水文地质情况中的重大风险源因素。结合天津地铁 号线下穿国铁 工程地质情况陈塘庄支线工程,对新建地铁盾构隧道施工对既有铁根据地勘报告,下穿区段地层分布有第四系人工路框架桥的影响进行分析预测,评估工程安全性,对施填土层 、第 陆相层 、第 海相层工中采用的工程措施及对策提出建议。 、第陆相层 、第陆相层 ; ,土层工程概况主要为粉质黏土、粉土、粉砂。盾构隧道主要穿越 粉质黏土、 粉质黏土及. 既有地道桥情况本工程位于天津市,国铁陈塘庄

3、支线在 粉土层。 、,层位稳定,土层均匀,呈可塑软塑状态; 层位稳定,土层均匀。地层物理参数见 附近呈西北一东南走向,现状为单线,预留复线条表 。件。为实现迎水道下穿铁路立交,年修建 ?顶进式 孑 框架桥 座,框架上通行铁路、孑表 地层物理参数内通行机动车和非机动车。该桥投入使用情况良好,桥体结构工作正常。. 地铁区间情况天津地铁 号线华苑站一王顶堤站区间下穿国铁陈塘庄支线的基本情况。 地铁区间西南一东北走向,基本在迎水道下顺行,区间长度约为 。区间采用盾构法施工,盾构机为单圆盾构机,盾构管片外径 .,管片内径为 . 。盾构推进方向:右线自西南向东北,左线自东 水文地质情况场地地下水类型为第四

4、系孑 隙潜水,赋存于黏性收稿日期: 一 ? ;修回日期:一 ? 作者简介:晏 成 一 ,男,工程师, 年毕业于同济大学结构土、粉土及砂类土中。潜水地下水位埋藏较浅,水位埋工程专业,工学硕士。 铁道标准设计晏 成一盾构隧道下穿既有铁路框架桥工程安全性分析隧道/地下工程陈塘庄铁路支线轨底 . 一 层名 地层 地质 层底一苫 编号 剖面 深度 设计路 陈塘庄支线杂填土 :? 中心线/ 铁路框架桥 .一.粉质黏土 . /吕.? 粉质黏土 § §淤泥质粉质 查堡主:尘 【垄堡 尘黏土. 左一 粉质黏土 , 卜 ?. ? , 、: , 粉质黏土 粉土. 粉砂.粉质黏土 注:高程以 计。

5、图 盾构隧道与既有框架桥横断面 单位:深约为 . . 。潜水主要依靠大气降水和地表 构总推力等 匹配不合理。盾构掘进时,如果出土速度过快而推进速度跟不上,开挖面土体则可能出现松水体入渗补给,水位具有明显的丰、枯水期变化,受季动和崩塌,破坏了原来土层应力平衡状态,导致地层隆节影响明显。起或沉降。盾构机的后退也可能使开挖面塌落松动引地铁施工中主要风险及机理分析起地层沉降。. 工程风险分析 盾构严重超挖 欠挖 引起的地面沉降 隆起 。注浆量不足或注浆不及时,使土体挤入盾尾空 地铁隧道施工会引起地层的应力释放,导致地层松弛、沉降,由此导致框架桥产生沉降或倾斜 包 隙,引起地面沉降。括整体沉降和基础的差

6、异沉降 以及在构件节点处形 盾构推进方向的改变、盾尾纠偏、仰头推进、曲线推进都会使实际开挖面形状偏大于设计开挖面,引成转角。 沉降和倾斜将产生既有结构的附加荷载,引起 起地层损失。框架桥本体的应力重新分布,当应力大于既有结构的应 盾构施工对地层产生扰动,使地层次固结沉降持续较长时间,引起较大沉降。力时,将形成裂缝的扩展,危及结构安全和耐久性。由于盾构隧道下穿铁路,铁路列车荷载及冲击 框架桥产生新的沉降后,对列车运营安全产荷载也可能使地层产生较大的变形;同时列车通过时生一定的影响。会对地层产生较大的扰动,会使变形进一步加大,对变地铁盾构施工过程中,铁路列车通过时产生较大附加荷载,将对地层产生再次

7、扰动,影响盾构施工 形控制产生显著影响。的安全。沉降数值计算及内力分析 左、右线隧道 次通过地道桥,造成地层多次应力重分布,对既有结构耐久性产生影响。 . 分析计算的思路及原则 采用连续介质模型,模拟盾构 次穿越框架. 盾构施工引起地层变形机理分析桥基础的情况,分析盾构通过后地层沉降变化,以及框 盾构施工弓起地层变形的特征根据对地层大量实测资料的分析,按地层沉降曲 架桥的变形 沉降或倾斜 。 结合框架桥使用阶段的各种作用,考虑因框线的变化情况,地层变形大致可分为 个阶段:盾构到架桥的变形造成的附加应力,计算构件的总应力,检算达前的变形、盾构到达时的地面变形、盾构通过时的地框架桥各构件的强度、裂

8、缝控制等参数。面变形、盾构通过后的盾尾空隙沉降及地层后期固结 结合既有桥检测的情况,分析桥体的安全状变形。况,提出必要的工程措施。 盾构施工引起地层变形的因素. 连续介质模型计算地层变形、结构位移开挖面土体移动。这主要是由于盾构机具推进 计算模型时,推进参数 如推进速度、正面土压力、出土速度、盾铁道标准设计隧道/地下工程晏 成一盾构隧道下穿既有铁路框架桥工程安全性分析计算采用 /软件建立二维“地层一结构”模型。模型分析区域为:水平方向一 ,垂直方向 . ?一 . ,其中 , 点位于中跨底板跨中底部。分析计算模型如图 所示。图 左线通过框架桥地层变形云图表 框架桥基础沉降统计图 计算模型 计算采

9、用的荷载简图如图 所示。型圭堕 堕 列车荷载. /盾构左线 第 次 通过框架桥区域,最大沉降为 . 位于框架左侧边墙和底板角隅处 ,最小沉降为 .位于框架右侧边墙和底板角隅处 ,/ 汽车荷载 /? “公路铺装 / 差异沉降 . 。丌丌¨ ¨两侧施工过程,底板沉降比较均匀,没有突图 荷载计算简图变点。第 次通过地道桥区域后桥梁基础沉降得到协 盾构通过后框架桥位移调,差异沉降变小。右线、左线通过框架桥地层变形云图见图 、. “荷载一结构”模型分析结构受力图 。 计算模型计算采用软件建立“荷载一结构”模型。框架桥基础按照弹性地基梁考虑,依据地层参数将基底、侧墙的地层约束转化为“土弹簧”。各构件空问位置以轴线简化,纵向取 . 进行计算,断面参数按照框架桥实际构件尺寸选取。 荷载图 右线通过框架桥地层变形云图荷载简图如图 所示。盾构通过后框架桥基础沉降统计见表 。 荷载组合取最不利的工况组合,其中强制位移框架桥沉降反应分析 为盾构通过后的工况。盾构右线 第 次 通过框架桥区域,最大沉降截面强度验算为 .位于框架左侧边墙和底板角隅处 ,最小 控制截面如图 所示。沉降为 . 位于框架右侧边墙和底板角隅处 ,差 控制截面内力计算结果见表 。异沉降 . 。 控制截面验算结果见表 。主 堕立 列车荷载 /. 轨道自重 . /?¨? 制动力 / 按最