地铁盾构下穿公路的影响分析

王 哲

(广东省交通规划设计研究院股份有限公司，广东 广州 510507)



地铁盾构下穿公路的影响分析

王 哲

(广东省交通规划设计研究院股份有限公司，广东 广州 510507)

基于城市发展的实际情况，以广州14号地铁线为例，分析了采用盾构施工对其现有道路地基及桩基的影响，并结合数据模拟软件，模拟了盾构穿越过程中对路基沉降的影响，为该项目的安全施工及使用提供了保证。

地铁，盾构施工，路基，沉降量

随着我国城市化速度的逐渐加快，道路交通新建与扩建工程逐渐增多，而作为当前我国城市道路交通建设的重点，轨道交通建设已成为当前城市实施现代化建设的重要标志，在缓解道路交通压力及提高运输能力方面起到重要作用，在各大型城市投入建设并取得了较好应用。广州是我国重要的经济城市，经济繁荣，发展轨道交通是必然选择。盾构施工是地铁施工的常用技术，安全，且稳定性好，在目前项目施工中具有极大的意义。本文以广州市14号地铁线施工为例，就地铁施工中，盾构下穿公路对路基及桩基的影响进行了分析，以便为该项目的安全施工及使用提供保证。

1 工程概况

广州地铁14号线一期石湖站—太和站区间入场线从石湖站出发往北转向东到达石湖停车场，出场线从石湖停车场向北下穿北二环高速公路到达太和站，出入场线呈八字形，采用盾构法施工。该线路正线共下穿北二环高速公路两次，第一次下穿北二环高速公路石湖互通立交Ⅰ匝道，位置中心里程为YDK21+085，交叉锐角72°，交叉处高速公路为路基段，填土高约4.5 m，隧道以双线的形式下穿高速公路,隧道埋深约15.17 m；第二次下穿高速公路主线，位置中心里程为YDK21+430，交叉锐角32°，交叉处高速公路为路基段，填土高约7.5 m，隧道以左右线的形式下穿高速公路，隧道埋深约23.8 m。交叉处高速公路里程为K15+680，交叉锐角为30°，高速公路正在运营。其中，盾构部分位置下穿路基见图1。

由于该工程正线下穿北二环高速公路石湖互通立交Ⅰ匝道交叉位置，地质情况主要为上部第四系地层有填土，厚度约为1.5 m；下部粉质粘土层厚度约为3.20 m，泥质粉砂岩为1.8 m，强风化岩层粉砂岩厚度约为4 m。地铁隧道大部分位于微风化泥质粉砂岩中。基于上述分析，该工程施工地基处于软弱地基，其土质强度低，含水量大，易发生沉降等变形，施工过程及使用过程可能对地上建筑如路基及桩基造成影响，使得其结构强度及整体稳定性受影响，使得其存在安全隐患。基于此，项目实施前必须对其进行有效分析及制定对策，以确保其项目工程安全施工及使用。

2 主线盾构施工对匝道路基及桩基的影响数值分析

2.1 计算依据及方法分析

本文主要以盾构掘进施工过程对道路主线匝道路基及桩基的影响进行分析，其主要依据为本项目设计及勘察资料、道路施工及竣工图、地铁设计规范等；本次分析采用MIDAS/GTS三维岩土有限元分析软件进行分析，该软件可真实模拟三维地层、高速公路，以及下穿盾构施工全过程。同时结合项目施工特点及实际情况，建立数据分析模型，模型的范围为X方向取0

2.2 主线盾构施工对匝道路基的影响数值分析

结合本项目实际特点，分别就左右线盾构施工对道路路基的影响进行计算，计算过程分别对盾构掘进过程对路基的影响进行观测，随着盾构掘进深度的逐步加大，左右线地基的累计沉降量见图3,图4。

