1、收稿日期：基金项目：中铁工程设计咨询集团有限公司科技开发计划重点课题（研）。作者简介：陈 明（），男，年毕业于长安大学岩土与隧道工程专业，工学学士，工程师，：。文章编号：（）浅埋暗挖地铁区间下穿高铁特大桥风险分析陈 明（中铁工程设计咨询集团有限工程，北京）摘 要：为研究浅埋暗挖隧道近距离下穿对邻近高铁特大桥的影响，以北京某地铁暗挖区间线路，与桥桩夹角为，净距仅.为工程背景，建立三维数值模型，模拟地铁左、右线暗挖区间侧穿高铁桥桩的施工过程，揭示既有高铁桥墩的变形特性。研究表明，未施加防护措施下，暗挖施工使高铁特大桥墩顶产生的最大竖向位移为.，最大横向位移为.，最大纵向位移为.，不满足控制标准；在
2、采取隔离桩及注浆加固措施的工况下，桥墩顶最大竖向位移为.、最大横向位移为.；最大纵向位移为.，满足控制标准。结果表明，暗挖隧道小角度近距离下穿高铁特大桥方案可行，施作隔离桩及地表注浆加固措施可有效降低隧道施工对桥梁的影响。关键词：地铁；隧道；暗挖法；小角度；高铁特大桥；风险分析法中图分类号：；.文献标识码：开放科学（资源服务）标识码（）：（，）：，.，.，.，.，.，.，.，：，：；近年来，我国交通设施规模取得了前所未有的发展，截止 年 月 日，我国高铁运营里程超铁 道 勘 察 年第 期 ，铁路运营总里程超 ，城市轨道交通运营里程达 ，高速公路通车里程超 ，均位列世界首位。随着上述工程的蓬勃发
3、展，交叉穿越工程也越来越多，尤其是隧道下穿桥梁，隧道施工对邻近桥桩影响显著，如何确保下穿既有工程施工及运营安全是穿越工程的重难点。近年来，多位学者针对地铁区间下穿桥梁工程进行研究，黄茂松等利用剪切位移法分析了隧道施工过程中桩周土体位移对桩体摩阻力及轴力的影响；任建喜等分别以不同地铁区间侧穿市政高架桥桩基为工程背景，采用数值模拟分析和现场监测的方法，分析隧道侧穿桥桩对桩基的影响；王国富等研究地铁盾构区间下穿普速铁路桥涵结构应力变形和铁路轨道变形特征，并对防护措施进行比选；孟繁增等对新建公路路堑、桥梁结构及桩板结构下穿既有高速铁路桥墩的影响及建设方案进行研究；唐黎明以宁波市某地铁区间隧道下穿杭深线
4、、北环线鄞县特大桥工程为背景，分析不同施工工况下盾构下穿高铁桥梁的变形情况；毕景佩等以天津地铁 号线某区间下穿京沪高铁南仓特大桥为背景，通过有限元数值分析，探究盾构隧道下穿高铁特大桥施工过程中桥面、桥墩、承台、桥桩的位移以及桥桩附加应力的变化规律。以上研究主要针对地铁区间侧穿市政高架桥、暗挖区间下穿普速铁路桥或盾构区间下穿高铁特大桥，而对浅埋暗挖隧道近距离侧穿高铁特大桥桥桩的研究较少。以北京某暗挖地铁区间小角度近距离下穿既有京张高铁西二旗左线特大桥工程为背景，通过建立三维数值模型模拟暗挖段施工过程，揭示暗挖区间侧穿既有高铁特大桥桩基的变形特性，并提出相应的风险控制措施。工程概况京张高铁为最高设
5、计速度为 的电气化高速铁 路，其 中 西 二 旗 左 线 特 大 桥 速 度 目 标 值 为 ，采用有砟轨道、无缝线路、钢轨，全桥长 .，共 跨，其中 跨为 简支梁（双线），跨为（）连续梁（双线），均为现浇箱梁。地铁区间侧穿 号 号桥墩，号桥墩墩高，设 .单层八边形承台，采用 根 钻孔灌注桩，桩长 ；号桥墩墩高，设.单层矩形承台，采用 根 钻孔灌注桩，桩长.；号桥墩墩高，设.单层矩形承台，采用 根 钻孔灌注桩，桩长.，桥桩均为摩擦桩。新建地铁区间线间距为.，采用矿山法施工，左、右线均为单洞单线隧道，马蹄形断面，断面宽.，高.，采用复合式衬砌，初支厚.，二衬厚.。左线区间覆土.，与高铁特大桥平面
6、交角为.，隧道外侧距离 号桥墩桩基础最小水平净距为.，距离 号桥墩桩基础最小水平净距.。右线区间覆土.，与高铁特大桥平面交角为.，下穿（）连续梁边跨，隧道外侧距离 号桥墩桩基础最小水平净距为.，距离 号桥墩桩基础最小水平净距为.。新建地铁区间与既有高架桥平面关系见图，竖向位置关系见图。图 地铁区间与既有高铁特大桥平面位置关系（单位：）图 地铁区间与既有高铁特大桥竖向位置关系（单位：）工程地质及水文地质根据地质勘察报告，拟建场地范围地势平坦，现状为绿地，区间隧道沿线地层主要为第四系人工堆积层、第四系全新统冲洪积层。从上至下的地层主要为素填土、黏质粉土、粉质黏土及细砂层，区间穿越地层主要为粉质黏土
