轨道交通盾构区间下穿有轨电车路基沉降控制研究与实践

DOI:10.3969/j.issn.1004-4655.2017.05.008

CHINA MUNICIPAL ENGINEERING

Ｎｏ．５　（Ｓｅｒｉａｌ　Ｎｏ．１９４）

Ｏｃｔ．　２０１７

轨道交通盾构区间下穿有轨电车路基沉降控制

研究与实践

马 伟 东

[上海市城市建设设计研究总院（集团）有限公司，上海 200125]

摘要：以成都某轨道交通盾构区间下穿有轨电车为例，结合成都砂卵石地层特点，通过MIDAS GTS 数值模拟软件，对盾构区间下穿有轨电车路基的沉降影响进行综合分析研究。结果表明：盾构隧道下穿有轨电车路基时，不考虑地基加固，最大沉降量为12.3 mm；考虑采用CFG桩复合地基加固时，最大沉降量为7.5 mm。完全满足有轨电车无砟轨道平顺性及沉降要求，为工程实施提供设计参考。关键词：轨道交通盾构区间；下穿；有轨电车；路基沉降

中图分类号：U231 文献标志码：a 文章编号：1004-4655（2017）05-0026-04

随着近年来城市轨道交通的快速发展，盾构法施工在城市轨道交通中应用越来越广泛，轨道交通隧道下穿既有建筑物也越来越多，尤其现代有轨电车作为一种新型城市轨道交通，基本位于城市道路或两侧绿化带中，轨道交通隧道将不可避免下穿有轨电车。新建轨道交通盾构隧道下穿有轨电车时，造成开挖面周围土体扰动，引起地表变形以及有轨电车路基沉降，导致有轨电车轨道不平顺。加大轮轨间的冲击力，加速轨道结构和路基基床的损坏，对有轨电车列车运营安全产生严重影响。因此，为保证盾构区间下穿有轨电车时的安全性，要掌握盾构穿越有轨电车线路过程中地层变形规律，并对可能产生的沉降进行有效控制[1-2]。1 工程概况

1.1 有轨电车与轨道交通盾构区间位置关系

成都市某新建盾构区间沿校园路平行下穿新建有轨电车，平行下穿长度约为100 m，平面位置如图1所示。新建有轨电车为双线，线间距为4.0 m，

无砟轨道，设计时速70 km/h；有轨电车路基面宽度为8.5 m，路基基床结构厚度为1.0 m（基床表层0.4 m为级配碎石，基床底层0.6 m为B组填料），基床以上为0.2 m素混凝土支承层。有轨电车与轨道交通盾构剖面关系如图2所示，路基过渡段工后不均匀沉降按不大于10 mm控制。

