探究明挖深埋隧道下穿施工對高速鐵路橋梁的影響

劉慶楠

（北京鐵城建設監理有限責任公司，北京 100855）

隨著城市建設的快速發展，越來越多的隧道施工項目需要在地下穿越高速公路、鐵路等市政管線，深埋隧道下穿施工是一種較為常見的隧道施工技術，但是深埋隧道施工的過程中，不可避免地會對地表、地下結構產生一定程度的影響，尤其是在地下隧道施工過程中，深埋隧道開挖和回填施工過程中，會導致土體產生一定程度的應力重分布，進而對地表有影響。因此，在地下工程中，如何保證深埋隧道下穿施工對地表及地下結構的影響控制在一定范圍內，并在此基礎上確保建筑物本身的安全，是一個值得深入探討和研究的問題。

1 明挖深埋隧道下穿施工的意義

隨著我國經濟的快速發展，我國交通運輸行業也取得了前所未有的進步，高速鐵路成為我國主要的交通工具，為了更好地滿足人們出行需求，我國鐵路線路正在向縱深發展。在修建高鐵線路的過程中，不可避免地會出現一些特殊的地段，需要進行特殊處理。明挖深埋隧道下穿施工是隧道施工中經常遇到的一種情況，具有一定的復雜性和危險性。因此，要高度重視明挖深埋隧道下穿施工對高鐵橋梁造成的影響，通過采取有效措施來降低風險。明挖深埋隧道下穿施工是指在明挖深埋隧道下穿鐵路橋梁施工過程中對其進行保護，使其不受周圍環境影響。

2 具體工程概況介紹

本工程是一條雙向四車道的高速公路，但是仍然不能滿足當前的交通需要，因此，擬進行一項改造，建設一條雙向8 車道的高速公路，時速100km/h。這條高速公路在施工的時候，正好和一條高速鐵路經過，而這條高速公路的交匯處，是一條還沒有被挖掘的水庫。從整體上來看，本項目的建設區域具有良好的地質條件，通過調查，查明了該項目的地層以第四系粉砂、白堊紀粉砂巖、圓礫、卵石、砂礫巖和砂巖為主。但是，該隧道穿越高鐵段的地層主要為強-中風化的粉砂巖，其強度和強度均較大。

3 探討高速鐵路橋梁改擴建工程施工的要求

本高速公路改擴建項目在總體建設上與高速鐵路相比存在一定的差距。雖然這條高鐵還在建設中，但是它的建設卻已經接近尾聲，如果在它的下面開挖一個20.62m 的深基坑，然后進行現澆，將會對高鐵的運營安全產生很大的影響。因此，在本次改擴建項目建設中，需要明確內容如下。

（1）在深基坑內實施現澆隧道，會使基坑長期處于裸露狀態，很有可能會加大高鐵的安全隱患，造成通車后不能正常運營，因此，在本項目的施工中，一定要確保高速公路和高鐵的施工同時進行。由于本項目的最大開挖深度達到了20.62m，并且臨近高鐵橋墩，因此，在施工過程中，必須考慮對高鐵橋墩的影響，必須提前對高鐵的運營安全進行科學評估，在施工前，先對高鐵樁基進行加固，然后再進行開挖。

（2）由于基坑開挖和路基開挖，高鐵路基將產生側向卸荷，并且局部地面將產生隆起，從而導致橋墩的偏移。卸荷太大，難以通過外部載荷達到平衡，需要對鄰近橋梁進行卸荷，同時對基坑與高鐵樁基進行有效隔離，將卸荷帶來的不利影響降到最低。

（3）依據國家現行《城市下越鐵路規范》相關規定，要求隧道結構與高速鐵路梁樁基之間的最小間距不小于1.0 倍，若不滿足要求，則需采用隔離樁對其進行保護。本項目中，隧道寬度為42.8m，而隧道與高鐵橋墩之間的距離為4.2m，故采用隔離樁保護高鐵橋梁是必要的。

4 探究明挖深埋隧道下穿方案對比與設計

4.1 隧道施工方案的對比

從表1 中可以看出，這兩種方法的優劣，因此，本項目應優先采用明挖法。同時，在隧道建設中，采用雙通道一橫斷面，兩邊設行車孔，每條行車孔的凈尺寸為6.65m×18.65m；中部為設備通道，其凈寬1.50m，凈高6.65m，結構頂板為1.50m。而從軌道橋帽至隧道，則需控制在≥3 m 的范圍內，河道底面至隧道頂面的間距為3.57m，其中，基坑基面為36.38m，隧道頂面標高46.43m，基坑底部比435#墩低5.68m，比436#承臺底面要低7.56m。