由图3，图4可知，X轴为施工步数，Y轴为累计沉降值，mm。从图3统计结果得出，地铁左线盾构施工穿过高速匝道时，地基沉降变形在盾构顶推至测点前10 m时开始有显著的沉降变化，且沉降随盾构顶推逐渐增大，在盾构推过测点后，沉降值开始趋于平稳，最大沉降值为10.74 mm。而从图4可知，地铁右线盾构施工穿过高速道路时，地基沉降变形在盾构顶推至测点所在掌子面前10 m时开始有沉降变化，但沉降速率较小，且沉降随盾构顶推逐渐增大，在盾构推过测点后，沉降值开始趋于平稳，最大沉降值为11.97 mm，相较左线隧道掘进时，继续沉降了1.23 mm。但综合分析，其左右线沉降量满足安全控制标准；且在左线掘进完成后进行右线掘进，对左线隧道的影响较小，可忽略不计，隧道间距设计合理，可满足安全施工的要求。

2.3 主线盾构施工对桩基的影响数值分析

分别对纵、横向相邻桥墩的不均匀沉降进行分析与探讨，取桥墩下距隧道下穿两端头较近的边墩及相邻墩为研究对象，提取各墩顶竖向位移数据并形成纵、横向相邻墩沉降时程图形；墩桩编号及分布示意图如图5所示。

分别对各桩墩沉降量进行分析，各桩基最大沉降量如表1所示，由表1可以看出，地铁隧道盾构开挖施工穿过高速主线大桥时引起桥梁单墩沉降最大值仅为1.09 mm，相邻桥墩差异沉降更小，最大差异沉降发生在高架桥左幅距离地铁右线最近的18-2-R桥墩，沉降差仅0.27 mm，可认为其沉降差值不会引起盖梁大的受力变化，可满足结构受力要求；而由表2看出，地铁隧道盾构开挖施工穿过高速主线大桥时引起桥梁单墩纵向差异沉降较小，最大差异沉降发生在高架桥左幅距离地铁右线最近的18-2-R桥墩，沉降差仅0.24 mm，可认为其沉降差值不会引起盖梁大的受力变化，可满足结构受力要求；因此在开挖过程中桥梁结构是安全的，不会发生由于盾构施工而导致的桩基不稳等事故。

表1 桥梁墩台横向最大差异沉降 mm

表2 桥梁墩台纵向最大差异沉降 mm

3 总结及建议

基于上述分析，本项目地段在盾构掘进时可以安全正常的运营，地基及桩基沉降量满足要求，受力稳定，可满足施工要求。为最大限度保证其施工安全，盾构掘进通过主线桥过程中，应严格控制盾构掘进速度，并加强桥梁墩柱的监测，实时调整盾构掘进参数及同步注浆参数，可确保施工安全。本文结合实际经验，就盾构施工对公路的影响进行了分析，同时结合数据模拟软件，就盾构穿越过程中对路基沉降的影响进行了模拟，对其安全施作的基本条件进行了说明，以便后期该种施工技术方案的制定及实施。

[1] 李曙光,冯小玲,方理刚.盾构法地铁隧道施工数值模拟[J].铁道标准设计,2009(3)：99-101.

[2] 杨广武,关 龙,刘 军.盾构法隧道下穿既有结构三维数值模拟分析[J].中国铁道科学,2009(6)：201-203.

[3] 张海波,殷宗泽,朱俊高.地铁隧道盾构法施工过程中地层变位的三维有限元模拟[J].岩石力学与工程学报,2005,24(5)：165-167.

[4] 王明年,张晓军,苟明中.盾构隧道掘进全过程三维模拟方法及重叠段近接分区研究[J].岩石力学，2012(1)：26-28.

[5] 陈伟珂,蔚 朋,杨保兰,等.地铁施工灾害警情诊断与可控度研究[J].中国安全科学学报，2013(11)：85-86.

[6] 王杲平.地铁施工对周边构筑物影响的安全预控[J].中国建筑金属结构，2013(6)：111-113.

Analysis on the influence of metro shield tunneling

Wang Zhe

(Guangdong Communications Planning and Design Institute Co., Ltd, Guangzhou 510507, China)

Based on the urban development, the paper adopts the shield construction’s influence on the existing roadbed by taking the 14th Subway in Guangzhou the example, simulates its influence on the roadbed settlement in the shield-driven process, so as to provide some guarantee for the safe construction and its utilities in the program.

subway, shield construction, roadbed, settlement volume

1009-6825(2017)12-0182-02

2017-02-20

王 哲(1989- )，男，助理工程师

U455.43

A