平行穿越处盾构区间隧道内径5 400 mm，外径6 000 mm，管片厚度300 mm，环宽1 500 mm。区间隧道覆土约10 m，横向间距约9 m。

校园路有轨电车

盾构区间

地铁车站

收稿日期：2017-02-14

作者简介：马伟东（1986-），男，工程师，学士，主要从事轨道交通的设计及研究工作。

图1 轨道交通盾构区间与有轨电车线路位置关系

平面示意图

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有轨电车范围有轨电车范围

M6CZ-XJ-006

原地面下行线 上行线原地面

532.07有轨电车路基

粉杂填土杂填土

531.470粉质黏土

528.070稍密卵石

519.670

515.570515.570

中密卵石

图2 轨道交通盾构区间与有轨电车剖面关系示意图（m）

1.2 工程地质概况

根据岩土勘察报告，主要地层由上而下依次为素填土、粉质黏土、稍密卵石及中密卵石层。

地下水类型为第四系松散岩类孔隙潜水，主要含水层为粉质黏土层，地下水稳定水位埋深4.00～4.20 m，年变化幅度1.50 m左右。土体的物理力学参数统计见表1。

表1 土体的物理力学参数统计表

内摩弹性

土层

厚度重度

孔隙含水量黏聚力/mr/kN·m-3比ew/%

c/kPa擦角模量压缩泊松/(°)E/MPa

模量比v填土1.518.00.87728.699244.0.35粉质

黏土2.520.10.71725.0.216.3287.620.29稍密

卵石8.419.5——0357518.00.23中密

卵石11.920.5——03810025.00.20水稳

碎石0.624——060150—0.2AB

填料

0.622——2040135—0.25注：上述材料本构模型为摩尔-库伦

2 数值模型的建立2.1 计算范围

计算模型主要依据有轨电车线路以及新施工隧道的平剖面，满足边界要求。隧道左侧和右侧均不小于3～5倍的隧道直径，隧道底部不小于3～5倍的隧道直径。模型尺寸大小（宽×高×长）为60 m×34 m×45 m，运用MIDAS GTS建立几何模型（见图3）。

有轨电车路基盾构区间隧道

图3 数值模型图

2.2 计算假定及盾构模拟

1）假设隧道周围土体为各向同性的弹塑性体，符合Mohr-Coulomb屈服准则，新建结构为线弹性体[3-4]。

2）假设土层为层状分布，各层土体的参数取值以地勘报告为依据。初始应力场只考虑土体的自重应力，不考虑地下水的影响，且其变形与时间无关。

3）盾构掘进时盾尾空隙、注浆充填和地层扰动所形成的圈层概化为注浆等代层。数值模型分类及计算参数见表2。

4）每一步盾构施工过程分为盾构到达前的挤压扩张、刀盘开挖、衬砌安装与盾尾充注浆3个阶段。

表2 结构分类及参数统计表

分类厚度/mmr/kN·m重度-3

弹性模量E/MPa泊松比v钢轨—78.5206.00.31轨道板（C50）25025.034.50.20支撑层（C25）—25.028.00.20盾构管片（C50）

30025.034.5×0.70.20盾构钢壳10078.5206.00.31注浆等代层

110

15.0

25.5

0.20

注：盾构管片刚度考虑0.6～0.8的刚度折减，此处取0.7进行折减

3 计算结果分析

在盾构推进过程中，如果开挖面土体受到水平支护应力小于原始侧向力，则开挖土体向盾构内移动。由于该地层主要为砂卵石地层，可能导致有轨电车路基整体不均匀沉降；反之，则导致路基基底隆起[5]。

3.1 不采用地基加固有轨电车路基沉降

当盾构机到达之前，土体沉降主要为地下水变化引起土体的固结沉降。盾构机穿越过程中，包括开挖前的沉降和盾尾沉降。盾构机推进时，引起盾构上方土体应力增加或释放，产生不同的竖向位移效果。盾构机穿出时则引起盾尾空隙沉降及后续沉降，主要原因是盾构尾部建筑空隙和隧道周围土层被扰动后向洞内产生收敛，导致盾尾周围土体应力释放，产生沉降。

当有轨电车路基不采用地基加固，根据模型计算结果，盾构穿越时有轨电车路基的沉降规

律如图4、图5所示。

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图4 地层竖向沉降位移云图

图5 不同阶段地表竖向位移变化趋势图

考虑到计算结果会受到模型尺寸边界的影响，因此结果分析时取模型中间断面进行研究。模型中间断面受盾构隧道开挖产生的沉降云图如图6所示，提取模型纵向中间断面地表位移数据，通过ORIGIN绘图，盾构隧道开挖对地表竖向沉降产生的影响如图7所示。

图6 最终开挖阶段中间断面地层竖向沉降位移云图

图7 地表竖向沉降变化趋势图

由图7可知，当盾构隧道推进过程中，有轨电车路基地表沉降基本成对称分布，对有轨电车路基28

扰动较大，最大地表沉降12.3 mm＞10 mm，不满足有轨电车整体道床沉降要求，因有轨电车路基为整体道床，工后沉降要求较高，地表沉降过大将导致轨道板开裂，影响后期列车运行安全。3.2 采用CFG桩控制有轨电车路基沉降