表1 隧道方案對比

4.2 圍護結構的對比

經分析，本工程基坑開挖深部為強-中風化粉砂巖，因此，推薦采用鉆孔咬合樁和鉆孔樁，并輔以止水。鉆孔樁是一種比較成熟的技術，適用于各種地質條件下的深基坑工程。應指出，鉆孔樁不具備止水作用，因此，在工程實踐中，可通過在鉆孔樁的外部加設高壓旋噴或三軸攪拌樁來實現止水。鉆孔咬合樁類似于鉆孔樁，它的剛度很大，而且它們是咬合的，因此，它可以起到止水的效果，在工程實踐中，它是一種經濟有效的方法。鉆孔咬合樁止水效果明顯，它不受土層情況的影響，也不受地質條件的影響，因此，它對工程具有較強的適用性。在工程實踐中，可將鉆孔咬合樁和鉆孔樁結合起來使用，以發揮其優勢。由于本工程中的地質情況較為復雜，因此，在實際施工中，應避免出現問題。

4.3 支撐系統的設計

該項目的支撐體系主要包括內支撐系統和斜拉錨系統，結果表明：（1）鋼管支架可反復使用，布置靈活，施工快捷，成本低廉。但是由于其剛度偏低，所以在高鐵橋梁地基的變形控制方面比較薄弱。（2）由于RC 支架的剛度很大，因此基坑的變形很小，因此不會對橋梁的地基產生太大的影響，但它的投資和施工時間都比較長。（3）索錨具有剛度小、成本低廉、施工方便、有較大的施工場地等優點，但存在較大的基坑變形，易對高鐵橋梁地基的受力產生不利影響?？紤]到以上各支護系統的特點，并根據該項目的具體情況，最后決定采取四種支護方式。一支撐采用6m 高的鋼筋砼支架，其主要作用是控制基坑的側向變形，同時對鄰近建筑進行防護。第2 ～4 層均采用鋼架支承，便于施工。

4.4 高速鐵路橋墩基礎的保護

因為隧道和一座高鐵橋梁435#、436#墩之間的距離很近，因為這座高鐵橋梁已經完工，而且這個隧道的基坑很深，因此，在高速鐵路橋梁改擴建工程中，應該對高鐵橋墩基礎進行保護，防止因基坑開挖而改變橋梁樁基受力方式的研究既可采用鉆咬式樁支護，又可在435#和436#橋墩的下部結構中，通過運輸的方式進行施工。用鉆樁圍封起來。另外，為有效地防止基坑開挖引起的橋墩周圍地下水位的降低，還在樁基的外側增加了一層。采用60cm 直徑的水泥攪拌樁作為止水帷幕，起到止水的作用。

4.5 基坑安全性的計算

在《建筑基坑支護技術規程》的基礎上，結合工程的實際情況，將其確定為1 級安全，重要系數1.1，總體穩定安全系數1.35，最大水平位移不超過0.18%，且不超過30mm，基坑底部抗隆起系數為1.8。通過對該隧道的計算和分析，得到了基坑的總體穩定安全系數為4.14、最大的水平位移和最大的沉降量分別為6.9mm 和4.42。

5 深埋明挖隧道對高速鐵路的作用模擬研究

采用PLAXIS3D 軟件對其進行數值模擬，研究其對高鐵434#～437#橋墩的變形影響。該模型尺寸為400.0m×270.0m×106.7m，分別表示X 軸和軌道的長度；與軌道方向垂直的y 軸；z 軸是垂直的。模型底面的水平位移和豎向位移均采用固定約束，而豎向位移仍為自由狀態。

在土體的模擬中，采用了土體的小應變強化模型，而在橋梁樁基和橋墩等部分，則采用了線性彈性模型。按地質調查報告確定的地層參數，如表2 所示。其中，γ 為巖土體自然重力值；其中，c 是巖土體的粘聚力，而φ 是巖土體的內摩擦角；E50 為割線彈性模數；Eur表示模數的卸荷量；G0 表示較小的剛性模量。在此基礎上，提出了一種新型的、具有31.5GPa 的C35 混凝土結構。其中，圍護結構主要采用的是1000@750 的鉆孔咬合樁，其等效厚度為0.789m，彈性模量30.0GPa。本文以一個鐵路橋梁的橋墩位移為實例來說明。

6 結語

總之，在對地鐵隧道的設計和施工中，應充分考慮其對周圍環境的影響。對高鐵橋梁和周圍環境的影響，應根據相關規定，對其進行必要的控制，以保證其正常運行。在實踐中，可以通過監控量測技術、數值模擬、理論分析和現場測試相結合的方法，實現對施工過程中高鐵橋梁的穩定性的監控。在地鐵施工過程中，隧道下穿高鐵橋梁是不可避免的，因為高鐵橋梁有很多優點：使用壽命長，具有良好的抗震性能，安全性高；由于沒有任何噪聲和廢氣污染，因此可以大大降低噪音污染。因此，必需加強施工過程中高鐵橋梁的保護措施，確保其安全穩定地運行。