上下叠交盾构隧道侧穿既有桥桩的影响分析

上下叠交盾构隧道侧穿既有桥桩的影响分析内容提要：昆明市轨道交通首期工程一号线环城南路站~火车站站区间隧道在昆明火车站广场与昆明铁路大厦之间穿过，左右线在ick13+700前后采用上下叠交，且近距离侧穿既有的昆明火车站站前高架桥桩。本文分析了盾构隧道施工对高架桥的影响，并提出了相应的对策措施。

主题词：上下叠交盾构数值分析对策

abstract：the huancheng nanlu-railway station section of kunming mrt line 1 goes between the railway station square and kunming railway mansion, and the left line and the right line overlap at ick+700, and they laterally cross under the piles of the viaduct in front of the railway station in close proximity. the paper analyzes the impact of shield tunnel on nearby viaduct, and gives countermeasures.

keywords：overlap, shield, numerical analysis, countermeasure

中图分类号：u45文献标识码：a文章编码：

1、引言

昆明市轨道交通首期工程一号线环城南路站~火车站站区间隧

道沿北京路向南敷设，在昆明火车站广场以北线路向东偏移，下穿昆铁招待所，在昆明火车站广场与昆明铁路大厦之间穿过，下穿铁

路股道，到达昆明火车站站。其中昆明火车站广场设有地下一层大型停车场，其基础为pc-a400预制混凝土管桩基础，桩长大于20m。昆明铁路大厦为6-9层的混合结构，基础为350*350的预制钢筋混凝土方桩基础，桩长12m。

为尽量减少地铁区间隧道对沿线既有建构筑物的影响，本段区间隧道设计为左、右线上下叠交形式。其中在ick13+700前后左右线近于平行叠交，且在本段近距离侧穿既有的昆明火车站站前高架桥桩。本文主要研究盾构隧道施工对既有桥桩的影响。

2、区间隧道与高架桥桩的相互关系

昆明火车站北广场高架桥位于火车站北广场上，主要用于社会车辆出入火车站站房二楼进站口，为单行道。该处桥梁桥台处的基础为7～8m搅拌桩，桥梁基础为直径1m的钻孔灌注桩，桩长大于19m。如图1。

本段区间隧道采用盾构法施工，在邻近高架桥段采用上下叠交方式，左线在下，右线在上。右线隧道的覆土厚度为13m，左右线隧道的净距约为1.2m。

区间隧道从北广场东侧穿过，与高架桥桥桩邻近，隧道结构与高架桥桩基的最小水平净距为2.37m。详见图2。

图1昆明火车站北广场站前高架桥

（a）平面图（b）断面图

图2区间隧道与高架桥相互关系图

3、工程地质与水文地质条件

3.1地层岩性及分布特征

根据地质勘察资料，场区各岩层分布及特征分述如下：

q4ml:①2杂填土，表层为路面沥青混凝土，下以粘性土为主要成份，夹碎石，多为路基结构层，连续分布。厚度3.4m。

q4al+pl:②3粘土，含少量有机质。局部为粉质粘土。分布连续，厚度4.5m。

②4粉土，夹粉砂薄层。局部含未分解植物根茎、叶。分布较连续，厚度1m。

q3al+pl:③2圆砾，砾石成分为砂岩、玄武岩、灰岩为主，中～微风化。磨圆度较好。大于20mm的卵石含量在5～10%。最大粒径50mm。主要充填物为粉土、粉砂，局部为粘性土。连续分布，厚度

2.1m。

③21粉砂，间夹粉土团块。为圆砾层中的夹层及透镜体，厚度

3.2m。

③23砾砂，砾石成分为砂岩、玄武岩、灰岩为主，中～微风化。磨圆度较好。厚度3.9m。

③3粉砂，局部地段为粉土层，局部夹腐木。分布较连续，平均厚度9.8m。

③32粘土，局部为粉质粘土。分布不连续，厚度2.9m。

3.2水文地质特征

现场勘察期间沿线地下水主要赋存于第四系圆砾土、含砾粉质粘土及粉土中，地下水多以潜水或者上层滞水形式存在，局部具微承压。接近修筑北京路延长线前自然地表，水位标高1888.61～1890.27m。近3～5年，水位受降雨量及城市供水、雨水、排水管网渗漏的影响，地下水位在现在地表下约1～2m，即1892.00～1893.00m。

4、上下叠交隧道施工顺序的确定

上下叠交隧道一般属于近距离小间距隧道范畴，需要考虑施工及运营期间的相互影响问题、结构承载能力问题、地层损失及地表沉降问题、邻近建筑物及管线保护问题等，引起了业界的普遍关注。国内不少学者对上下叠交地铁盾构隧道进行了研究，通过有限元数值模拟方法，对重叠隧道段“先上后下”及“先下后上”两种工况施工全过程的力学行为进行了对比研究，分别得出了结论。其中文献一“深圳地铁重叠隧道近接施工影响的数值模拟分析”中，通过模拟分析认为：从塑性区分布、地表下沉及洞周位移分布看，重叠及交错隧道采用“先上后下”施工均比“先下后上”施工较为有利。文献二“地铁重叠隧道施工顺序研究”中，通过模拟计算分析认为：（1）在地表无建筑物时，采用“先上后下”施工，施工全过程中的地层应力、地层位移、地表沉降、地层塑性区和结构内力值的最大值都小于“先下后上”施工的相应值。（2）在地表有房屋基础工程条件（可以认为在地表有一相当的集中荷载）时，采用“先上后

下”施工时的地层应力、地层位移、地表沉降、地层塑性区和结构内力值的最大值都大于“先下后上”施工的相应值。

本段区间邻近高架桥桩，既有高架桥的存在类似于在盾构隧道近旁施加了一个附加荷载，使隧道结构本身接近于“偏压”。另外不少计算资料表明，“先下后上”或“先上后下”施工时，沉降量和管片内力差异不大，且无论采用哪种施工顺序，先期施工隧道均会因后期隧道施工过程中盾构机盾首的挤压和盾尾的地层损失而发生径向变形和纵向挠曲。但这些均可以通过对盾构管片的加强及施工过程中对先期施工隧道采取纵、径向加固措施等来保证先期施工隧道的安全。

因此，结合工程筹划，本段区间隧道采用“先下后上”施工顺序。

5、盾构推进过程的三维数值模拟

5.1盾构隧道施工原理

为了了解盾构隧道施工对既有桥桩的影响，很有必要对盾构推进过程进行数值分析。盾构隧道的施工过程可简单概括为工作面开挖、盾尾衬砌环的拼装和盾尾空隙注浆充填这几个步骤。工作面开挖和衬砌的拼装交替进行，直至整条隧道完成；拼装好的衬砌脱出盾尾后，盾构壁厚占据的空间为衬砌拼装操作所留的空隙、盾构推进时部分土体粘附于盾构外壳上，在衬砌环背面与实际开挖土体界面间留有环形空隙，这种空隙称为盾尾建筑空隙。隧道开挖轮廓壁