7、层及细砂层。拟建场地 深度范围内，揭露了 层地下水，第一层为潜水，静止水位埋深.；第二层为微承压水，静止水位埋深浅埋暗挖地铁区间下穿高铁特大桥风险分析：陈 明.。工程风险.风险分析区间隧道开挖会使隧道周边土体产生应力释放，引起隧道上方及两侧土体变形，直观表现为土体松动和沉陷，同时引起周边桥桩变形、沉降或变位，导致桥梁上部轨道变形，进而影响铁路列车运营安全。高速铁路对轨道平顺性的要求极高，区间左、右线小角度下穿西二旗左线特大桥，与既有桥桩距离近、穿越距离长，对既有桥梁的影响较大，不利于铁路轨道整体沉降及差异沉降的控制，根据相关规范，京张高铁西二旗左线特大桥为重要设施，隧道与桥桩的水平净距小于.（
8、为隧道毛洞宽度），相对关系为非常接图 桥桩加固措施横剖面（高程单位：；其余：）近，风险等级为级。.控制标准受下穿工程影响，采用有砟轨道的高速铁路桥梁墩台顶位移限制应符合表 规定可满足轨道高低不平顺性的要求。表 墩台顶位移限制项目横向水平纵向水平竖向墩顶位移 高速铁路有砟轨道线路静态几何尺寸偏差应符合表 规定。.风险防护措施根据地铁区间与西二旗左线特大桥相对位置关系及周边环境情况，为减少暗挖区间施工对既有高铁的影响，区间下穿京张高铁西二旗左线特大桥时，拟采取如下措施。表 轨道静态几何尺寸容许偏差管理值项目作业验收经常保养临时补修限速 轨距 水平 高低 轨向（直线）扭曲（）轨距变化率 （）隧道与桥
9、桩之间设置隔离桩，距承台边.，规格为 ，桩顶设置冠梁，桩底深入隧道底以下 ，对于隧道与桥桩之间空间较小处设置复合锚杆桩，规格为 ，双排交错布置，桩长同隔离桩，见图、图。图 桥桩加固措施平面布置（）隧道穿越范围内，采用地表袖阀管注浆加固。（）区间隧道进入铁路影响范围前，设置试验段，以获得最佳施工参数。铁 道 勘 察 年第 期（）及时施作初支背后注浆及二衬背后注浆，严格控制注浆压力和注浆量，以保证注浆效果。（）加强结构强度，提高防水等级。（）采用“短进尺、强支护、快封闭”，充分利用“时空效应”，在既有结构产生位移前隧道封闭。数值模拟.计算模型及参数采用 三维数值计算程序对新建地铁区间下穿高铁特大桥
10、的施工过程进行仿真模拟计算。模型尺寸为 ，土体、桥墩、承台采用实体单元，钻孔灌注桩采用植入式梁单元，隧道初支及隔离桩采用板单元，模型四边为水平约束，底部为竖向约束，顶面为自由面。采用有限元弹塑性本构模型 准则，并假定材料为各向同性均匀介质。在未施加防护措施和设置防护措施工况下进行数值模拟，计算模型见图 图。图 有限元计算模型（单位：）图 有限元计算模型相互关系（无防护措施）工程地质力学参数见表。本区间隧道从北往南开挖，开挖进尺为 ，每次分 个计算步序，分别为：钝化土体和激活初支；先挖左线再挖右线，左、右线步距 。图 有限元计算模型相互关系（有防护措施）表 工程地质参数地层厚度 重度 （）黏聚力
11、 内摩擦角（）弹性模量 泊松比 素填土.粉质黏土.细砂.粉土.细砂.粉质黏土.细砂.粉土.细砂.黏质粉土.圆砾.计算结果分析区间施工完成后桥墩的位移见图 图，由图可知，未施加防护措施工况下，墩台顶最大竖向位移为.，横向最大位移为.，纵向最大位移为.（大于控制标准值）。在采取隔离桩及注浆加固措施的工况下，桥墩顶最大竖向位移为.、横向最大位移为.，纵向最大位移为.，均小于控制标准值。图 未施加防护措施桥桩竖向位移云图（单位：）未施加防护措施工况下，号桥墩最大竖向位移为.，号及 号桥墩最大竖向位移分别为浅埋暗挖地铁区间下穿高铁特大桥风险分析：陈 明图 未施加防护措施桥桩横向位移云图（单位：）图 未施