当有轨电车采用复合地基加固时，为了降低盾

构隧道掘进过程中对有轨电车结构产生附加影响，有轨电车路基基底采用CFG桩加固，桩径0.5 m，横向间距2 m，纵向间距3 m，桩长9 m。CFG桩复合地基加固区采用弹性本构模型，通过提高该区域范围内土体的物理、力学参数，对CFG桩复合地基整体效应进行模拟。分析盾构机穿越前、穿越中及穿越后的有轨电车路基竖向位移，根据模型计算结果，不同阶段时地层竖向位移变化云图及竖向位移趋势图见图8、图9。

图8 地层竖向沉降位移云图

图9 不同阶段地表竖向位移变化趋势图

根据模型计算分析，有轨电车路基采用CFG桩加固后，提取模型纵向中间断面地表位移数据，通过ORIGIN绘图，盾构隧道开挖对地表沉降产生的影响见图10、图11。

图10 最终开挖阶段中间断面地层竖向沉降位移云图

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地层为砂卵石地层，采用CFG桩复合地基加固），减少对有轨电车的附加变形影响，有效控制盾构推进引起的有轨电车路基的不均匀沉降，保证盾构区间下穿有轨电车时的安全性。

2）在隧道推进过程中，应对隧道上方土体提前进行注浆加固，加强监测，控制盾构推进速度，有效控制盾构隧道开挖对有轨电车路基影响。

建议在项目实施中，加强第三方监测，重点对

图11地表竖向沉降变化趋势图

有轨电车路基基底及路基面变形进行监测。同时,在有轨电车路基面处预留注浆孔，一旦在后期运营中，发现有沉降等风险，及时注浆处理，保证有轨电车运营安全。在施工中，由于荷载条件、施工技术及外界其他因素的影响，实际情况和理论分析常常有出入，所以通过对监测数据的分析研究，掌握盾构穿越有轨电车线路过程中地层变形规律.为今后工程施工提供设计参考。参考文献:

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有轨电车路基采用CFG桩加固后，盾构在推进过程中，有轨电车沿线路的竖向位移主要集中于穿越中的地表沉降，穿越前及穿越后可忽略不计。采用复合地基很大程度提高地基的承载力，有效改善加固范围内土体的物理力学性质，提高复合地基的抗变形能力。由图11可知，盾构隧道在推进过程中，有轨电车路基地表沉降基本成对称分布，沉降基本为均匀沉降，附加沉降较小，最大地表沉降7.5 mm＜10 mm，满足有轨电车路基整体道床沉降要求，同时对有轨电车路基扰动小，满足有轨电车轨道平顺性要求。4 结语

通过数值模拟计算分析，对新建轨道交通盾构隧道下穿有轨电车路基所引起的沉降变形规律进行系统分析，得出以下结论。

1）在盾构区间隧道下穿有轨电车时，为保证有轨电车路基整体道床的沉降变形要求，减少对有轨电车路基的扰动，采取复合地基加固（结合成都（上接第22页）

速恢复高速公路的正常通信和交通，有效减少施工周期和成本。

2.3.3 切换后的检查测试和业务确认

现场所有操作完毕后，工程师在路段网管中心对业务进行检查，保证网管无新增异常告警。同时网管中心确认业务是否正常，并对所切换的站点业务跟网管值班人员逐一核对，确认所涉及的全部业务正常运行，并在一周内对各网元运行情况进行观察，如有异常立即处理。3 结语

针对高速公路通信网络带宽不足、设备故障、与现有通信业务不配套等现状，本文以申嘉湖高速公路上海段（S32）的通信网络改造工程为例，结

合以往相似高速公路通信网络升级改造的技术经验，提出通信网络改造方法，详述通信网络升级中的无缝切换步骤。所述方法可为以后的路段通信网络改造提供经验借鉴。参考文献：

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