地铁隧道下穿既有铁路桥施工影响分析

闫 鑫，叶阳升，张 梅，马伟斌

(1.中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京 100081;2.中国铁道科学研究院高速铁路轨道技术国家重点实验室，北京 100081;3.铁道部工程管理中心，北京 100844)

地铁隧道下穿既有铁路桥施工影响分析

闫 鑫1，2，叶阳升1，2，张 梅3，马伟斌1，2

(1.中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京 100081;2.中国铁道科学研究院高速铁路轨道技术国家重点实验室，北京 100081;3.铁道部工程管理中心，北京 100844)

近年来我国城市地铁建设得到了较快的发展，隧道下穿既有构筑物的工程增加，地铁下穿既有铁路桥施工，如处置不当将影响列车安全运行。本文结合哈尔滨地铁隧道下穿既有铁路框构桥施工，对施工过程中框构桥与土层之间出现的滑移和脱空进行模拟分析，结合实际框构桥差异沉降观测结果，选择注浆加固桥基。研究结果表明:隧道施工过程中，桥梁的不均匀沉降，改变了桥梁的受力状态，但桥梁变形在允许范围内，根据需要可以加大注浆加固范围，以保证施工期间桥梁能够安全服役。

地铁下穿 框构桥 仿真计算 施工影响

地铁隧道下穿既有桥梁施工时，隧道开挖扰动周围地层，引起地层移动和变形，可能对一定范围内邻近的桥梁基础及上部结构造成损伤。北京、上海和广州地铁建设中都曾遇到类似问题，给设计和施工带来了极大难题。如果处理不当，会造成重大的经济损失和社会影响。结合哈尔滨地铁1号线下穿哈尔滨南站既有铁路桥工程，对地铁隧道下穿既有铁路桥产生的影响进行研究。

1 工程概况

哈尔滨地铁1号线南站站至农科院站区间段下穿哈尔滨南站1号—9号铁路桥，其中7号桥为框构桥，无桩基，桥梁底板距隧道顶部约6.3 m。该桥通行货运列车，车速不超过30 km/h。图1为7号框构桥与新建地铁区间隧道关系。

图1 7号桥和地铁隧道关系(单位:mm)

2 地铁下穿既有铁路桥变形影响分析

2.1 计算模型

模型尺寸为62.88 m×41.00 m×32.25 m。划分网格后的实体模型如图2所示。考虑到框构桥与土层之间的滑移与脱空，在框构桥与土层之间建立接触面，地层参数如表1。

图2 7号框构桥有限元模型

表1 地层力学参数

按照实际的两台阶工法进行模拟，每循环进尺0.5 m，上台阶预留核心土，保证掌子面与核心土间距2 m，上台阶掌子面与下台阶间距3 m，上、下行隧道前后错开20 m开挖，荷载按照实际情况折算施加。

2.2 框构桥变形分析

桥监测原点位于计算模型中框构桥农科院站一侧的面上，计算监测点沿上行线隧道走向水平布置。见图3，可以看出，按照上、下行线隧道间隔20 m的开挖方式施工至变形稳定后，公路主路与辅路下框构桥底板最大沉降量分别为14.46 mm，14.15 mm，超过限值10 mm。7号框构桥差异沉降监测点位置如图4所示。

图3 框构桥垂向位移沿纵向分布

图4 7号框构桥差异沉降监测点位置

计算结果显示，在隧道施工过程中，7号框构桥稍有倾斜，垂向位移最小为3.09 mm，位置在1#点，最大为8.57 mm，位置在8#点。差异沉降为8.57-3.09=5.48 mm，小于要求的0.001L=0.001×42 880=42.88 mm，L为桥跨长。在7号框构桥前期服役状态正常的情况下，7号框构桥可能出现整体沉降超标，但结构整体安全程度较高。

2.3 框构桥脱空

隧道施工将会引起框构桥底板出现脱空现象，过大的脱空将导致框构桥底板出现裂缝，框构桥垂向位移见图5，垫层垂向位移见图6。由图5和图6可以看出，在施工过程中，将导致框构桥在已有变形基础上向下行线稍有倾斜。

框构桥底板及垫层垂向位移最大变形均发生在正中位置外侧，框构桥底板最大变形为8.24 mm，相同位置处垫层的最大变形量为9.31 mm，有脱空现象发生;正中位置里侧，框构桥底板最大变形为6.24 mm，相同位置处垫层的最大变形量为6.42 mm，二者变形基本相近。

图5 框构桥垂向位移

图6 框构桥垫层垂向位移

3 结论及建议

地铁下穿7号铁路桥，框构桥底板下沉超过限值10 mm，桥底板有脱空现象，差异沉降较小，在允许范围内。据此，建议加大监测频率，实时掌握桥梁变形情况，根据桥梁变形发展趋势，必要时应扩大注浆范围;由于脱空病害具有隐蔽性，施工时，在初期支护完成后，对区间隧道开挖影响的范围进行物探，探测框构桥底板的脱空位置、脱空程度，根据探测结果对框构桥脱空区进行注浆加固处理，避免底板脱空现象进一步发展，改善桥梁受力状况，保证区间隧道施工过程中铁路桥的安全。

[1]包德勇.近距离交叠隧道施工影响的数值模拟[J].地下空间与工程学报，2011，7(1):127-132.

[2]刘志祥，郭永乐，周士霖.隧道下穿桥梁的桥墩稳定性未确知测度评价研究[J].中国安全科学学报，2011，21(4):97.

[3]翟旭东，彭立敏，吴祖标，等.牛角冲互通立交桥在浏阳河隧道下穿时的变形特性[J].铁道建筑，2009(5):41-43.

[4]崔光耀，王明年，路军富，等.客运专线机场路隧道下穿高架桥近接桩基施工位移控制技术[J].中国铁道科学，2011，32(3):68-73.

[5]宋晓宇，刘涛，梁青槐.盾构下穿地铁13号线清河高架桥地表沉降监测[J].铁道建筑，2011(6):65-67.

U455

A

1003-1995(2012)06-0084-02

2012-04-05;

2012-04-20

闫鑫(1984— )，男，河北石家庄人，博士研究生。

(责任审编 王 红)