12、加防护措施桥桩纵向位移云图（单位：）图 施加防护措施后桥桩竖向位移云图（单位：）图 施加防护措施后桥桩横向位移云图（单位：）.，.，区间左、右线从 号桥墩两侧穿过，隧道开挖对 号桥墩两侧土体扰动较大，两次穿越的叠加效应致使 号桥墩竖向位移大于 号及 号桥墩。未施加防护措施工况下，号桥墩最大纵向位移为.，号及 号桥墩最大纵向位移分别为图 施加防护措施后桥桩纵向位移云图（单位：）.，.，号桥墩最大横向位移为.，号及 号桥墩最大横向位移分别为.，.，区间左右线从 号桥墩两侧穿过，从 号、号桥墩单侧穿过，两线区间开挖引起的位移反向叠加使得 号桥墩顶部横向位移及纵向位移小于两侧桥墩。结论及建议对暗挖地铁
13、区间下穿京张高铁西二旗左线特大桥施工影响进行数值计算分析，分析了未施加防护措施和施加防护措施两种工况下，桥墩竖向位移、横向位移及纵向位移，得出如下结论及建议。（）采取注浆加固及隔离桩防护措施后，暗挖地铁区间下穿京张高铁西二旗左线特大桥后墩顶横向水平位移、纵向水平位移、竖向位移约为未采取防护措施时的，说明隔离桩及注浆加固是桥梁防护的有效措施。（）左、右线隧道分别从两跨穿越时，存在二次叠加效应，中间桥墩竖向位移约为两侧桥桩的.倍，两隧道之间的桥墩水平位移约为两侧桥桩的，说明隧道下穿对中间桥墩的竖向位移、两侧桥桩水平位移影响较大。（）为降低对既有高铁桥梁的影响，隔离桩应伸入隧道底，隔离桩及注浆加固应
14、在靠近隧道侧设置，以降低隔离桩及注浆加固对桥桩的影响，注浆参数应根据现场试验及监测数据确定。参考文献 陆娅楠 京港高铁安九段开通运营我国高铁运营里程超 万公里 人民日报，（）闻欣 城市轨道交通运营里程达 中国交通报，（）杨超，黄茂松，刘明蕴 隧道施工对临近桩基影响的三维数值分析 岩石力学与工程学报，（）：黄茂松，张宏博，陆荣欣 浅埋隧道施工对建筑物桩基的影响分析 岩土力学，（）：任建喜，杨锋，贺小俪，等 地铁隧道暗挖施工引起的桥桩基础变铁 道 勘 察 年第 期形规律与控制技术 城市轨道交通研究，（）：高伟，韩昌瑞，许英姿，等 浅埋暗挖隧道对桥梁基础的影响分析 公路，（）：黄鹂，梁小勇，李娴 区
15、间暗挖隧道侧穿既有桥桩施工扰动分析 河南科技大学学报（自然科学版），（）：张晓光，剧亮，李菲 暗挖隧道下穿跨河桥部分桥桩的影响分析及对策：以北京地铁 号线北工大站平乐园站区间为例 隧道建设，（）：王国富，王建，路林海 盾构下穿铁路桥涵变形规律及控制技术研究 铁道科学与工程学报，（）：郭现钊 地铁盾构隧道近距离下穿广深铁路影响铁道标准设计，（）：孟繁增 公路路堑下穿既有高速铁路桥梁的影响研究 高速铁路技术，（）：湛敏 陶涛 刘金国 新建公路下穿高速铁路建设方案对比研究 铁道标准设计，（）：唐黎明，地铁盾构近距离下穿多座高铁桥梁影响分析 华东交通大学学报，（）：毕景佩，易领兵，杜明芳，等 天津市软
16、土地层地铁盾构区间下穿施工对京沪高铁南仓特大桥影响的数值分析 科学技术与工程，（）：住房和城乡建设部 城市轨道交通地下工程建设风险管理规范：北京：中国建筑工业出版社，国家铁路局 公路与市政工程下穿高速铁路技术规程：北京：中国铁道出版社，国家铁路局 高速铁路有砟轨道线路维修规则（试行）：铁运 号 北京：中国铁道出版社，（上接第 页）施、旅客出行等因素分析了不同接轨方案的适用条件及优缺点。研究表明，方案可充分利用既有周口东站到发线能力，远期共用既有维修车间、存车场，市政设施无需重新配套；新建周口西站可最大程度吸引商水县客流；接轨周口东站便于旅客出行、换乘；与周口市高铁片区规划契合。故推荐采用周口东站接轨方案（方案）。参考文献 刘杰 济南站至济青高速铁路联络线方案研究 高速铁路技术，（）：丁大朋 多条高铁引入既有客运站车站布置图型研究以成达万高铁为例 铁道标准设计，（）：颜文 阎良至机场城际铁路西端与银西高速铁路接轨方案研究 铁道运输与经济，（）：马云志 基于模糊综合评价的天陇线引入天水地区接轨方案优选研究 铁道建筑技术，（）：张超永 宁波至舟山铁路建设方案研究 铁道标准设计，（）：，纪晓迪
